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教你轻松检测马达控制变频器中的相电流

发布时间:2014-12-17 责任编辑:sherryyu

【导读】以磁场定向控制算法为基础的高能效三相变频器广泛用于各类交流电机驱动应用中。FOC算法需要精确检测三相电流,Shunt电流检测电路因其成本低精度较高取得了广泛应用。本文将探讨shunt电流检测电路设计及不同Shunt电流检测电路对运算放大器的要求。
 
随着诸如能源之星等节能标准在家电,医疗,电动车等市场的接收和推广,以磁场定向控制(FOC)算法为基础的高能效三相变频器广泛用于各类交流电机驱动应用中。FOC算法需要精确检测三相电流,Shunt电流检测电路因其成本低精度较高取得了广泛应用。本文将探讨shunt电流检测电路设计及不同Shunt电流检测电路对运算放大器的要求。
  
磁场定向控制算法通过一系列的前向Clarke运算和Park运算将检测得到交流电机的三相相电流处理,间接得到转矩分量和磁通分量,经过经典的PI算法对其进行精确控制,从而保证电机能以最佳的扭矩高效运行,实现精确的速度变化控制,算法框图如图1。由此可知,相电流检测的精度是决定整个电机控制性能的一个重要因素。一般来说,相电流检测共有闭环霍尔,Shunt电阻,开环霍尔三种方式。Shunt电阻因其精度较高(全温范围校正后精度2%至5%),成本低而得到广泛应用。
  
Shunt电流检测电路设计
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常用的Shunt电流检测电路如图2所示。Shunt电阻将电机的相电流转化为相电压,经过RC低通滤波,偏置电压预置之后经过运放放大,输出给MCU(如TI的C28xx系列)内部12bit ADC。
  
对于RC低通滤波部分,该滤波器可显着减小功率部分的开关噪声,提高相电流检测精度。但是该滤波器并不能采用高阶滤波器,一是成本考虑,二是高阶滤波器虽然衰减效果更好,但是滤波器群延时也相应显著增加,限制了可检测相电流的最小PW占空比,降低FOC系统控制精度,一般来说,滤波电路不宜高于2阶,RC常数取在100ns到200ns之间。因为相电流方向可正可负,所以Shunt电压也带有极性,而一般MCU内部ADC并非双极性ADC,所以在滤波电路之后有一个电阻分压偏置电路将电压转化为单极性。经过一级放大器之后得到动态范围扩展至电源轨的信号,以提高信噪比。
 
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