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文章目錄
1 電流采樣的作用
在FOC算法中，電流采樣在反饋環節是相當重要的一部分，無論是有感FOC，還是無感FOC，相電流是交流三相同步電機在進行坐標變換的關鍵，最終通過SVPWM實現電機轉子磁場和定子磁場的同步轉動，通常這里有三種方案，單電阻采樣，雙電阻采樣，三電阻采樣，關系到整體系統的成本，算法的復雜程度和最終運行的效果，這里需要更加項目的具體需求進行選擇。本文參考ST的單電阻和三電阻采樣以及TI的雙電阻采樣，還有microchip的資料，結合實際中可能需要注意的地方進行總結分析。
幾種電流采樣方案的對比；
| 電流采樣 | 成本 | 算法 |
|---|---|---|
| 單電阻 | 低 | 復雜 |
| 雙電阻 | 適中 | 適中 |
| 三電阻 | 高 | 簡單 |
2 硬件架構
硬件上的設計通常是采集三相電流，通過運算放大器加偏置電壓，這樣可以就可以采集正負電流，最終在MCU中處理的時候減去偏置電壓就行，以Infineon XC167CI SK Board單電阻的方案為例子，具體電路拓撲圖如下；
下面是TI C2000 的方案
AP1608410 原文鏈接
運算放大器
3 采樣關鍵
采樣的關鍵是需要在三相逆變器高端關閉，低端打開的情況下進行采樣，這是整體的采樣點。因此，采樣會存在窗口時間，因為ADC轉換完成需要一定數量級的時間，也就是說，在ADC轉換完成之前，橋低端是不能關閉的，在這里，雙電阻和單電阻采樣需要考慮窗口時間的限制，而三電阻采樣則不存在窗口時間（PWM占空比接近100%），可以根據SVPWM當前所在象限，進行分類，只需要采集其中不受窗口時間限制的兩相電流，然后根據
，進行電流的重構。
4 采樣方案
電流采樣比較關鍵的地方主要是硬件的設計和采樣點的設置，這里在后面會涉及到通過相應的觸發信號去通知ADC進行電流采樣，最后進行電流重構。
5 三電阻采樣
TI的三電阻采樣
5.1 三電阻采樣點
正如前面所提到的三電阻采樣可以避免窗口時間，如下圖所示；在不同扇區需要采樣的相電流，可以看到，共同點是避免去采樣PWM占空比接近100%的那一相電流。
可以參考一下ST的電機庫的做法，通過TIMER_CH4作為ADC采樣的觸發信號，而采樣則可以通過修改TIM_CCR4寄存器去改變采樣點，相當靈活的做法；
5.2 雙電阻采樣
雙電阻采樣無法避免窗口時間，所以需要限制最終PWM的占空比，為ADC轉換預留足夠的時間；
5.3 雙電阻采樣點
5.4 單電阻采樣
單電阻采樣需要在一個PWM周期內進行兩次采樣，下面需要在SVPWM六個扇區進行相電流的分類，這里可以對SVPWM的原理進行分析，從而了解如何對電流進行重構；單電阻的電路結構如下圖所示；
為了便於理解整個采樣的過程，為了表示逆變器的開關管的狀態，
Sa表示A相的上下管，同理Sb表示B相的上下管；
這里規定：
Sa = 1表示上管導通，下管斷開；
Sa = 0表示下管導通，上管斷開；
Sb和Sc以此類推；
5.4.1 Sa Sb Sc：100
5.4.2 Sa Sb Sc：110
5.4.3 SVPWM的開關狀態
| 開關狀態 | AH | BH | CH | 電流 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | |
| 2 | 1 | 1 | 0 | |
| 3 | 0 | 1 | 0 | |
| 4 | 0 | 1 | 1 | |
| 5 | 0 | 0 | 1 | |
| 6 | 1 | 0 | 1 | |
| 7 | 1 | 1 | 1 | 0 |
因此，單電阻采樣，需要在一個PWM周期內進行兩次采樣；具體如下圖所示；
圖中的SAL，SBL，SCL分別對應整流橋的下管，因此在一個周期內分別進行了Sample 1和Sample 2這兩次采樣，對照上表可以推出；
- Sample 1：采集了開關管狀態為
SAL SBL SCL：101==>SAH SBH SCH：010，此時采樣電流為 ； - Sample 2：采集了開關管狀態為
SAL SBL SCL：100==>SAH SBH SCH：011，此時采樣電流為 ；
原理搞清楚之后，下面要注意的地方還有兩點采樣點的確認和窗口時間的限制；
5.4.4 ST方案
6 總結
本文介紹和對比了三種電流采樣方案，簡單給出了需要注意的地方，由於本人能力有限，文中難免出現錯誤和紕漏，請大佬不吝賜教。
7 附錄
microchip 資料匯總
TI 1-, 2-, and 3-Shunt FOC Inverter Reference Design