FOC 电流采样方案对比（单电阻/双电阻/三电阻）

最新推荐文章于 2025-05-27 09:53:54 发布

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#算法 #深度学习

本文详细探讨了电流采样在FOC算法中的重要性，比较了单电阻、双电阻和三电阻三种采样方案的成本、算法复杂度，并介绍了ST和TI的实例。重点讲解了三电阻采样如何避免窗口时间，以及单电阻采样中SVPWM开关状态下的电流重构。

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文章目录

1 电流采样的作用

在FOC算法中，电流采样在反馈环节是相当重要的一部分，无论是有感FOC，还是无感FOC，相电流是交流三相同步电机在进行坐标变换的关键，最终通过SVPWM实现电机转子磁场和定子磁场的同步转动，通常这里有三种方案，单电阻采样，双电阻采样，三电阻采样，关系到整体系统的成本，算法的复杂程度和最终运行的效果，这里需要更加项目的具体需求进行选择。本文参考ST的单电阻和三电阻采样以及TI的双电阻采样，还有microchip的资料，结合实际中可能需要注意的地方进行总结分析。

几种电流采样方案的对比；

电流采样	成本	算法
单电阻	低	复杂
双电阻	适中	适中
三电阻	高	简单

2 硬件架构

硬件上的设计通常是采集三相电流，通过运算放大器加偏置电压，这样可以就可以采集正负电流，最终在MCU中处理的时候减去偏置电压就行，以Infineon XC167CI SK Board单电阻的方案为例子，具体电路拓扑图如下；
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下面是TI C2000 的方案

AP1608410 原文链接
运算放大器
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3 采样关键

采样的关键是需要在三相逆变器高端关闭，低端打开的情况下进行采样，这是整体的采样点。因此，采样会存在窗口时间，因为ADC转换完成需要一定数量级的时间，也就是说，在ADC转换完成之前，桥低端是不能关闭的，在这里，双电阻和单电阻采样需要考虑窗口时间的限制，而三电阻采样则不存在窗口时间（PWM占空比接近100%），可以根据SVPWM当前所在象限，进行分类，只需要采集其中不受窗口时间限制的两相电流，然后根据 Ia+Ib+Ic=0I_{a}+I_{b}+I_{c} = 0Ia+Ib+Ic=0，进行电流的重构。

4 采样方案

电流采样比较关键的地方主要是硬件的设计和采样点的设置，这里在后面会涉及到通过相应的触发信号去通知ADC进行电流采样，最后进行电流重构。

5 三电阻采样

TI的三电阻采样
在这里插入图片描述

5.1 三电阻采样点

正如前面所提到的三电阻采样可以避免窗口时间，如下图所示；在不同扇区需要采样的相电流，可以看到，共同点是避免去采样PWM占空比接近100%的那一相电流。
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可以参考一下ST的电机库的做法，通过TIMER_CH4作为ADC采样的触发信号，而采样则可以通过修改TIM_CCR4寄存器去改变采样点，相当灵活的做法；

5.2 双电阻采样

双电阻采样无法避免窗口时间，所以需要限制最终PWM的占空比，为ADC转换预留足够的时间；
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5.3 双电阻采样点

在这里插入图片描述

5.4 单电阻采样

单电阻采样需要在一个PWM周期内进行两次采样，下面需要在SVPWM六个扇区进行相电流的分类，这里可以对SVPWM的原理进行分析，从而了解如何对电流进行重构；单电阻的电路结构如下图所示；
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为了便于理解整个采样的过程，为了表示逆变器的开关管的状态，
Sa表示A相的上下管，同理Sb表示B相的上下管；
这里规定：
Sa = 1表示上管导通，下管断开；
Sa = 0表示下管导通，上管断开；