SimpleFOC之多路PWM驅(qū)動，相電流監(jiān)測1

三天助力一個(gè)不知死活的本科生畢業(yè)論文，開搞！

3PWM

6PWM

在BLDC電機(jī)控制上，6路PWM 控制模式比3路PWM更自由，因?yàn)?個(gè)半橋式晶體管的每一個(gè)都可以單獨(dú)控制。

死區(qū)時(shí)間

開關(guān)元器件的和嚴(yán)格意義并不是相同的。IGBT，MOS并不是理想開關(guān)器件，其開通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間不是嚴(yán)格一致的，如果兩端有電壓，將導(dǎo)致直流電源短路，損壞橋臂功率器件，稱之為“橋臂直通”。所以在驅(qū)動開關(guān)元器件門極的時(shí)候需要增加一段延時(shí)，確保另一個(gè)開關(guān)管完全關(guān)斷之后再去打開這個(gè)開關(guān)元器件，通常存在兩種情況；

上半橋關(guān)斷后，延遲一段時(shí)間再打開下半橋；

下半橋關(guān)斷后，延遲一段時(shí)間再打開上半橋；

這樣就不會同時(shí)導(dǎo)通，從而避免功率元件燒毀。

相對于PWM來說，死區(qū)時(shí)間是在PWM輸出的這個(gè)時(shí)間，上下管都不會有輸出，當(dāng)然會使波形輸出中斷，死區(qū)時(shí)間一般只占百分之幾的周期。但是當(dāng)PWM波本身占空比小時(shí)，空出的部分要比死區(qū)還大，所以死區(qū)會影響輸出的紋波，但應(yīng)該不是起到?jīng)Q定性作用的。

另外如果死區(qū)設(shè)置過小，但是仍然出現(xiàn)上下管同時(shí)導(dǎo)通，因?yàn)閷?dǎo)通時(shí)間非常非常短，電流沒有變得很大，不足以燒毀系統(tǒng)，那此時(shí)會導(dǎo)致開關(guān)元器件發(fā)熱嚴(yán)重，所以選擇合適的死區(qū)時(shí)間尤為重要，過大過小都不行。

因?yàn)殚T極上升和下降時(shí)間通常比延遲時(shí)間小很多，所以這里可以不用考慮它們。則死區(qū)時(shí)間滿足；

:最大的關(guān)斷延遲時(shí)間；

:最小的開通延遲時(shí)間；

:最大的驅(qū)動信號傳遞延遲時(shí)間；

:最小的驅(qū)動信號傳遞延遲時(shí)間；

上面就是三種基本的轉(zhuǎn)子獲得的方式，第一個(gè)是正交的光柵，第二個(gè)是電磁，最后一個(gè)是霍爾原件。

采樣電阻是電流采樣和對電壓采樣。對電流采樣則串聯(lián)一個(gè)阻值較小的電阻，對電壓采樣則并聯(lián)一個(gè)阻值較大的電阻。

采樣電阻的工作原理是歐姆定律，即I=U/R，通過IC檢測電阻兩端的電壓，用電壓除以電阻標(biāo)稱值即得到通過電阻的電流值。因此采樣電阻的精度直接影響到電流采樣的準(zhǔn)確性。

老傳統(tǒng)的采樣電路了

采樣電阻的采樣原理：采樣電阻將一個(gè)阻值較小的電阻，串聯(lián)在電路中用于把電流轉(zhuǎn)換為電壓信號進(jìn)行測量。采樣電阻是一種限流元件，導(dǎo)體對電流的阻礙作用大，我們便說其采樣電阻大，反之，稱其采樣電阻小。但是采樣電阻并不會因?yàn)閷?dǎo)體上沒有電流通過而消失，采樣電阻是一個(gè)導(dǎo)體的固有屬性，即便導(dǎo)體上沒有電流流過，其采樣電阻也是存在的。采樣電阻只是一個(gè)統(tǒng)稱，對其深入了解之后會知道采樣電阻多種多樣，采樣電阻連接采樣電阻的阻值會選在1歐姆以下，屬于毫歐級電阻，但是部分電阻，有個(gè)采樣電壓等要求，必須選擇大阻值電阻，但是這樣電阻基數(shù)大，產(chǎn)生的誤差大。

電流檢測結(jié)構(gòu)要求高精度雙向放大器具有比常規(guī)低側(cè)或高側(cè)放大器更好的PWM抑制。

這個(gè)是在線測量相電流的方式

我認(rèn)為的PWM抑制是，這個(gè)地方測量到的相電流的大小，其實(shí)是在一個(gè)PWM的信號源里面知道電流的大小，所以就是要壓制PWM。這就像是在颶風(fēng)期間測量海上漂浮的杯子中的液體一樣。

在這樣的情況下測量電流的大小

SimpleFOC直接使用的是在線測量，而且還是雙向測量

原理圖

INA240的原理框圖

大多數(shù)低端無刷電機(jī)驅(qū)動器沒有電流測量功能，SimpleFOC提供了一種通過設(shè)置電機(jī)電壓而不是電流來控制電機(jī)扭矩的方法。這使無刷直流電機(jī)有效地成為直流電機(jī)。

也叫直列式測量

電機(jī)的驅(qū)動電路可生成脈寬調(diào)制 （PWM） 信號來控制電機(jī)的運(yùn)行。這些調(diào)制信號使得位置與各電機(jī)相位一致的測量電路進(jìn)行共模電壓 （VCM） 轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過程中，電壓將在極短時(shí)間內(nèi)在不同高電壓電平之間進(jìn)行切換。

完美的放大器產(chǎn)品能夠完全抑制測量的 VCM 分量，僅放大與流經(jīng)分流電阻器 的電流相對應(yīng)的差分電壓。不幸的是，實(shí)際的放大器產(chǎn)品并不理想，會受到大 PWM 驅(qū)動輸入電壓階躍的影響。由于實(shí)際的放大器產(chǎn)品無法進(jìn)行無限的抑制共模，因此放大器輸出端可能會出現(xiàn)與每個(gè)輸入電壓階躍相對應(yīng)的大幅度意外干擾。

此類測量的常用方法是選擇帶寬較高的電流檢測放大器。為了保持在可聽頻率范圍之上，典型的調(diào)制頻率 范圍為 20kHz 至 30kHz。用于在這些 PWM 驅(qū)動應(yīng)用 中進(jìn)行直列式電流測量的放大器選擇以信號帶寬在 200kHz 至 500kHz 范圍內(nèi)的放大器為目標(biāo)。以往選擇放大器時(shí)并不基于顯著低于 PWM 信號帶寬的實(shí)際信號帶寬。選擇更高的放大器帶寬可以使輸出干擾在輸入電壓轉(zhuǎn)換后快速穩(wěn)定下來。

抑制過后得到的樣子

消除噪聲后表示的每個(gè)相位的輸出電壓信號。紅色波形表示信號，表明經(jīng)過電子換向的功率晶體管將正弦波形盡可能準(zhǔn)確地復(fù)制到電機(jī)。電流感應(yīng)放大器將經(jīng)受從電源軌(例如 V BATT = 48V)到接地端的輸入共模電壓信號。

低側(cè)相位檢測可以更輕松地確定電動機(jī)的相電流，但這不是一種精確的方法。它可能會引入與相電流有關(guān)的誤差。

主要挑戰(zhàn)在于，共模電壓是PWM信號，除非啟用了適當(dāng)?shù)腜WM抑制電路，否則會導(dǎo)致輸出信號中斷。這導(dǎo)致對電流感測放大器的要求更加嚴(yán)格，該電流感測放大器必須具有出色的DC和AC共模抑制比（CMRR）以及高DC精度（低輸入失調(diào)電壓）。一些設(shè)備測量在一個(gè)方向上流動的電流。

下面給出一個(gè)Arduino控制的FOC電流在線測量實(shí)例

對于放大器給出的電流就是直接使用ADC采集就行

讓我們來過濾一下這個(gè)電流，因?yàn)轭l率的原因，就低通濾波就好

使用操作符重載一下

我們直接使用這個(gè)函數(shù)就行

相電流的變化，代碼在文后