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前面的話
最近做的電機控制項目，之前糾結(jié)電流采樣的方案，在這里簡單總結(jié)了一下；
目錄
1 電流采樣的作用
2 硬件架構(gòu)
3 采樣關(guān)鍵
4 采樣方案
5 三電阻采樣
- 5.1 三電阻采樣點
- 5.2 雙電阻采樣
- 5.3 雙電阻采樣點
- 5.4 單電阻采樣
6 總結(jié)
7 附錄
1 電流采樣的作用
在 FOC 算法中，電流采樣在反饋環(huán)節(jié)是相當重要的一部分，無論是有感 FOC，還是無感 FOC，相電流是交流三相同步電機在進行坐標變換的關(guān)鍵，最終通過 SVPWM 實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場的同步轉(zhuǎn)動，通常這里有三種方案，單電阻采樣，雙電阻采樣，三電阻采樣，關(guān)系到整體系統(tǒng)的成本，算法的復(fù)雜程度和最終運行的效果，這里需要更加項目的具體需求進行選擇。
本文參考 ST 的單電阻和三電阻采樣以及 TI 的雙電阻采樣，還有 microchip 的資料，結(jié)合實際中可能需要注意的地方進行總結(jié)分析。
幾種電流采樣方案的對比；
| 電流采樣 | 成本 | 算法 |
|---|---|---|
| 單電阻 | 低 | 復(fù)雜 |
| 雙電阻 | 適中 | 適中 |
| 三電阻 | 高 | 簡單 |
2 硬件架構(gòu)
硬件上的設(shè)計通常是采集三相電流，通過運算放大器加偏置電壓，這樣可以就可以采集正負電流，最終在MCU中處理的時候減去偏置電壓就行，以Infineon XC167CI SK Board單電阻的方案為例子，具體電路拓撲圖如下；
下面是TI C2000 的方案
AP1608410 原文鏈接運算放大器
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3 采樣關(guān)鍵
采樣的關(guān)鍵是需要在三相逆變器高端關(guān)閉，低端打開的情況下進行采樣，這是整體的采樣點。因此，采樣會存在窗口時間，因為ADC轉(zhuǎn)換完成需要一定數(shù)量級的時間，也就是說，在ADC轉(zhuǎn)換完成之前，橋低端是不能關(guān)閉的，在這里，雙電阻和單電阻采樣需要考慮窗口時間的限制，而三電阻采樣則不存在窗口時間（PWM 占空比接近 100%），可以根據(jù)SVPWM當前所在象限，進行分類，只需要采集其中不受窗口時間限制的兩相電流，然后根據(jù) ，進行電流的重構(gòu)。
4 采樣方案
電流采樣比較關(guān)鍵的地方主要是硬件的設(shè)計和采樣點的設(shè)置，這里在后面會涉及到通過相應(yīng)的觸發(fā)信號去通知ADC進行電流采樣，最后進行電流重構(gòu)。
5 三電阻采樣
TI的三電阻采樣
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5.1 三電阻采樣點
正如前面所提到的三電阻采樣可以避免窗口時間，如下圖所示；在不同扇區(qū)需要采樣的相電流，可以看到，共同點是避免去采樣PWM占空比接近 100%的那一相電流。
可以參考一下 ST 的電機庫的做法，通過TIMER_CH4作為ADC采樣的觸發(fā)信號，而采樣則可以通過修改 TIM_CCR4 寄存器去改變采樣點，相當靈活的做法；
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5.2 雙電阻采樣
雙電阻采樣無法避免窗口時間，所以需要限制最終 PWM 的占空比，為ADC轉(zhuǎn)換預(yù)留足夠的時間；
5.3 雙電阻采樣點
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5.4 單電阻采樣
單電阻采樣需要在一個PWM周期內(nèi)進行兩次采樣，下面需要在 SVPWM 六個扇區(qū)進行相電流的分類，這里可以對SVPWM的原理進行分析，從而了解如何對電流進行重構(gòu)；單電阻的電路結(jié)構(gòu)如下圖所示；
為了便于理解整個采樣的過程，為了表示逆變器的開關(guān)管的狀態(tài)， Sa 表示 A 相的上下管，同理 Sb 表示 B 相的上下管；
這里規(guī)定：Sa = 1表示上管導(dǎo)通，下管斷開；Sa = 0表示下管導(dǎo)通，上管斷開；
Sb和Sc以此類推；
5.4.1 Sa Sb Sc：100
5.4.2 Sa Sb Sc：110
5.4.3 SVPWM 的開關(guān)狀態(tài)
| 開關(guān)狀態(tài) | AH | BH | CH | 電流 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | IA |
| 2 | 1 | 1 | 0 | -IC |
| 3 | 0 | 1 | 0 | IB |
| 4 | 0 | 1 | 1 | -IA |
| 5 | 0 | 0 | 1 | IC |
| 6 | 1 | 0 | 1 | -IB |
| 7 | 1 | 1 | 1 | 0 |
因此，單電阻采樣，需要在一個PWM周期內(nèi)進行兩次采樣；具體如下圖所示；
圖中的 SAL，SBL，SCL 分別對應(yīng)整流橋的下管，因此在一個周期內(nèi)分別進行了Sample 1和Sample 2這兩次采樣，對照上表可以推出；
Sample 1：采集了開關(guān)管狀態(tài)為SAL SBL SCL：101==>SAH SBH SCH：010，此時采樣電流為 ；Sample 2：采集了開關(guān)管狀態(tài)為SAL SBL SCL：100==>SAH SBH SCH：011，此時采樣電流為 ；
原理搞清楚之后，下面要注意的地方還有兩點采樣點的確認和窗口時間的限制；
5.4.4 ST 方案
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6 總結(jié)
本文介紹和對比了三種電流采樣方案，簡單給出了需要注意的地方，由于本人能力有限，文中難免出現(xiàn)錯誤和紕漏，請大佬不吝賜教。
7 附錄
microchip 資料匯總 TI 1-, 2-, and 3-Shunt FOC Inverter Reference Design
