矢量控制中的常见电流检测方式

一路上

前言

矢量控制技术中，一个关键的技术环节是相电流的采集和重构。电流采集方式有多种，但是鉴于成本和易用性的考虑，目前应用较多的电流采集方式只有三种。单电阻法、双电阻法以及三电阻法。

1.单电阻采集方案，成本低，只须要一个采样电阻和一个运算放大电路即可。由于采用单分流电阻，三相电流的测量电路相同，不须要为每一相电路做单独校准处理。

但是单电阻采样方案的程序达到相对复杂，在一个PWM周期中须要进行两次采样。并且在有些特定时刻须要对正弦调制模式进行修改，才能重构出三相电流，因此更容易产生电流纹波。

单电阻电流采集方式

对照七段式PWM发波顺序图，看一下扇区I时的PWM波形：

七段式PWM扇区I波形

图中所示，黄色线区域，A相上桥臂为高，B和C上桥臂为低，下桥臂为高，电流由电源的正极流入电机的A相，由B和C相流出，我们假定电流由电机端线到中性点的方向为正，反之为负。因此，此时采样电阻上流入的电流为Ia。

黄线区域电流方向

上图中的PWM波形蓝色线区域时，A相和B相上桥臂导通，C相下桥臂导通，因此电流由电源的正极从A和B相流入电机，从C相流出，因此，此时采样电阻上的电流现实中为-Ic。

蓝线区域电流方向

这样在一个PWM周期中进行两次采样，即可重构出三相电流。但是，有一种特殊情况，在一个PWM周期中有两相占空比相似或相等的情况下，采样窗口很小，没法采集第二个电流，因此该周期没法重构出三相电流。此时就须要对该周期PWM进行调整，增大采样窗口。

2.双电阻采样方案，只在某两相的下桥臂放置采样电阻，在下桥臂导通时采集电流。

双电阻采集方案

由于SVPWM的某些周期中某一相的下桥臂导通时长短，因此该相采集窗口时长较短，从而导致该相电流采集不精确。由于开关管的存在，任意时刻流经采样电阻上的电流并不总是即是相电流，因此对采样时刻要求严格。

3.三电阻方案，在三相下桥臂放置采样电阻，下桥臂导通时采集该相电流。

三电阻采集方案

由于是三电阻，因此任何时候都能够丢弃采样窗口较短的那一相，由基尔霍夫电流定律推出第三相的电流。算法简略，只须要采集一次就能够重构出三相的电流。因此速度快速，也是三种方案中应用最多的一种方案。

三电阻方案，由于流过电阻上的电流方向不同，有正有负，在零电平高低摆动，因此须要增加相移电路才能送到ADC电路进行采样。ST的三电阻方案中，依据扇区来确定采样顺序，其实原理上都一样。也是避开了导通时长较短的那一项，只采集另外两项。

假如扇区I中，它的PWM波形如前面所示，由于该扇区A相的上桥臂导通时长最长，下桥臂导通时长最短，因此避开A相的采集，只采集B和C相。

扇区I采样点

同理，在扇区II中，B相的上桥臂导通时间最长，下桥臂导通时间最短，因此避开B相的采集，只采集A和C相。

扇区II采样点

矢量控制的电流采集方案中，还有一种采用双电流互感器的方式，这种方式不受桥臂导通限制，任何时刻都能够采样，抗干扰才能强，老本也较高。在常见的矢量控制方案中，三电阻和双电阻方案因其老本低廉，程序设计简略，因此应用较多。现实中运用时须要注意地平面的噪声干扰，对采样电阻尽量采取差分走线方式布线。