矢量控制技术中的常见电流采集方式有哪几种

电流采集方式主要有哪几种？分别有哪些优点及缺点？

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徐夕武

2021-9-6 17:42:13

矢量控制技术中，一个关键的技术环节是相电流的采集和重构。电流采集方式有多种，但是鉴于成本和易用性的考虑，目前应用较多的电流采集方式只有三种。单电阻法、双电阻法以及三电阻法。
1、单电阻采集方案，成本低，只需要一个采样电阻和一个运算放大威廉希尔官方网站即可。由于采用单分流电阻，三相电流的测量威廉希尔官方网站相同，不需要为每一相威廉希尔官方网站做单独校准处理。
但是单电阻采样方案的程序实现相对复杂，在一个PWM周期中需要进行两次采样。并且在有些特定时刻需要对正弦调制模式进行修改，才能重构出三相电流，因此更容易产生电流纹波。

单电阻电流采集方式对照七段式PWM发波顺序图，看一下扇区I时的PWM波形：

七段式PWM扇区I波形图中所示，黄色线区域，A相上桥臂为高，B和C上桥臂为低，下桥臂为高，电流由电源的正极流入电机的A相，由B和C相流出，我们假定电流由电机端线到中性点的方向为正，反之为负。因此，此时采样电阻上流入的电流为Ia。

黄线区域电流方向上图中的PWM波形蓝色线区域时，A相和B相上桥臂导通，C相下桥臂导通，因此电流由电源的正极从A和B相流入电机，从C相流出，因此，此时采样电阻上的电流实际为-Ic。

蓝线区域电流方向这样在一个PWM周期中进行两次采样，即可重构出三相电流。但是，有一种特殊情况，在一个PWM周期中有两相占空比相似或相等的情况下，采样窗口很小，无法采集第二个电流，因此该周期无法重构出三相电流。此时就需要对该周期PWM进行调整，增大采样窗口。
2、双电阻采样方案，只在某两相的下桥臂放置采样电阻，在下桥臂导通时采集电流。

双电阻采集方案由于SVPWM的某些周期中某一相的下桥臂导通时间短，因此该相采集窗口时间较短，从而导致该相电流采集不准确。因为开关管的存在，任意时刻流经采样电阻上的电流并不总是等于相电流，因此对采样时刻要求严格。
3、三电阻方案，在三相下桥臂放置采样电阻，下桥臂导通时采集该相电流。

三电阻采集方案由于是三电阻，因此任何时候都可以丢弃采样窗口较短的那一相，由基尔霍夫电流定律推出第三相的电流。算法简单，只需要采集一次就可以重构出三相的电流。因此速度较快，也是三种方案中应用最多的一种方案。
三电阻方案，由于流过电阻上的电流方向不同，有正有负，在零电平上下摆动，因此需要增加相移威廉希尔官方网站才能送到ADC威廉希尔官方网站进行采样。ST的三电阻方案中，根据扇区来确定采样顺序，其实原理上都一样。也是避开了导通时间较短的那一项，只采集另外两项。
比如扇区I中，它的PWM波形如前面所示，因为该扇区A相的上桥臂导通时间最长，下桥臂导通时间最短，因此避开A相的采集，只采集B和C相。

扇区I采样点同理，在扇区II中，B相的上桥臂导通时间最长，下桥臂导通时间最短，因此避开B相的采集，只采集A和C相。

扇区II采样点矢量控制的电流采集方案中，还有一种采用双电流互感器的方式，这种方式不受桥臂导通限制，任何时刻都可以采样，抗干扰能力强，成本也较高。在常见的矢量控制方案中，三电阻和双电阻方案因其成本低廉，程序设计简单，因此应用较多。实际使用时需要注意地平面的噪声干扰，对采样电阻尽量采取差分走线方式布线。

单电阻电流采集方式对照七段式PWM发波顺序图，看一下扇区I时的PWM波形：

扇区I采样点同理，在扇区II中，B相的上桥臂导通时间最长，下桥臂导通时间最短，因此避开B相的采集，只采集A和C相。

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