在對產(chǎn)品體積及成本有較高要求時(shí)，單電阻電流采樣方案foc進(jìn)入我們的視野。理論上，單電阻電流采樣方案可以實(shí)現(xiàn)和二電阻、三電阻電流采樣同樣的效果，唯一美中不足的是，單電阻電流采樣方案沒辦法實(shí)現(xiàn)高調(diào)制比，不過這并不影響單電阻電流采樣方案的廣泛應(yīng)用。

本文從單電阻電流采樣原理出發(fā)，深入分析相關(guān)理論及時(shí)序，并通過simulink仿真實(shí)現(xiàn)相關(guān)算法

1、單電阻采樣原理

母線電流能夠反映三相電流。

三相電橋示意圖如下，電流采樣電阻放在母線負(fù)端，電路工作在逆變工況時(shí)，可以將電路工作狀態(tài)分為如下四種狀態(tài)。

1.三個(gè)下橋?qū)ǎ瑳]有上橋?qū)?/p>

2. 二個(gè)下橋?qū)ǎ粋€(gè)上橋?qū)?/li>
3. 一個(gè)下橋?qū)ǎ€(gè)上橋?qū)?/li>
4. 沒有下橋?qū)ǎ齻€(gè)上橋?qū)?/li>

其中電路工作在狀態(tài)1、狀態(tài)4時(shí)，沒有電流流過采樣電阻。

工作在狀態(tài)2時(shí)，如上圖，采樣到的電流均流經(jīng)U相上橋，此時(shí)的母線電流等于U相相電流。

工作在狀態(tài)3時(shí)，如上圖，采樣到的電流為流經(jīng)U相上橋、V相上橋的電流之和，由基爾霍夫定律，Iu + Iv + Iw = 0; 可得此時(shí)的母線電流等于負(fù)的W相相電流。

工作在狀態(tài)3時(shí)，如上圖，采樣到的電流為流經(jīng)U相上橋、V相上橋的電流之和，由基爾霍夫定律，Iu + Iv + Iw = 0; 可得此時(shí)的母線電流等于負(fù)的W相相電流。

當(dāng)三相電流中的兩相電流能夠采樣得到后，第三相波形可以通過基爾霍夫定律重構(gòu)。

對開關(guān)狀態(tài)的劃分可以再詳細(xì)一點(diǎn)，整理所有上下橋開關(guān)狀態(tài)下，母線電流與相電流的關(guān)系。參照上表(表格來自microchip應(yīng)用筆記AN1299，文末給出下載方式)

**2、**單電阻采樣時(shí)序

2.1、單電阻采樣時(shí)序

上文分析了單電阻采樣的原理，以下內(nèi)容討論如何協(xié)同采樣時(shí)刻和foc計(jì)算。

選擇第一個(gè)采樣點(diǎn)為每一個(gè)pwm周期導(dǎo)通時(shí)間最短的一相上橋關(guān)閉后延時(shí)若干個(gè)時(shí)鐘(大于下橋臂導(dǎo)通延時(shí))后的時(shí)刻。上圖figure2中黃色信號(hào)時(shí)刻。

選擇第二個(gè)采樣點(diǎn)為每一個(gè)pwm周期導(dǎo)通時(shí)間第二短的一相上橋關(guān)閉后延時(shí)若干個(gè)時(shí)鐘(大于下橋臂導(dǎo)通延時(shí))后的時(shí)刻。上圖figure2中紅色信號(hào)時(shí)刻。

上圖中figure1為三相上橋驅(qū)動(dòng)波形，figure2為觸發(fā)采樣信號(hào)，每個(gè)pwm周期中前兩個(gè)有效，figure3為母線電流信號(hào)，figure4為pwm計(jì)數(shù)器信號(hào)。

電流采樣在每個(gè)pwm周期中，計(jì)數(shù)方向?yàn)橄蛏嫌?jì)數(shù)的半個(gè)周期進(jìn)行，計(jì)數(shù)到周期值后觸發(fā)pwm更新事件中斷，執(zhí)行foc計(jì)算，電流采樣中斷優(yōu)先級(jí)高于pwm更新時(shí)間中斷。

考慮到實(shí)際adc采樣需要一定的時(shí)間，三相pwm占空比中其中兩相占空比非常接近時(shí)(有效導(dǎo)通時(shí)間過小)，將導(dǎo)致采樣失敗，此時(shí)需要通過補(bǔ)償來增加有效導(dǎo)通時(shí)間

2.2、補(bǔ)償最小采樣時(shí)間

如上圖figure2，在svpwm扇區(qū)切換的時(shí)候，兩相占空比幾乎一樣，有效導(dǎo)通時(shí)間小于單片機(jī)adc采樣時(shí)間，此時(shí)必須補(bǔ)償導(dǎo)通時(shí)間。

此處的補(bǔ)償其實(shí)容易理解，我們的電流采樣總是在pwm計(jì)數(shù)器上計(jì)數(shù)的時(shí)候觸發(fā)，要保證采樣時(shí)有足夠的采樣時(shí)間，只需要當(dāng)兩相占空比非常接近時(shí)，把占空比較大的一相加大即可，同時(shí)為了保證電壓矢量大小不變，在pwm計(jì)數(shù)器下記數(shù)時(shí)，減去之前增加的時(shí)間。

實(shí)現(xiàn)方法為在pwm計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0和周期值時(shí)都觸發(fā)pwm事件更新中斷，當(dāng)中斷為下溢中斷時(shí)，判斷三相占空比之差，相差過近則增加占空比，并置標(biāo)志位，上溢中斷時(shí)判斷標(biāo)志位，標(biāo)志位有效則減小相關(guān)相占空比。

補(bǔ)償后波形如上圖。其中figure1為三相上橋驅(qū)動(dòng)波形，figure2為三相占空比大小。

2.3、系統(tǒng)時(shí)序

完成實(shí)現(xiàn)過程分析后，我將單電阻電流采樣foc分為以下4個(gè)模塊

1. 電流采樣模塊
2. 電流重構(gòu)模塊
3. foc計(jì)算模塊
4. 移相補(bǔ)償模塊

4個(gè)模塊時(shí)序關(guān)系如上圖，其中：

1. figure1為pwm計(jì)數(shù)器；
2. figure2黃藍(lán)紅波形為三相電流采樣觸發(fā)信號(hào)，綠色波形為電流重構(gòu)模塊執(zhí)行時(shí)刻；
3. figure3為foc計(jì)算模塊執(zhí)行時(shí)刻；
4. figure4為移相補(bǔ)償模塊執(zhí)行時(shí)刻。

放大波形如上。

1. pwm計(jì)數(shù)器下溢時(shí)刻判斷占空比大小，有需要的話進(jìn)行補(bǔ)償；
2. pwm計(jì)數(shù)器上計(jì)數(shù)過程中完成兩相電流采樣；
3. pwm上溢時(shí)刻進(jìn)行電流重構(gòu)，得到三相電流；
4. 得到三相電流后執(zhí)行foc計(jì)算；
5. 完成foc計(jì)算后再次更新占空比，消除移相補(bǔ)償造成的電壓矢量誤差。

3、單電阻采樣具體實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述分析做出simulink仿真。

仿真中各個(gè)模塊都盡量使用matlab程序?qū)崿F(xiàn)，易于閱讀，文末給出仿真模型的下載方式。

運(yùn)行仿真，觀查相間采樣電流(上)和單電阻采樣電流(下)結(jié)果，可見波形基本一樣，美中不足的是單電阻采樣電路在扇區(qū)切換時(shí)，因?yàn)椴蓸狱c(diǎn)相對pwm周期的時(shí)刻發(fā)生變化，能看出受紋波電流的影響，單電阻采樣電流存在畸變。

使用單電阻采樣電流替換相間采樣電流，引入環(huán)路，環(huán)路運(yùn)行正常，與使用相間采樣電流運(yùn)行結(jié)果一致。