三相异步电机_电流采样电阻

三相异步电机电流采样电阻

采样电阻又称为电流检测电阻，电流感测电阻，取样电阻，电流感应电阻。英文一般译为Sampling resistor，Current sensing resistor。用简单的话描述就是一个阻值较小的电阻，串联在电路中用于把电流转换为电压信号进行测量。

此类电阻，是按照产品使用的功能来划分电阻。取样电阻功能上就是做为参考，常用在反馈电路里，以稳压电源电路为例，为使输出的电压保持恒定状态，要从输出电压取一部分电压做参考（常用取样电阻的形式），如果输出高了，输入端就自动降低电压，使输出减少；若输出低了，则输入端就自动升高电压，试输出升高。一般使用在电源产品，或者电子，数码，机电产品的电源部分，功能强大。在众多电子产品上均常看到取样电阻。

采样电阻一般使用的都是精密电阻，阻值低，精密度高，一般在阻值精密度在±1%以内，更高要求的用途时会采用0.01%精度的电

阻。国内工厂生产的大部分都是以锰铜为材质的插件电阻，但是，广大的用户更需要的是贴片的高精密电阻来实现取样功能，这是为了满足产品小型化产品生产的自动化的要求。能够生产在低温度系数，高精密度，超低阻值上做到满足用户要求电阻的厂商在国内是很少的。一般采样电阻的阻值会选在1欧姆以下，属于毫欧级电阻，但是部分电阻，有个采样电压等要求，必须选择大阻值电阻，但是这样电阻基数大，产生的误差大。这种情况下，需要选择高精度的捷比信电阻，深圳市捷比信科技有限公司专业生产销售电源专用高精密贴片电阻（可到0.01%精度，即万分之一精度），这样就可以让采样出来的数据非常可信。贴片超低阻值电阻(0.0005欧姆，2毫欧，3毫欧，10毫欧等)，贴片合金电阻，大功率电阻(20W,30W,35W,50W,100W)等产品，温度系数可达到正负5PPM。

采样电阻和HCPL-7840 的连接如图2，采样电阻R1 的正端连接到Vin+ ，采样电阻的负端连接到Vin?，把实时的电机电流转化为模拟电压输入芯片；同时Vin?和GND1 连接，把供电电源的返回路径又作为采样线连接到采样电阻的负端，因为电机在工作时有很大的电流流过采样线路，电路中的寄生电感会产生很大的电流尖峰，而此种连接能把这些暂态噪声视为共模信号，不会对采样电流信号形成干扰；另外，为消除采样电流输入信号中的高频噪声，采样电阻上采集到的电压信号必须经过由R2 及C3组成的低通滤波器进入芯片。

采样电阻的选取是根据伺服驱动器的功率范围，选择合适的阻值。采样电阻较大，可使用HCPL-7840 的整个输入范围，从而提高采样电

路的准确性，但是过大的阻值也会带来问题：一方面可采集的电流范围太小，不能发挥出功率器件的最大输出能力；另一方面较大的阻值会使采样电阻上功率损耗比较大，带来严重的发热问题，从而影响电阻的精度和温升系数的非线性，甚至烧毁采样电阻；反之，采样电阻较小，虽然可以提高采样电路的采样能力，采集到较大的电机电流，但过小的采样电阻会使得采样电阻上输出电压减小，从而使得误差偏移量和干扰噪声在信号幅度中所占比重过大，降低采样精度。因此，采样电阻的计算一般是用推荐的输入电压除以正常工作情况下流经采样电阻的峰值电流，然后再乘以一个0.8～0.9 的裕量系数。为提高采样电路的快速性和灵敏性，要求采样电阻具有较小的电感值。较小的温度系数，可避免电阻发热影响采样精度；为提高采样电阻的精度及分散功率损耗减少发热，可考虑把几个精密采样电阻并联或串联以抵消阻值的正负误差来提高精度。

其中HCPL-7840是Analog Isolation Amplifier 是安捷伦公司的一款集成隔离放大器

电流采样硬件电路如图5所示，R7_1为3m的采样电阻，取其两端的电压输入7860，MC7805给7860输入端提供稳定的5V电源，R9和C4构成RC低通滤波器，经过A/D转换隔离调制输出频率为

10MHZ的时钟脉冲和一位数据流，通过接口芯片0872的转换处理，输出CS、SDAT和SCLK三路信号，接入到DSP的SPI接口，读取15位的数字量。

HCPL27840芯片有优越的性能,像CMRR、失调电压、非线性度、工作温度范围和工作电压等都有严格的指标。低失调电压和低失调温度系数允许自动校准技术的精确运用。5%的增益容忍度和0.1%的线性

度，为精确的负反馈和控制进一步提供性能需求。较宽的温度范围允许HCPL7840被运用于各种恶劣的工作环境。

HCPL-7840包含有一个A/D转换器，同时还匹配有一个D/A 转换器，工作原理如图7所示, 输入直流信号经过调制器送至编码器量化、编码，在时钟信号控制下，以数码串的形式传送到发光二极管，驱动发光二极管发光。由于电流强度不同，发光强度也不同，在解调端有一个光电管会检测出这一变化，将接收到的光信号转换成电信号，然后送到解码器和D/A转换器还原成模拟信号，经滤波后输出。干扰信号因电流微弱不足以驱动发光二极管发光，因而在解调端没有对应的电信号输出，从而被抑制掉。所以在输出端得到的只是放大了的有效的直流信号。

电流采样电路如图8所示，Rsense为3m采样电阻，取其两端的电压输入7840，MC7805给7860输入端提供稳定的5V电源，R5和C3实现RC低通滤波，经过转换隔离调制输出差分电压信号，通过运放MC34081实现差分放大，由于TMS320LF2812的ADC模块要求输

入0～3V的单极信号，所以在运放的正相端通过可调电阻接入1.5V 的参考电压，即当输入电流为0时，运放输出的电压为1.5V，然后将单极电压信号接入DSP的A/D通道进行转换，获得电流采样值。

开关电源的电流采样电阻能否短接

开关电源的电流采样电阻能否短接？！ 变频器开关电源的故障检修中，有时碰到开关管源（射）极所串接电流采样电阻的断路现象，见图一中R37（1.5Ω2W）。检查开关管K2225、变压器B1、U1振荡芯片、D13、D14等关键元件均无损坏，故障可能只是R37开路而已，换用同型号优质元件，也许故障就能排除。 开关管源极串接此电阻的目的，是利用流入开关变压器初线绕组的工作电流，在R37上产生压降，此电压信号发映开关管工作的电流的大小，输入U1的3脚，用作限流及过电流动作保护。当1脚电压幅度（因过电流达600mA以上）升到1V 以上时，开关电源会作出停振动作，以保护开关管及负载电路的安全。因而该电阻被称为电流采样电阻。 该电阻的取值范围从0.几Ω～1.5Ω，按道理说，变频器的功率越大，开关电源输出的电流越大，显然该电阻的阻值会越小。但是也有相当多的例外（请参见图一、图二），例如5.5kW的变频器，该电阻取值为1.5Ω，但1.5kW的变频器，该电阻取值是1.1Ω，反而更小，小变频器反而需要输出更大的工作电流吗？当然不是。这是什么原因呢？ P1 图一：康沃CVF-G 5.5kW变频器开关电源的振荡电路

将上面的问号暂且按下不表，听我讲述一个故障实例：检修一台1.5kW德力西变频器的开关电源，查电流采样电阻（1.5Ω2W）已呈断路状态，检测其它元件未见异常。维修者手有头暂无功率电阻更换，为了应急修复，便将此电阻用短路线连接，然后上电开机，只听得“啪啦”一声响，电路冒烟。 停电检修，发现开关管K2225炸裂，开关管栅级电阻断路，振荡芯片损坏，初级绕组4只限流电阻烧毁，故障扩大！ 维修者惶惑了：以前也这么干过呀，在二次负载电路无故障情况下，将此电阻短接，应急修复，是能正常运行的。但本台变频器，限流电阻为何不能短接呢？ 以前有网友问过，将该电阻短接会怎么样？有无损坏开关管的风险？可不可以短接此电阻将开关电源应急修复？ 答案是不一的，有人回答正常情况下不会损坏开关管，有人说，短接不得，上电即会损坏开关管。哪个答案才是正确的呢？两种答案其实都有道理又都不能说是完全正确！ 图二：英威腾INVT-P9 1.5kW变频器开关电源的振荡电路

采样电阻的选择

巧置采样电阻 一，电流检测电阻的基本原理: 根据欧姆定律,当被测电流流过电阻时,电阻两端的电压与电流成正比.当1W的电阻通过的电流为几百毫安时,这种设计是没有问题的. 然而如果电流达到10-20A,情况就完全不同,因为在电阻上损耗的功率(P=I2xR)就不容忽视了. 我们可以通过降低电阻阻值来降低功率损耗,但电阻两端的电压也会相应降低,所以基于取样分辨率的考虑,电阻的阻值也不允许太低. 二，长期稳定性 对于任何传感器来说,长期稳定性都非常重要.甚至在使用了一些年后,人们都希望还能维持早期的精度. 这就意味着电阻材料在寿命周期内一定要抗腐蚀,并且合金成分不能改变. 要使测量元件满足这些要求,可以使用同质复合晶体组成的合金,通过退火和稳定处理的生产制程,以达到基本热力学状态. 这样的合金的稳定性可以达到ppm/年的数量级,使其能用于标准电阻. 表面贴装电阻在140℃下老化1000小时后阻值只有大约-0.2%的轻微漂移,这是由于生产过程中轻微变形而导致的晶格缺损造成的. 阻值漂移很大程度上由高温决定,因此在较低的温度下比如+100℃,这种漂移实际是检测不出来的.

三，端子连接 在低阻值电阻中,端子的阻值和温度系数的影响往往是不能忽略的,实际设计中应充分考虑这些因素,可以使用附加的取样端子直接测量金属材料两端的电压. 由电子束焊接的铜-锰镍铜电阻实际上具有这样低的端子阻值,通过合理的布线可以作为两端子电阻使用而接近四端子连接的性能.

但是在设计时一定要注意取样电压的信号连线不能直接连接取样电阻的电流通道上,如果可能的话,最好能够从取样电阻下面连接到电流端子并设计成微带线. 四，低阻值 四引线设计推荐用于大电流和低阻值应用.通常的做法使用锰镍铜合金带直接冲压成电阻器,但这不是最好的办法. 尽管四引线电阻有利于改进温度特性和热电压,但总阻值有时高出实际阻值2到3倍,这会导致难以接受的功率损耗和温升. 此外,电阻材料很难通过螺丝或焊接与铜连接,也会增加接触电阻以及造成更大的损耗. 康铜丝电阻 说到电流/电压的采样电路，就像上图中万用表中所使用的那样，那么，什么是康铜丝电阻呢？ 简单地说，康铜丝电阻是选用高精密合金丝并经过特殊工艺处理，其阻值低，精度高，温度系数低，具有无电感，高过载能力。 正是因为康铜丝具备以上这些优良的电气特性，所以它被广泛用于通讯系统，电子整机，自动化控制的电源等回路作限流，均流或取样检测电路连接等。

三相异步电机_电流采样电阻

三相异步电机电流采样电阻 采样电阻又称为电流检测电阻，电流感测电阻，取样电阻，电流感应电阻。英文一般译为Sampling resistor，Current sensing resistor。用简单的话描述就是一个阻值较小的电阻，串联在电路中用于把电流转换为电压信号进行测量。 此类电阻，是按照产品使用的功能来划分电阻。取样电阻功能上就是做为参考，常用在反馈电路里，以稳压电源电路为例，为使输出的电压保持恒定状态，要从输出电压取一部分电压做参考（常用取样电阻的形式），如果输出高了，输入端就自动降低电压，使输出减少；若输出低了，则输入端就自动升高电压，试输出升高。一般使用在电源产品，或者电子，数码，机电产品的电源部分，功能强大。在众多电子产品上均常看到取样电阻。 采样电阻一般使用的都是精密电阻，阻值低，精密度高，一般在阻值精密度在±1%以内，更高要求的用途时会采用0.01%精度的电

阻。国内工厂生产的大部分都是以锰铜为材质的插件电阻，但是，广大的用户更需要的是贴片的高精密电阻来实现取样功能，这是为了满足产品小型化产品生产的自动化的要求。能够生产在低温度系数，高精密度，超低阻值上做到满足用户要求电阻的厂商在国内是很少的。一般采样电阻的阻值会选在1欧姆以下，属于毫欧级电阻，但是部分电阻，有个采样电压等要求，必须选择大阻值电阻，但是这样电阻基数大，产生的误差大。这种情况下，需要选择高精度的捷比信电阻，深圳市捷比信科技有限公司专业生产销售电源专用高精密贴片电阻（可到0.01%精度，即万分之一精度），这样就可以让采样出来的数据非常可信。贴片超低阻值电阻(0.0005欧姆，2毫欧，3毫欧，10毫欧等)，贴片合金电阻，大功率电阻(20W,30W,35W,50W,100W)等产品，温度系数可达到正负5PPM。 采样电阻和HCPL-7840 的连接如图2，采样电阻R1 的正端连接到Vin+ ，采样电阻的负端连接到Vin?，把实时的电机电流转化为模拟电压输入芯片；同时Vin?和GND1 连接，把供电电源的返回路径又作为采样线连接到采样电阻的负端，因为电机在工作时有很大的电流流过采样线路，电路中的寄生电感会产生很大的电流尖峰，而此种连接能把这些暂态噪声视为共模信号，不会对采样电流信号形成干扰；另外，为消除采样电流输入信号中的高频噪声，采样电阻上采集到的电压信号必须经过由R2 及C3组成的低通滤波器进入芯片。 采样电阻的选取是根据伺服驱动器的功率范围，选择合适的阻值。采样电阻较大，可使用HCPL-7840 的整个输入范围，从而提高采样电

电机转速、电流、电压测量方法与原理

姓名：张廷刚学号：1420310064 研究方向：电力电子1、电流的检测方法 电机控制系统的中的电流检测主要是对电机定子电流进行检测，电流检测的常用方法主要有：采样电阻法、电流互感器法、霍尔电流传感器法等。 1.1 采样电阻法 采样电阻测电流的原理：将采样电阻串接在要监测的电路回路里，电流流过时，在采样电阻两端产生压降，这样就把电流信号转化为电压信号。然后，对该电压信号进行处理变换，输入到微处理器的A/D单元，完成检测的目的。 1.1.1 采样电阻的使用条件 使用采样电阻检测方法实现简单，成本低，但是很难做到电阻值稳定不变，采样精度不高，不能提供准确的电流值。而且反馈控制电路与主电路没有隔离，在电机驱动控制系统中，万一功率电路的高电压通过反馈电路进入控制电路，将危及到控制系统的安全。因此，采样电阻一般应用在精度要求不高、成本敏感，温度低的应用场合。 1.2霍尔电流传感器法 在电机控制系统中，主要使用霍尔电流传感器对电机三相定子电流进行检测。一般将霍尔电流传感器紧紧的套在三相定子电流导线上，并通过信号调理电路进行处理，经如图1所示电路，从而对电流进行检测。 图1定子电流检测及信号调理电路 1.2.1 霍尔电流传感器的使用条件 霍尔电流传感器的工作原理主要基于霍尔器件和磁补偿原理进行检测，因此

使用使用时应避免电磁干扰对传感器的影响。此外霍尔电流传感器的供电电压必须在传感器所规定的范围内，超过此范围，传感器不能正常工作或者可靠性降低。霍尔电流传感器的电源、输入、输出的各连线导线必须正确连接，不可错位或反接，否则可能导致产品损坏。安装环境应无导电尘埃及腐蚀性。应避免剧烈震动或者高温。 1.3 电流互感器法 电流互感器法是将电流互感器串连在电机三相定子电流导线中，利用变压器原、副边电流成比例的关系进行电流大小的转换检测。其工作原理、等电路也与一般变压器相同，只是其原边绕组串联在被测电路中，且匝数很少；副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，近似短路。原边电流（即被测电流）和副边电流取决于被测线路的负载，而与电流互感器的副边负载无关。 1.3.1 电流互感器的使用条件 电流互感器运行时，副边不允许开路。因为一旦开路，原边电流均成为励磁电流，使磁通和副边电压大大超过正常值而危及人身和设备安全。线路上的电压都比较高，如直接测量是非常危险的。在大型电机控制中电流互感器一般体积较大，造价昂贵，所以由于体积和成本的原因，一般应用于中小型电机控制系统中。另外使用的场所周围环境不应有与工作无关的外界强磁场存在，环境温度在为佳，相对湿度不超过。对于精度为级及以上或额定电流为及以上的电流互感器，电流互感器在额定电流下持续运行时间为小时；对于额定一次电流为及以上的电流互感器，在额定电流下持续运行的时间为分钟，对特殊要求的弱电流互感器允许在额定电流下能够长期工作。 2、电压的检测方法 电压检测有直接测量法、电阻分压法、电压互感器法和霍尔效应电压传感器法等。在电机调速系统中，直流母线上的电压检测可以通过检测与滤波电容相并联的电阻中的电流而测得，这种方法同电机三相母线电流的检测方法相同，检测电路如图1所示。霍尔电压传感器使用条件：霍尔电压传感器使用时工作条件同霍尔电流传感器相似。电压互感器的使用条件同电流互感器相似。 3、转速的检测方法 3.1 基于增量式光电编码器的速度检测 借助于增量式光电编码器进行测速的方法有M法，T法，M/T法。其中M 法只适合电机转速较高的时候，电机转速低时误差较大。T法情况正好相反，而M/T法既具有M法测速的高速优点，又具有T法测速的低速的优点。从而被广

光耦隔离运放HCPL-7800 在电机电流采样中的应用 电子技术

光耦隔离运放HCPL-7800 在电机电流采样中的应用电子 技术 欢迎到访我的豆丁主页:(文档精灵) 本文格式为WORD，能编辑和复制，感谢您的阅读。 光耦隔离运放HCPL-7800 在电机电流采样中的应用 隔离运放电机驱动旁路电容 "> 摘要:本文介绍了一种专门适用于隔离运放HCPL-7800的结构和特点，并重点介绍了此隔离运放的应用。 关键词:隔离运放，电流采样 1. 概述 HCPL-7800隔离运放是专门为电机驱动电流的检测设计的。电机电流通过一个外部采样。 电阻得到模拟电压，进入芯片。在隔离侧的另一边得到一个微分的输出电压。这个微分的输出电压正比与电机电流，通过一个光耦放大器转换成单端信号。由于在现代开关逆变器电机驱动中电压的共模干扰一般都有几百伏每微秒，而HCPL-7800能够抗至少10kv/us的共模干扰。正是基于这一点,HCPL-7800隔离运放为在很嘈杂的环境中，电机电流的检测提供了更高的准确性和稳定性，也为各种各样的电机控制提供了平滑控制的可能。它也能被用于在严重的噪声干扰的环境中需要很高的准确性，稳定性和线性的的模拟信号的隔离。HCPL-7800的增益为+/-3%，HCPL-7800(A)适用于比较精确的场合，因为它的增益为+/-1%，它应用了先进的( Sigma;-

Delta;)的模数转换技术，斩波放大器和全微分电路拓扑。它的具体的原理图如图1所示: 图1 HCPL-7800的结构简图 HCPL-7800(A)隔离运放广泛应用于电机的相电流检测，逆变器的电流检测，开关电源的脉冲信号的隔离，一般的电流检测和监测，一般的模拟信号的隔离等方面。跟LEM比较，它更加适用于电机电流的检测，抗共模抑制比的能力较强，同时具有很高的性价比。 2. 典型应用 图2是HCPL-7800对电机电流采样的应用电路，从图中可以看出HCPL-7800(A)的电源 欢迎到访我的豆丁主页:(文档精灵) 本文格式为WORD，能编辑和复制，感谢您的阅读。 一般都从功率开关器件的门极驱动电路的电源中获得。旁路电容C1,C2尽可能地靠近HCPL-7800的管腿。旁路电容是必要的因为HCPL-7800内部的高速的数字信号的特点，由于输入电路的开关电容的本质，在输入侧也要加上旁路电容C3，输入的旁路电容也形成了滤波器的一部分，用于防止高频噪声。 对于功率损耗)，很低的电感值(最小的di/dt变化引起的电压尖峰)，。对于此电阻的选择，一般是考虑最小的功率损耗和最大的准确性的折中点。小的采样电阻能够减小功率损耗，而大的采样电阻能够用上HCPL-7800的整个输入范围从而提高电路的准确性。

PMSM电机矢量控制之电流采样原理分析

PMSM 电机矢量控制之电流采样原理分析 摘要：本文分析了PMSM 电机磁场定向控制(FOC)器的电流采集硬件电路，包括母线电流采样和相线电流采样的电路分析。以下电路是业界常用、稳定、经典的不二之选，工作之余，在此与同僚分享一下。 156 21R Uop Up R Up V cc -=-----------------------------------------(1-1) 158 N 157N O R U R U U =--------------------------------------------------(1-2) P N U U =-----------------------------------------------------------(1-3) 整理后，代入数值得： 230 U 220V 10U OP CC P +=-----------------------------------------(1-4) O N U 11.21.2U =----------------------------------------------------(1-5) P N U U =-----------------------------------------------------------(1-6) 最终，推出： OP O U 8.93V 1.34U +=-----------------------------------------(1-7)

一、当MOS 管IRFB3607处于正向导通状态时，电流在一定范围内会使二极管D13处于不导通状态(Up-Un<0.7V)，但是电流超过阈值后，便会使二极管D13导通，并将电压嵌制在0.7V 。当MOS 管IRFB3607处于反向导通状态时，其体二极管也起到电压嵌制作用，电路工作原理相似。 56 92BM P 93P CC R R U U R U V +-=----------------------------------------------------------------------(2-1) 132 OP N 140N O R U U R U U -=----------------------------------------------------------------------(2-2) P N U U =---------------------------------------------------------------------------------------(2-3) 令15692R R R =+，代入上式(2-1)，整理得： 93 1BM 93CC 1P R R U R V R U ++=----------------------------------------------------------------------(2-4) 140132OP 140O 132N R R U R U R U ++= --------------------------------------------------------------------(2-5) P N U U =----------------------------------------------------------------------------------------(2-6) 整理以上各式可得：

直流母线单电流采样在交流电机相电流检测中的应用

直流母线单电流采样在交流电机相电流检测中的应用 0 引言 ?在应用交流电动机(以下简称电机)构成的驱动系统中，需要设置与电流相关的保护措施，比如为了保护逆变电路的安全，需要通过获取直流母线的电流以构成短路保护;为了保护电机，需要获取电机的相电流以构成过流保护等。经典的方法是采用电流传感器来得到电机相电流的信息，但这自然要增加成本，在精度不需要太高而又需要降低成本的情况下，通过直流母线单电流采样来检测电机相电流，是一种值得考虑的方法。 ?1 脉宽调制模式下逆变电路的变流分析 ?在现代交流驱动系统中，一般都采用互补输出脉宽调制信号的方式来控制逆变电路功率开关器件的通断，以调节逆变电路输出电压的频率和幅值。互补输出是指在逆变电路同一桥臂上下两个开关器件的开关状态刚好相反，即上桥臂器件导通时，下桥臂器件截止，或下桥臂器件导通时，上桥臂器件截止。 ?逆变电路的结构原理图如图1所示。 ?在图1所示的三相逆变电路的结构图中，开关变量有两种状态，即0状态和1状态。当桥臂为1状态时，上桥臂导通，下桥臂截止;当桥臂为0 状态时，?下桥臂导通，上桥臂截止。如果三个桥臂的开关状态用变量Sa、Sb、Sc表示，则可得到三相逆变电路的八种开关状态，如表1所列。 ?从表1可以看出，当(Sa、Sb、Sc)=(0、0、0)时，逆变电路上桥臂全部截止，下桥臂全部导通;当(Sa、Sb、Sc)=(1、1、1)时，上桥臂全部导通，下桥臂全部截止。在这两种情况下，电机绕组没有电流流过，于是将这 ?两种状态定义为无效状态，而将剩下的六种状态定义为有效状态。 ?以下是逆变电路的电流通路分析，为了更好地说明电流通路的变化，下面做

采样电阻

3.1 单电阻电流采样 为了降低系统成本，本方案采用了先进的单电阻采样技术。一般来讲，矢量控制算 法需要采集电机至少两相电流，但单电阻采样只需要采集负母线的电流即可。 图 3 单电阻采样框图 表 1 单电阻采样状态表 图 3 是单电阻采样的框图， 对于桥臂的每一个开关状态， 其流过的电流状态如表 1 所示。 在表 1 中，“0”表示开关管关断，而“1”表示导通。由于电流在一个 PWM 周期内几乎 不变，因此只需要在一个 PWM 周期内采样两次即可得到该时刻电机每一相电流的状态， 因为三相电流之和为零。 单电阻采样会遇到一些挑战，空间矢量脉宽调制器（SVPWM）在空间矢量的扇区边 界和低调制区域的时候，会存在占空比两长一短和两短一长以及三个几乎一样长的时 刻。这样的话，如果有效矢量持续的时间少于电流采样时间，则会出错。本方案采取的 办法是在相邻边界的时候插入固定时间的有效矢量， 而在低调制区域的时候， 采用的是 轮流插入有效矢量的方法。 插入有效矢量会给电流波形带来失真， 这种情况下需要通过

软件来进行补偿。 单电阻采样的优点除了降低系统的成本， 还有就是它检测三相电流时都基于相同的增益 和偏移，一致性好。缺点也是明显的，对于 MCU 来说，算法复杂了其运算时间要增大， 代码比三电阻也要长一些；对于电流检测而言，其波形失真比起三电阻方法来说，要稍 微大一些。 其详细的对比如表 2 所示。 单电阻采样的性能对于变频空调的应用是完全可 以胜任的， 而且成本低廉， 这也就是为什么大部分家电厂家都愿意选择单电阻采样的原 因所在。 采样电阻 1. 产品介绍 采样电阻又称为电流检测电阻，电流感测电阻，取样电阻，电流感应电阻。英文一般译为

伺服电机控制系统中电流采样的三种方案比较

伺服电机控制系统中电流采样三种方案的比较 罗映, 万超 （华南理工大学广东广州510640） 摘要：伺服电机控制系统中，精确的电流采样是实现高性能闭环控制系统的关键。本文针对电流检测常用的三种方案进行了实验和比较，获得了三种方案各自优势和缺点的清晰认识，这对基于不同的条件选择合适的电流检测方案提供了参考。 关键字：电机控制伺服系统电流环电流检测 Comparison of the three schemes of current sampling in the controlling system of servo motor Ying Luo, Chao Wan (South China university of technology, Guangzhou 510640 , China) Abstract:in the controlling system of servo motor, accurate current sampling is the key of realizing the high-powered close loop controlling system. In this paper, aim at three normal schemes of current sampling, do some experiments and compare the results, then obtain very clear cognition about the advantages and the faults of the schemes respectively, that can supply the reference for choosing proper scheme of current sampling in the base of different situation. Key words: motor controlling, servo system, the loop of current, current sampling 1前言 对于数字化伺服电机控制系统，转矩环的性能直接影响着系统的控制效果，电流采样的精度和实时性很大程度上决定了系统的动、静态性能，精确的电流检测是提高系统控制精度、稳定性和快速性的重要环节，也是实现高性能闭环控制系统的关键。在伺服电机控制系统中，电流检测的方案有多种，常见的一种方案是使用霍耳传感器[1]，将电流信号经过电磁转换，变换为直流电压信号输出，然后，通过运放和比较器构成的处理电路处理后，输入到处理器；另一种方案是，取采样电阻两端的电压，经线性光藕或者隔离放大器进行信号隔离，调理后接A/D转换器输入进行数字化，获取电流的采样值，而数字化的过程即可以利用处理器中的A/D转换通道实现[3] [4]，也可以利用根据∑-?原理实现的模拟量直接转换为数字量的隔离调制芯片来实现[2]。本文通过对这三种方案分别进行电路设计和具体实验后所得结果的比较分析，对三种方案各自的特点有了清晰的认识，这有利于基于不同的条件选择合适的方案来提高伺服控制系统的整体性能。 2伺服电机控制系统简介 本系统采用交直交电压型变频电路，主电路由整流电路、滤波电路及智能功率模块IPM逆变电路构成，控制部分以DSP芯片TMS320LF2812为核心，CPLD作为辅助处理模块，构成功能齐全的全数字矢量控制系统，系统结构如图1所示，从图1可以看出，本系统是一个有电流、转速和位置负反馈的三闭环系统，DSP负责采样各相电流，计算电机的转速和位置，最后运用矢量控制算法，得到电压矢量PWM控制信号，经过光藕隔离电路后，驱动逆变器功率开关器件；同时DSP还监控变频调速系统的运行状态，当系统出现短路、过流、过压、过热等故障时，DSP将封锁SVPWM信号，使电机停机，并通过LED显示。CPLD模块负责对光栅尺反馈的位置信息和上位机发送脉冲形式指令信息进行滤波和计数，并将数据以总线方式传送给DSP；同时处理键盘输入和显示输出，以及开关量的输入输出。 伺服电机控制系统中电流采样的作用就是检测交流同步电动机的三相定子电流并转换成相应的信号输入到DSP中，再由DSP的AD模块转化成数字量进行处理。因为本文研究的是三相平衡系统Ia＋Ib+Ic=0，因此只要检测其中的两路电流，就可以得到三相电流。

PMSM电机矢量控制之电流采样原理分析复习过程

P M S M电机矢量控制之电流采样原理分析

PMSM 电机矢量控制之电流采样原理分析 摘要：本文分析了PMSM 电机磁场定向控制(FOC)器的电流采集硬件电路，包括母线电流采样和相线电流采样的电路分析。以下电路是业界常用、稳定、经典的不二之选，工作之余，在此与同僚分享一下。 156 21R Uop Up R Up V cc -=-----------------------------------------(1-1) 158 N 157N O R U R U U =--------------------------------------------------(1-2) P N U U =-----------------------------------------------------------(1-3) 整理后，代入数值得： 230 U 220V 10U OP CC P +=-----------------------------------------(1-4) O N U 11.21.2U =----------------------------------------------------(1-5) P N U U =-----------------------------------------------------------(1-6) 最终，推出： OP O U 8.93V 1.34U +=-----------------------------------------(1-7)

一、当MOS 管IRFB3607处于正向导通状态时，电流在一定范围内会使二极管D13处于不导通状态(Up-Un<0.7V)，但是电流超过阈值后，便会使二极管D13导通，并将电压嵌制在0.7V 。当MOS 管IRFB3607处于反向导通状态时，其体二极管也起到电压嵌制作用，电路工作原理相似。 56 92BM P 93P CC R R U U R U V +-=----------------------------------------------------------------------(2-1) 132 OP N 140N O R U U R U U -=----------------------------------------------------------------------(2-2) P N U U =---------------------------------------------------------------------------------------(2-3) 令15692R R R =+，代入上式(2-1)，整理得： 93 1BM 93CC 1P R R U R V R U ++=----------------------------------------------------------------------(2-4) 140132OP 140O 132N R R U R U R U ++= --------------------------------------------------------------------(2-5)

FOC控制基于电阻的电流采样方案比较

FOC控制基于电阻的电流采样方案比较 最近有时间把TI ST还有Microchip三家关于PMSM控制中使用电阻采样相的电路看了一下，发现各家都有自己的特点，就做个总结吧。 1.TI C2000系列双电阻采样法 原理说明 在U相和V相的下桥分别串联一个功率电阻，通过一个运放电路连接至A/D。采样时机放在PWM的下溢中断进行，U V两相电阻上的电流即为电机U V相的线电流。 关键点 (1)采样时机： 必须在下桥臂全部导通的时候进行采样。

在软件设计的时候,采用下溢中断(处于第7段和第1段零矢量区域中),将电流采样的任务安排在一个PWM周期的开始处,在比较匹配到来之前的期间,U、V两相的上桥臂都是关断的,也就是说下桥臂是导通的,这样就可以在每个PWM周期顺利采样一次两个相电流值。 (2)采样方式 因为电机绕组线圈呈感性，线圈上的相电流不能突变，因此从矢量U0 转换到零矢量后，其对应的工作状态转换如图所示，其中二极管能起到续流作用，此时，下桥臂采样电阻上流过的是相电流，因此在每个PWM周期前期通过下桥臂的采样电阻检测相电流是可行的。 开关状态为000时电流的流通路径

(3)采样电流电路 从上图可以看出，流经各相采样电阻的电流是正负的，故采样电阻上端的电压是一个带正负信号的正弦波形(下端为地)，后级运放电路作用是将整体电压抬高，并且进行比例增益。 2.STM32的方案：三电阻采样法

(1)电流处理： 采样电阻上端采集到的电压是一个带正负的正弦波形，所以其后端一定要接一个运放电路，一方面是滤波，更重要的则是把采集到的信号缩放到AD能采集的电压范围。这个电路可以采用同相比例放大+偏移。 (2)AD触发： 在STM32的高级定时器中，除了产生三相PWM波的CH1,CH2,CH3之外还有一个CH4，这个通道只能产生一路PWM波，它可以用来触发AD，可以比较容易的和前面几个PWM波同步，而且配置好周期能非常灵活的取采样点。(3)相采样选择： 每次需要采集两个电流，采集哪两个电流由SVPWM当前扇区决定。每次只有在下桥臂打开的时候才能进行采样。 (4)干扰Tnoise和Trise： Tnoise是每次开关管打开或者关闭时，对当前采集的相电压的影响时间。Trise 是每次开关管打开的时候该相电流会有一个跳变，需要一段时间来稳定。在这两个时间里面不能采集电流。 (5)SVPWM： SVPWM是FOC算法的最后一步，根据前面运算得到的数据，修改PWM波形输出，从而修正电机的运行，同时确定下次相电流采样的扇区。 [R1]此处与TI方案不同，ST方案根据扇区号来确定当前需要采样的电流相，而TI根据二极管续流可以持续获得稳定的U/V相电流反馈，TI的方法更好

FOC控制基于电阻的电流采样方法比较

最近有时间把TIST还有Microchip三家关于PMSM控制中使用电阻采样相的电路看了一下，发现各家都有自己的特点，就做个总结吧。 1.TIC2000系列双电阻采样法 原理说明 在U相和V相的下桥分别串联一个功率电阻，通过一个运放电路连接至A/D。 采样时机放在PWM的下溢中断进行，UV两相电阻上的电流即为电机UV相的线电流。 关键点 (1)采样时机： 必须在下桥臂全部导通的时候进行采样。 在软件设计的时候,采用下溢中断(处于第7段和第1段零矢量区域中),将电流采样的任务安排在一 个PWM周期的开始处,在比较匹配到来之前的期间,U、V两相的上桥臂都是关断的,也就是说下桥 臂是导通的,这样就可以在每个PWM周期顺利采样一次两个相电流值。 (2)采样方式 因为电机绕组线圈呈感性，线圈上的相电流不能突变，因此从矢量U0转换到零矢量后，其对应的 工作状态转换如图所示，其中二极管能起到续流作用，此时，下桥臂采样电阻上流过的是相电流， 因此在每个PWM周期前期通过下桥臂的采样电阻检测相电流是可行的。 开关状态为000时电流的流通路径 (3)采样电流电路 从上图可以看出，流经各相采样电阻的电流是正负的，故采样电阻上端的电压是一个带正负信号 的正弦波形(下端为地)，后级运放电路作用是将整体电压抬高，并且进行比例增益。 2.STM32的方案：三电阻采样法 (1)电流处理： 采样电阻上端采集到的电压是一个带正负的正弦波形，所以其后端一定要接一个运放电路，一方面 是滤波，更重要的则是把采集到的信号缩放到AD能采集的电压范围。这个电路可以采用同相比例 放大+偏移。 (2)AD触发：

在STM32的高级定时器中，除了产生三相PWM波的CH1,CH2,CH3之外还有一个CH4，这个通道只能产生一路PWM波，它可以用来触发AD，可以比较容易的和前面几个PWM波同步，而且配置好周期能非常灵活的取采样点。 (3)相采样选择： 每次需要采集两个电流，采集哪两个电流由SVPWM当前扇区决定?。每次只有在下桥臂打开的时候才能进行采样。 (4)干扰Tnoise和Trise： Tnoise是每次开关管打开或者关闭时，对当前采集的相电压的影响时间。Trise是每次开关管打开的时候该相电流会有一个跳变，需要一段时间来稳定。在这两个时间里面不能采集电流。 (5)SVPWM： SVPWM是FOC算法的最后一步，根据前面运算得到的数据，修改PWM波形输出，从而修正电机的运行，同时确定下次相电流采样的扇区。 [R1]此处与TI方案不同，ST方案根据扇区号来确定当前需要采样的电流相，而TI根据二极管续流可以持续获得稳定的U/V相电流反馈，TI的方法更好 [R2]TI的方案是在PWM关闭的时候采样的，也就没有了干扰的问题 下面这张表格是是运用ST库的时候三电阻和单电阻在效率等方面的比较： 3.Microchip方案（AN1299） 采用单电阻方式采样，在一组7段矢量的时间内，根据不同的开关顺序，进行多次采样 [R3]相比TI方案，采样次数较多，消耗的CPU资源较多，需要考虑死区对各个采样窗的影响，还有各采样窗口有最小宽度限制，处理算法相对比较麻烦 对于三相逆变器，我们将分析此周期的所有不同的PWMxL组合（T0、T1、T2和T3），了解电流测量代表着什么。从T0开始，在逆变器中我们有如下的电子开关（MOSFET或IGBT）组合，从中我们看到，没有电流流经单分流电阻（图10）。 前进到T1，我们看到PWM2L有效，同时PWM1H和PWM3H也有效（目前没有显示，但假设PWM输出是互补的）。由于有电流通过相A和C流入电机，通过相B流出电机，我们可以认为此电流测量值表示的是–IB，如图11所示。 在T2期间，PWM2L和PWM3L有效，且PWM1H有效。这种组合给出的是流经单分流电阻的电流IA，如图12所示。 T3的情形与T0一样，其中没有电流流经分流电阻，所以IBUS=0，如图13所示。 PIC单电阻采样时间点的计算 总结： 通过双电阻、三电阻和单电阻的相电流采样方法，都是基于电机绕组电感电流通过二极管续流的原理，然后通过通过公式“Iu?+?Iv?+?Iw?=?0”重构出该相电流。

无刷直流电动机的电流取样

普及与提高?POPULAR IZAT I ON &RA ISING 无刷直流电动机的电流取样 钟仁人　(西安微电机研究所 710077) 直流电动机的电枢电流有重要意义,由 于其正比于轴上转矩,往往作为电动机转矩的代表。无论对指示、控制,它都有着不可忽视的作用。电枢电流流过绕组与电路器件会发热,因此它又是电机与装置安全运行的重要参数。电流负反馈与过电流保护几乎是所有驱动装置不可缺少的环节,可见,电枢电流取样在电机驱动中是十分重要的。 1　无刷直流电动机的工作简述 无刷电机有矩形波驱动与正弦波驱动,本文讨论的是前者。图1示出三相星形接线方式的桥式线路,这是最常见的方式。图2示出其正常运行时的通电情况。U 、V 、W 为转子位置传感器的输出信号 。 图1　无刷直流电动机桥式线路 这里采用晶体管脉宽调制方式进行调压,以实现电机调速。图3为典型的方框图,这是一个具有电流负反馈与速度负反馈的双环 系统 。 图2 　电机绕组与晶体管的通电情况 图3　脉宽调速系统方框图 图4表示出电机处于X t =0～60°区间工作的晶体管桥(设U L T >0,电机正转)。 无刷直流电动机的电流取样

图4　X t =0～60°区间斩波工作的晶体管桥 设此区间W A 与W C 通电(电枢电流从 W A 流入,由W C 流出),晶体管V 1、V 3、V 4与 V 6处于斩波工作状态,波形见图5 。 图5　X t =0～60°区间斩波工作的功率桥波形图 这里U 1G 为三角波电压U $与控制电压U L T 相加后经比较器整形所得的方波电压,简化表示为U $+U L T ,图中U $-U L T 亦然。 电机端电压U D 及电流i D 的波形也在图中示出。由图中可知电枢电压的脉宽正比于控制电压U L T 。改变U L T 的符号,U D 、i D 方向随之而变,这样便实现了调速。 在X t =60°～120°区间,W B 、W C 通电。V 2、V 3、V 5、V 6所组成的桥路处于斩波工作,情况与前类似。以后X t 每变化60°,绕组的通电情况变换一次,斩波工作的晶体管也更换一次。各区间晶体管的导通情况见图2b 。图中以阴影区表示晶体管工作时栅极施加U $+U L T ,以虚线表示施加U $-U L T 。由于V 4、V 5、V 6分别与V 1、V 2、V 3同时处于斩波状态,但导通与截止情况正好相反,故图中以V 1表示。注意,这仅表示斩波状态的关系。在非斩波状态,晶体管均处于关断,且U D 的最大占空比不应达到100%。 由于U L T >0,U 1G =U 4G =U $+U L T ,例如 区间(-60°,60°),电枢电流i D 流入W A 。而 U 1G =U 4G =U $-U L T ,如区间(120° ,240°),i D 自W A 流出。其他绕组及晶体管的情况类似。 晶体管的导通区间以及栅极施加的是U $+ U L T 还是U $-U L T ,只取决于转子空间位置 X t ,即相对于电角的关系是固定的,各绕组的通电情况与电角的关系也是固定的。从而保证了定子绕组的合成磁势在空间始终超前(按转向)于转子磁场90°(实际上因换相而存在±30°的摆动)。 2　通常所采用的电流取样方式 在图2a 中可以看到电机绕组W A 、W B 、W C 轮流间断通电,电路上任何一点都不存在连续的电枢电流。电枢电流i D 需要按时间顺序轮流取各相电流拼接而成。即X t =-60°～60°,取i A ;X t =60°～180°,取i B ;X t =180°～300°,取i C ……。这可利用逻辑电路控制模拟开关实现。为解决电位隔离,在电机引线l 1、l 2、l 3上各穿一个电流传感器(第三相电流可由另两相电流合成,以省去一个传感器),传感器的输出量正比于原方电流,分别为i a 、i b 、i c ,则得到i d =W V i a +U W i b +V U i c 。 U 、V 、W 、U 、V 、W 为数字量,或为 “0”、或为“1”;i a 、i b 、i c 为模拟量。以W V 、V W 、V U 为模拟开关的控制信号,以i a 、i b 、i c 为模拟开关的输入量,将输出量叠加代表电枢电流的i d 。用三选一模拟开关实现很容易。图6示出其逻辑电路,这也可用GAL 实现。 当U L T >0　i D 为正 微电机　1998年　第31卷　第2期(总第101期)

一种无刷直流电机电流高精度采样及保护电路的设计

一种无刷直流电机电流高精度采样及保护电路的设计 关键字：无刷直流电机电流采样保护电路TL431 传感器 在无刷直流电机控制系统中，电流采样及保护电路作为其中的一个反馈环节，作用是对电机运行时的电流进行实时检测采集，经过处理后，把电流信号转换为控制系统可以识别的小电压信号，让控制系统可以做出相应的控制和保护动作。由于电机电流是交流电流，因此电流采样及保护电路需要具备整流功能，普通整流电路的核心元件是具有单向导电性能的二极管，通常使用1个、2个或4个二极管组成半波、全波或者桥式整流电路。但二极管在小信号时表现为非线性，这将使整流的波形产生失真(小信号部分)，更为严重的是，二极管存在死区电压，在输人信号小于死区电压时，二极管并未导通，因此使输出信号产生严重畸变，引起误差，小信号时这种误差将不可忽略。为了提高精度，文中利用集成运放的放大作用和深度负反馈产生的特性来克服二极管的非线性造成的误差，为某型号无刷直流电机设计了一种可靠性高、精度高的采样保护电路。 1 高精度半波整流电路 整流电路是把正、负交变的电压转换为单极性电压的电路。本文的半波高精度整流电路是在比例放大电路中加入二极管，利用二极管的单向导电性实现正副两半周内引入不同深度的负反馈。按这种思路构成的半波高精度整流电路如图1所示。 图1 半波高精度整流电路 在ui>0期间(0～t1、t2～t3)。当ui还很小时，D1和D2均截止，运放处于开环状态，开环放大倍数很大。因此ui只需稍大，就会使u0'足够大，且为正值。只要u0'大于0.7 V，就会使D1导通，而D2截止(a点为零电位)，因此D1和Rf串联引入了适度的负反馈，这时的 电路相当于反相比例放大电路，因此输出为。输出u0与输入ui成比例关系，u0与波形-ui的形状相同，但按一定的比例放大或者缩小了，若R1=Rf，则u0=-ui。由以上 分析可知，即使输入电压ui小于二极管的起始导通电压，仍有输出。 在ui<0期间(t1～t2)。当|ui|还很小时，D1和D2均为导通，这时运算放大器处于开环状态，其开环放大倍数很大，因此|ui|只需稍大一些，运放输出u0’就会很大，且为负值，这使二极

三电阻采样相电流重构

PWM逆变器三电阻电流采样及重构相电流的仿真报告 1 三电阻电流采样方案 对于某些特定场合，为降低检测电动机相电流的成本，可以采用逆变器下桥臂分别串联三个采样电阻，通过采样电阻采集到的相关信息来合成电机定子三相电流的采样方案。这样，可以省去电机定子侧的三个电流传感器。如图1所示，为由6个IGBT模块构成的三相逆变器的主电路，下桥臂的三个电阻R1，R2，R3为采样电阻，左侧为直流电源。为减少采样电阻对逆变器的影响，采样电阻的阻值一般取得比较小。 图1 三相逆变器电路 2 相电流重构原理分析 由于三相逆变电路每一桥臂的上下两个IGBT的开通和关断是互补的，则每一桥臂的上下桥臂的控制信号也应均是互补输出。不妨设任一IGBT开通时为状态“1”，关断时为状态“0”。由于三相对称，此处仅分析A相的电流重构方法，其余两相可以类似分析。如图2所示，当IGBT2导通时，IGBT1必然关断，此时的电流流向如图2中的箭头所示。 由图2分析可知，此时通过R1的电流与A相电流大小相等，方向相反。因此，可以在IGBT2导通的时候进行电流的采样，将此时采样到的电流进行取反就能得到此时A相的电流。由于IGBT2的开关频率非常高，从而导致采样频率也远远大于相电流频率。根据采样定理的相关知识可知，此时可以根据采样电流的值恢复出A相电流的值。

图 2 IGBT2导通IGBT1关断时的电流流向 3 相电流重构的MATLAB 仿真 基于MATLAB/SIMULINK 的系统结构图如图3所示，此次仿真的实验数据：鼠笼式异步电机额定功率为7500W ，额定电压为400，额定频率采用电网频率50HZ,极数为2；SVPWM 模块采用内部发生方式，开关模式模式为1，即经典的七段式；采样电阻为0.015Ω。 图 3 系统结构框图 采样电路如图4所示，将采样电阻采集到的电压信号除以R1的值还原成电流值，然后通过采样子系统，将电流还原成相电流。采样子系统的具体工作原理为：将PWM2输入到sample&hold 模块的第二输入端， 用于判断IGBT2是否开通。将还原出的采样电流输入到sample&hold 模块的第一个输入端，当IGBT2开通时，PWM2=1，sample&hold 模块采集并保持第一输入端的值，同时由输出端输出采集到的信号。当IGBT2=0时，sample&hold 模块第一输入端关闭，输出上一时刻采集到的信号值。采样并保持模块输出的信号存在大量纹波，还应进行滤波处理。滤波后，对信号进行取反就可以较准确的还原出相电流的波形。仿真的整体电路如图5所示。