馬達(dá)控制三相變頻器中相電流Shunt檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

　　隨著諸如能源之星等節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)在家電，醫(yī)療，電動(dòng)車等市場(chǎng)的接收和推廣，以磁場(chǎng)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(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中。FOC算法需要精確檢測(cè)三相電流，Shunt電流檢測(cè)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(cè)電路設(shè)計(jì)及不同Shunt電流檢測(cè)電路對(duì)運(yùn)算放大器的要求。

　　磁場(chǎng)定向控制算法通過一系列的前向Clarke運(yùn)算和Park運(yùn)算將檢測(cè)得到交流電機(jī)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(duì)其進(jìn)行精確控制，從而保證電機(jī)能以最佳的扭矩高效運(yùn)行，實(shí)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(cè)的精度是決定整個(gè)電機(jī)控制性能的一個(gè)重要因素。一般來說，相電流檢測(cè)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(cè)電路設(shè)計(jì)

　　常用的Shunt電流檢測(cè)電路如圖2所示。Shunt電阻將電機(jī)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(yùn)放放大，輸出給MCU（如TI的C28xx系列）內(nèi)部12bitADC。

　　對(duì)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(cè)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(shí)也相應(yīng)顯著增加，限制了可檢測(cè)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?yàn)橄嚯娏鞣较蚩烧韶?fù)，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(gè)電阻分壓偏置電路將電壓轉(zhuǎn)化為單極性。經(jīng)過一級(jí)放大器之后得到動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展至電源軌的信號(hào)，以提高信噪比。