相电流实时采样真体验！瑞萨芯片S&H功能值得信赖

本篇介绍如何使用瑞萨R-T系列芯片，设计马达工程时，应用S&H功能，实现实时高效的AD采样，比起传统的逐相顺次AD采样，可提高控制的效果，从而提高整个系统的性能。以RA6T2为范例，结果可推广到瑞萨T系列（包括：RA/T，RX/T和RZ/T系列）其他芯片和相关领域。

在马达控制应用中，每个PWM控制周期都需要采集当时的三相电流，用来估算转子磁场方向，并确定实时控制的定子的磁场方向，从而达到控制转子旋转的目的。如下图，某时刻，三相电流和当前磁场方向关系的简单示意图：
 

从上图可以看到，某时刻电机的三相电流（红色，蓝色，绿色箭头所示）和磁场方向（黑色所示）的关系。所以原理上需要同时采集三相电流的值，才能准确估算磁场方向，这控制策略有效性的基础。

一般来讲，因为受MCU内部结构和成本的限制，虽然MCU ADC模块的能提供输入接口资源比较多，但是实际上内部的转换电路数量有限。所以在实际应用中，很多MCU芯片的AD信号的采样实际是顺序进行的，而并不是在同一时刻，例如下图所示：

AN002和AN004都需要在前一个ADC CHANNEL 完成转换后，才会执行采样操作；因为ADC转换本身需要时间，这样得到的3相电流值就不是统一时刻的值；
 

那么此时，相位估算可能出现误差。从而使系统控制性能下降，可能影响系统运行的平稳，或者系统可对应边界工况的收窄。

瑞萨R-T系列芯片的ADC模块，提供了S&H（全称sample-and-hold）功能，可使采集三相电流ADC通道，在同一时刻采样并锁存信号，其工作模式如下图所示：
 

可以看到通道0，1，2在同一时刻对信号采样和保持，然后依次进入转换电路。这样后续转化的结果，比较契合电机算法理论的基础需求。

我们以瑞萨官方样例工程为例，介绍一下如何使用FSP设置调用S&H功能，样例工程为RA6T2的sensoless控制样例方案，可在瑞萨官网下载。

当前工程环境及工具，获取链接如下所示：
IDE：

   e2 studio 2025-01
工具链：
   13.2.1.arm-13-7（由e2 studio附带安装即可）
FSP：
   5.6.0

打开工程FSP设置界面，可以看到本工程中，选用U，V，W三相电流的采集通道为AN004，AN002，AN000。
 

根据数据手册可以看到，这样选择的目的，正是为了应用ADC模块的S&H功能。如下表所示：
 

根据表中信息可以看到，因为预留了差分功能。每两个特定的物理通道（如下图ANx和ANy）连接到一组S&H（SHIN）电路中。如下图所示：
 

样例工程的设计选用了ADC模块unit 0三个具有S&H功能的电路SHIN0，SHIN1，SHIN2对应的输入通道AN000，AN002，AN004。

在FSP的ADC模块，需设置使能S&H功能。在本方案中，工程实际操作仅采集了两相电流，第三相电流用代码计算。所以在FSP中仅设置两相使能，如下所示：
 

此处的Time是，以AD时钟为单位的时间个数。如无特殊需求，可按默认设置。如需调整，应满足RA6T2硬件手册中“Table 46.34”所列的电气基准，表内规定了AD功能所需要的动作时间和计数基准。具体参数请根据现场使用情况调试，一般需要考虑采样速度和采样精度，取最佳的平衡策略。

本文介绍了，在使用R-T系列芯片设计电机工程时，推荐使用S&H功能，可以提高采样时刻的实时效果，并展示了关键FSP设置步骤。可以最大限度地发挥我们芯片地优势，为客户提供更好的解决方案。
 

文章来源：RA生态工作室  www.ramcu.cn