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教你輕松檢測馬達控制變頻器中的相電流

發(fā)布時間:2014-12-17 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】以磁場定向控制算法為基礎(chǔ)的高能效三相變頻器廣泛用于各類交流電機驅(qū)動應(yīng)用中。FOC算法需要精確檢測三相電流,Shunt電流檢測電路因其成本低精度較高取得了廣泛應(yīng)用。本文將探討shunt電流檢測電路設(shè)計及不同Shunt電流檢測電路對運算放大器的要求。
 
隨著諸如能源之星等節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)在家電,醫(yī)療,電動車等市場的接收和推廣,以磁場定向控制(FOC)算法為基礎(chǔ)的高能效三相變頻器廣泛用于各類交流電機驅(qū)動應(yīng)用中。FOC算法需要精確檢測三相電流,Shunt電流檢測電路因其成本低精度較高取得了廣泛應(yīng)用。本文將探討shunt電流檢測電路設(shè)計及不同Shunt電流檢測電路對運算放大器的要求。
  
磁場定向控制算法通過一系列的前向Clarke運算和Park運算將檢測得到交流電機的三相相電流處理,間接得到轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量,經(jīng)過經(jīng)典的PI算法對其進行精確控制,從而保證電機能以最佳的扭矩高效運行,實現(xiàn)精確的速度變化控制,算法框圖如圖1。由此可知,相電流檢測的精度是決定整個電機控制性能的一個重要因素。一般來說,相電流檢測共有閉環(huán)霍爾,Shunt電阻,開環(huán)霍爾三種方式。Shunt電阻因其精度較高(全溫范圍校正后精度2%至5%),成本低而得到廣泛應(yīng)用。
  
Shunt電流檢測電路設(shè)計
  Sh
常用的Shunt電流檢測電路如圖2所示。Shunt電阻將電機的相電流轉(zhuǎn)化為相電壓,經(jīng)過RC低通濾波,偏置電壓預(yù)置之后經(jīng)過運放放大,輸出給MCU(如TI的C28xx系列)內(nèi)部12bit ADC。
  
對于RC低通濾波部分,該濾波器可顯著減小功率部分的開關(guān)噪聲,提高相電流檢測精度。但是該濾波器并不能采用高階濾波器,一是成本考慮,二是高階濾波器雖然衰減效果更好,但是濾波器群延時也相應(yīng)顯著增加,限制了可檢測相電流的最小PW占空比,降低FOC系統(tǒng)控制精度,一般來說,濾波電路不宜高于2階,RC常數(shù)取在100ns到200ns之間。因為相電流方向可正可負,所以Shunt電壓也帶有極性,而一般MCU內(nèi)部ADC并非雙極性ADC,所以在濾波電路之后有一個電阻分壓偏置電路將電壓轉(zhuǎn)化為單極性。經(jīng)過一級放大器之后得到動態(tài)范圍擴展至電源軌的信號,以提高信噪比。
 
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