在電動機FOC控制系統中，對電動機電流的采樣是一個非常重要的環節，在低成本應用場合，為了降低成本，減小體積，根據母線電流和相電流關系而形成的單電阻電流采樣及相電流重建方法具有很大的競爭優勢。MagniV為單電阻設計提供了獨特的硬件支持。

一、引言

電流采樣對無感電機矢量控制是非常重要的，電流采樣性能是其中一個關鍵的環節，往往直接影響到整個控制方案的性能好壞。

在實際使用中，三相電流采樣常見類型有三電阻、雙電阻以及單電阻采樣技術。它們的實現方式不同，但共同的目標就是為得到真實的三相電流。本期小編主要介紹近期十分熱門的單電阻電流重建技術以及MagniV系列芯片對于該技術特有的硬件支持。

二、單分流采樣技術簡介

相電流采樣技術對于檢測相電流以及通過其重構獲取定子電流的全部三相信息是關鍵問題。當直流母線電壓連接到電機時，如圖1在八個電壓矢量的其中六個中，流過分流電阻的相電流產生一個電壓降，需要由AD轉換器進行適當采樣。

圖1 電壓矢量

圖2顯示了矢量101期間的電流測量示例，其中可以采集iSB電流。考慮一個對稱三相系統，可以在任何時候使用基爾霍夫電流定律（iSA+iSB+iSC=0），因此在一個PWM周期內至少需要兩個電流才能使所有三相電流可用于矢量控制。由于電壓矢量的調制，在單個PWM周期內可以使用兩個不同的非零電壓矢量組合感測兩個電流。然后基于基爾霍夫電流定律計算第三個電流。

圖2 電流測量

三、單分流采樣技術缺陷

技術是一把雙刃劍，在單電阻分流測量期間，為了允許測量電流，需要對正弦調制模式進行修改，這種模式修改可能會產生一些電流紋波，由于模式修改以及對修改后的校正，算法的實現難度增加并且會占用更多的CPU資源。

在電流測量期間只有當兩個電壓矢量有效并保持足夠的時間以捕獲電流時，才能使用單分流三相電流重構。

如圖3所示，當兩個PWM邊緣彼此靠近時，直流鏈路上的相電流信號脈沖變得太短而無法被捕獲或“消失”。這使得這部分三相電流信息不可見，并且感測電路最終可能干擾相電流反饋。如果所有三相都足夠接近，則不能從直流母線電流傳感器恢復相電流信息。

圖3 電壓矢量調制舉例

單分流采樣有其明顯的優勢，也存在必然的缺陷，但MagniV系列的雙切換PWM技術極大的增加了單分流采樣方案優勢。

四、雙切換PWM技術

在不改變硬件的情況下，我們可以使用“移相PWM”的方式對三相電流進行重構，但其軟件實現難度大，同時增加了芯片的資源的需求。

小編這里給伙伴們推薦另一種方式：MagniV系列芯片特有的“雙切換PWM”技術。該技術是將重疊信號中的一個分成兩部分，并在脈沖中間插入一個零脈沖，從而很好的解決了單分流采集技術的缺陷。

MagniV的“雙切換PWM”技術除了將一個信號從另一個信號上移開之外，還能將其中一個重疊信號分成兩個對稱信號，這兩個部分分開移動（圖4左邊的藍色信號），因此信號的總長度是相同的。

但是，會有不同數量的開關操作。考慮到插入的死區時間不同，雙開關階段的輸出電壓較低。這種雙重切換的另一個影響是不同的電壓矢量被注入到電機中。這些干擾可能會導致通量的諧波失真和產生噪音。

圖4 PWM雙切換技術

為了降低雙重切換過程中的噪聲和損耗，所有的信號分成兩部分，其中一個信號使另兩信號以較長的時間間隔分開（圖4右側）。不必要的電壓矢量（110）在包括零電壓矢量的兩個短時間段內切換，并且減少了雙重切換的負面影響。

同時，由于雙重切換的機制，我們在每個電流上可以有兩個樣本可用，附帶的我們可以對樣本取均值，一定程度上平滑采樣數據。

五、總結

在一些低成本應用場合，為了降低成本，減小體積，根據母線電流和相電流關系而形成的單電阻電流采樣及相電流重建方法具有很大的競爭優勢。

單電阻電流重建的最重要原因之一就是降低成本，它將采樣電路簡化至一個分流電阻和一個差分放大器。該方案除了降低成本外，它檢測全部三相時使用的電路相同，這對于全部測量，增益和偏移都是相同的，這將不再需要校準每相放大電路或者在軟件中進行補償。

MagniV系列芯片特有的“雙切換PWM”技術。為單電阻FOC的實現提供了另一種嶄新的思路，并通過硬件上的改變簡化了單電阻FOC技術的設計。