因?yàn)槌杀竞统叽绲脑?，現(xiàn)在的電機(jī)控制器是逐漸高度集成化，小尺寸化。霍爾電流傳感器或者電流采樣芯片因?yàn)槠涓叱杀荆褂檬呛苁芟拗频摹?p>

天價(jià)電流傳感器

所以，如下圖的下橋臂雙電阻或者三電阻采樣方式是逐漸流行起來(lái)了。考慮到采樣信號(hào)是共地的，所以省去了隔離電路，加上MCU大多內(nèi)置運(yùn)放，所以整個(gè)電路的集成度很高。

下橋臂三電阻采樣

像電動(dòng)自行車(chē)這類(lèi)產(chǎn)品，為了追求極致的尺寸，哪怕會(huì)引入諧波，也會(huì)考慮使用單電阻采樣。

在無(wú)感FOC 控制算法里，因?yàn)槲恢霉浪愫碗娏鳝h(huán)都需要用到電流反饋值，所以電流采樣對(duì)整個(gè)無(wú)感FOC的性能息息相關(guān)。在采用下橋三電阻采樣方案時(shí)，如果沒(méi)有精確的采樣相電流，電機(jī)會(huì)產(chǎn)生較大噪音，運(yùn)行效率低，極限速度低甚至無(wú)法工作。

方法簡(jiǎn)介

下橋臂雙電阻和三電阻采樣，必須在對(duì)應(yīng)的下橋臂開(kāi)通才可以，否則該橋臂電阻上沒(méi)有流過(guò)電流，采樣失敗。

到了高速或者弱磁區(qū)，下橋臂開(kāi)通的脈寬會(huì)越來(lái)越窄。最小脈寬的寬度越大，那么采樣點(diǎn)距離MOSFET開(kāi)關(guān)噪聲越遠(yuǎn)，但是最大占空比不足，導(dǎo)致整個(gè)電機(jī)的極限速度或者最大力矩不理想，無(wú)法充分利用直流電壓。

如果最小脈寬盡量減小，最大輸出電壓有所提高，但是采樣點(diǎn)離MOSFET開(kāi)關(guān)點(diǎn)很近，容易采樣到噪聲導(dǎo)致無(wú)法工作。

傳統(tǒng)的方法是限制 調(diào)制率 ，在三相下橋臂的中點(diǎn)采樣觸發(fā)電流采樣。就是限制最大占空比，犧牲了直流電壓的利用率。一般來(lái)說(shuō)，以M0為例，因?yàn)锳DC的采樣率和轉(zhuǎn)換時(shí)間不會(huì)很快，一般一個(gè)通道采樣加轉(zhuǎn)換，對(duì)時(shí)鐘降額使用大概是1us。所以采樣3個(gè)通道需要3us，那么中間零矢量的時(shí)間起碼要選5us以上，如下圖即T1的最小寬度。

其中 Tminwidth=Tdeadtime + Tdelay + Tadc_sample。Tdeadtime 為死區(qū)時(shí)間，Tdelay 為 IGBT/MOSFET 導(dǎo)通延遲時(shí)間，Tadc_sample 為 ADC 采樣三通道電流所需時(shí)間。所以Tminwidth=6us。

假設(shè)開(kāi)關(guān)頻率20k，開(kāi)關(guān)周期50us，那么最大占空比只有(50-6)/50=88%.

T1代表零矢量

有些廠家的方案會(huì)略微修改一下，比如上圖中T1/T2/T3，當(dāng)T1

以上方法是比較穩(wěn)妥，但是沒(méi)有最大限度地輸出有效電壓，中間T1的零矢量是沒(méi)有有效電壓輸出的。

本人提出三種方法，一種源自某半導(dǎo)體廠商，一種受到單電阻采樣的啟發(fā)想到。

方法一

設(shè)定Tminwidth = 5us的前提下，所有采樣情況分析如下：

在PWM右邊采樣

1，當(dāng)T1 >= Tminwidth, 在T1的中間觸發(fā)U/V/W三相采樣或者脈寬相對(duì)更快的U/V采樣。

2，當(dāng)T1 < Tminwidth, 當(dāng)T2 >= Tminwidth, 在T2的中間觸發(fā)UV兩相采樣。此時(shí)W相沒(méi)有開(kāi)通，所以只能選擇觸發(fā)UV采樣，或者仍然使能UVW采樣，但是W相采樣結(jié)果舍棄。

3， 當(dāng)T1 < Tminwidth, 當(dāng)T2 < Tminwidth, 在T3范圍內(nèi)觸發(fā)U相采樣。此時(shí)只有U相開(kāi)通，所以V/W采樣的結(jié)果是無(wú)效的，因?yàn)闃虮垭娮璨](méi)有流過(guò)電流。那么這種情況下要么對(duì)采樣到的電流作 低通濾波 ，要么V相或者W相使用上一拍采樣的電流。

該方法可以把占空比開(kāi)到100%。

第3種情況下，必須考慮用上一拍的電流當(dāng)作本拍電流使用，或者考慮低通濾波濾掉采樣的錯(cuò)誤信號(hào)，引入相位延時(shí)。

在情況2和情況3的時(shí)候，在線修改采樣觸發(fā)點(diǎn)，當(dāng)前寫(xiě)入寄存器，下個(gè)開(kāi)關(guān)周期生效。

同時(shí)兩次采樣的時(shí)間間隔不再固定，那么FOC的計(jì)算時(shí)間就必須縮短了。否則第3種情況因?yàn)樯葏^(qū)切換，到下一開(kāi)關(guān)周期切換到第1種情況，F(xiàn)OC的計(jì)算時(shí)間必須限制在開(kāi)關(guān)周期的75%以下。根本原因，還是第3種情況下觸發(fā)ADC采樣太晚，導(dǎo)致留給FOC計(jì)算的時(shí)間不足。

優(yōu)點(diǎn)：

1、最大占空比100%

缺點(diǎn)：

1、FOC計(jì)算時(shí)間受限，不能超過(guò)中斷周期的75%

2、ADC必須支持在線切換采樣點(diǎn)，延時(shí)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期生效

3、某些情況下必須用上一拍電流替代當(dāng)前電流，引入相位延時(shí)?；蛘哂玫屯V波濾除噪聲

方法二

方法二是在第一種方法的基礎(chǔ)上有一些啟發(fā)，主要是第2，第3種情況的優(yōu)化。處理方式如下：

1，當(dāng)T1 >= Tminwidth, 在T1的中間觸發(fā)U/V/W三相采樣或者脈寬相對(duì)更快的U/V采樣。

2，當(dāng)T1 < Tminwidth, 當(dāng)T2 >= Tminwidth, 在T2的中點(diǎn)觸發(fā)V相采樣，在T3的中點(diǎn)觸發(fā)U相采樣。

這種方法和T2中點(diǎn)觸發(fā)UV采樣的方式相比，對(duì)T2的寬度可以更窄，因?yàn)門(mén)2整個(gè)寬度內(nèi)只采樣1個(gè)ADC通道。如果采樣2個(gè)ADC通道，那么寬度要增大起碼1us。

3， 當(dāng)T1 < Tminwidth, 當(dāng)T2 < Tminwidth, 把T2往右邊 移動(dòng) ，移動(dòng)的增量是(Tminwidth-T2)。

從而可以實(shí)現(xiàn)在T2范圍內(nèi)觸發(fā)1次對(duì)V相的采樣，然后在T3中點(diǎn)觸發(fā)對(duì)U相的采樣。

該方法可以把占空比開(kāi)到 100% ，不用考慮用上一拍的電流當(dāng)作本拍電流使用，也不用考慮低通濾波濾掉采樣的錯(cuò)誤信號(hào)。尤其不會(huì)引入相位延時(shí)。

移動(dòng)T2也會(huì)存在問(wèn)題，因?yàn)榭赡軐?dǎo)致V相開(kāi)通點(diǎn)超過(guò)了PWM比較值的頂點(diǎn)，所以當(dāng)V相計(jì)算的占空比不大到時(shí)候，就不光要移動(dòng)可能導(dǎo)致諧波，還有可能改變V相的導(dǎo)通寬度，同時(shí)T1還有可能往左移動(dòng)。

這一類(lèi)極端情況下，可能會(huì)移動(dòng)VW兩相的開(kāi)通脈沖，同時(shí)還要改變V相的導(dǎo)通寬度，引入一定諧波，和單電阻比較類(lèi)似了。

缺點(diǎn)就是采樣方式和單電阻類(lèi)似，在情況2和情況3的時(shí)候，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)必須觸發(fā)2次ADC采樣，上個(gè)周期計(jì)算觸發(fā)點(diǎn)寫(xiě)入寄存器，下個(gè)開(kāi)關(guān)周期就生效。

同時(shí)兩次采樣的時(shí)間間隔不再固定，那么FOC的計(jì)算時(shí)間就必須縮短了。否則第3種情況因?yàn)樯葏^(qū)切換，到下一開(kāi)關(guān)周期切換到第1種情況，F(xiàn)OC的計(jì)算時(shí)間必須限制在開(kāi)關(guān)周期的 75% 以下。

優(yōu)點(diǎn)：

1、最大占空比100%

2、不需要用上一拍電流替代當(dāng)前電流，沒(méi)有相位延時(shí)

缺點(diǎn)：

1、FOC計(jì)算時(shí)間受限，不能超過(guò)中斷周期的75%

2、ADC必須支持在線切換采樣點(diǎn)，延時(shí)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期生效，一個(gè)周期內(nèi)觸發(fā)2次ADC采樣。

3、第2種情況有移相，類(lèi)似單電阻采樣，引入電流諧波，甚至改變導(dǎo)通寬度。

方法三

方法三和在傳統(tǒng)的方法比較類(lèi)似， 固定點(diǎn)采樣 ，但是占空比在某些情況下可以達(dá)到100%。

1，當(dāng)T1 >= Tminwidth, 在T1的中間觸發(fā)U/V/W三相采樣或者脈寬相對(duì)更快的U/V采樣。

2，當(dāng)T1 < Tminwidth, 當(dāng)T2 >= Tminwidth, 強(qiáng)制T1=0, 在T2中點(diǎn)對(duì)UV相觸發(fā)采樣。

3， 當(dāng)T1 < Tminwidth, 當(dāng)T2 < Tminwidth, 強(qiáng)制T1=0, 強(qiáng)制T2=Tminwidth, 在T2中點(diǎn)對(duì)UV相觸發(fā)采樣。

該方法可以把占空比開(kāi)到 100% ，比如強(qiáng)制T1=0, 就是強(qiáng)迫實(shí)現(xiàn)了100%占空比。因?yàn)門(mén)1較小的時(shí)候，如果中點(diǎn)固定采樣，肯定會(huì)受到T1開(kāi)關(guān)動(dòng)作的影響。這種情況下規(guī)避開(kāi)關(guān)噪聲，只能強(qiáng)制T1是不存在的，即W相下橋不導(dǎo)通，一直關(guān)閉。這樣子UV兩相就能在足夠的采樣寬帶下實(shí)現(xiàn)采樣。

情況3也是類(lèi)似的原因，解決了T1，當(dāng)T2不夠，只能給T2強(qiáng)制最小寬度，沒(méi)有寬度就創(chuàng)造寬度，強(qiáng)制觸發(fā)采樣。

用考慮用上一拍的電流當(dāng)作本拍電流使用，也不用考慮低通濾波濾掉采樣的錯(cuò)誤信號(hào)。尤其不會(huì)引入相位延時(shí)。固定采樣點(diǎn)，配置也簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)就是在某些情況下，強(qiáng)制改變了T1和T2的寬度，雖然沒(méi)有引入諧波，但是改變了目標(biāo)輸出電壓。

因?yàn)槭枪潭ú蓸狱c(diǎn)，所以FOC計(jì)算時(shí)間沒(méi)有特殊限制。

優(yōu)點(diǎn)：

1、最大占空比100%

2、不需要移相，不需要在線改變采樣點(diǎn)，對(duì)FOC計(jì)算時(shí)間沒(méi)有限制。

缺點(diǎn)：

1、極限速度下會(huì)改變T1和T2的實(shí)際值，導(dǎo)致實(shí)際輸出電壓和目標(biāo)電壓存在偏差