为何电机相电流的采样对于FOC控制来说是不可或缺的？

本文导读

电机相电流的采样对于FOC控制来说是不可或缺的，在设计电机控制电路时，为了能够准确的采样到电机绕组中的电流值，需要提高电流采集的抗干扰能力。那么如何保证我们的设计是合理的，小编带大家探讨下电机电流采集电路的三个基本要素。

01

引言

由于电机的宽范围调速以及高速特性，加上电机自身不能获得理想的正弦气隙磁场，导致在系统控制时采样的相电流含有不规则的高次谐波和随机干扰，再加上电流采样电路的不稳定性和A/D转换单元偏差的存在，更是加大了实际采样到的电流误差。

众所周知，电流的采样对电机矢量控制是非常重要的。电流采样方式主要有3种。

表1.1 电流采样方式

对于大部分电机应用，采用双电阻相电流采样的方法具有一定的优势，所以小编这里重点和大家探讨下双电阻方式下，如何提高相电流采样的抗干扰能力。

02

抗干扰设计

1、采样电阻

采样电阻是基本的电阻元器件，同时其参数的选择对采样精确度也是重要的影响因素。

电机控制器对电机的其中两相电流通过采样电阻进行采样，如图1所示，从采样电阻上获取的电压信号经过电压偏置和放大，输入到微处理器的A/D单元，从而得到其中两相电流，再根据基尔霍夫定律，三相电流矢量和为0，推算出第三相的电流的值。

图1 双电阻采样

对于320V供电空调压缩机，电机内阻0.2Ω，如果采样电阻合适，则对回路没有什么影响。如果采样电阻的阻值过大，会引起电压的损耗，使能量效率变低，较大的阻值会使负载电压发生偏移，产生电磁干扰，产生系统对噪声敏感的问题。当确定好阻值后还需要考虑电阻的稳定性能和阻值误差。

2、运放设计

在电机的电路设计过程中需着重考虑运放电路的设计，下面为相电流采样电路的设计说明。本文中采用的是ON公司的NCV20034汽车级运放芯片，拥有高达7MHz的增益带宽，集成4路独立运放于一身。

运放芯片本身对共模干扰有抵抗作用，而在差模干扰的抵抗作用稍弱，所以设计的时候要着重提高差分线上的差模抗干扰能力。如图2所示，C2电容就是为了提高抗差模干扰能力。差分线上的电阻（R34、R35）和反馈电阻（R39）应使用高精度的电阻，使得理论计算得到的参数是准确可靠的。然后与运放的输出连接的AD口引脚上并连一个RC电路滤掉高次谐波干扰和随机脉冲干扰，从而提升抗干扰能力。

图2 电流测量

3、PCB布置

为了能够准确的采样电流，应将运放芯片在PCB上的位置尽量靠近采样电阻，同时又要使运放芯片不能远离MCU，运放的地和MCU的地应该尽量靠拢。如图3所示，采样电阻（R98、R99、R100）两端走差分线到运放的同相和反相端口，差分线应等距并且尽量短，以避免其他的干扰产生。压缩机涉及到高压和低压部分，在布局电流地的时候，应使大电流地和小电流地能很好的单点隔离。

图3 运放差分走线

以上经过硬件滤波后，如图4所示，三相电流波形得到显著的优化。

图4 三相电流波形