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如何提高电机电流采集电路抗干扰能力

www.cechina.cn2018.10.02阅读 8294

  电机相电流的采样对于FOC控制来说是不可或缺的,在设计电机控制电路时,为了能够准确的采样到电机绕组中的电流值www.cechina.cn,需要提高电流采集的抗干扰能力。那么如何保证我们的设计是合理的,小编带大家探讨下电机电流采集电路的三个基本要素。
  一、引言
  由于电机的宽范围调速以电机自身不能获得理想的正弦气隙磁场,导致在系统控制时采样的相电流含有不规则的高次谐波和随机干扰控制工程网版权所有,再加上电流采样电路的不稳定性和A/D转换单元偏差的存在,更是加大了及高速特性,加上实际采样到的电流误差。
  众所周知,电流的采样对电机矢量控制是非常重要的。电流采样方式主要有3种。

  表1.1 电流采样方式

  对于大部分电机应用,采用双电阻相电流采样的方法具有一定的优势,所以小编这里重点和大家探讨下双电阻方式下,如何提高相电流采样的抗干扰能力。
  二、抗干扰设计
  1、采样电阻
  采样电阻是基本的电阻元器件,同时其参数的选择对采样精确度也是重要的影响因素。
  电机控制器对电机的其中两相电流通过采样电阻进行采样,如图1所示,从采样电阻上获取的电压信号经过电压偏置和放大,输入到微处理器的A/D单元CONTROL ENGINEERING China版权所有,从而得到其中两相电流,再根据基尔霍夫定律,三相电流矢量和为0,推算出第三相的电流的值。

  图1 双电阻采样

  对于320V供电空调压缩机,电机内阻0.2Ω,如果采样电阻合适www.cechina.cn,则对回路没有什么影响。如果采样电阻的阻值过大,会引起电压的损耗,使能量效率变低,较大的阻值会使负载电压发生偏移,产生电磁干扰,产生系统对噪声敏感的问题。当确定好阻值后还需要考虑电阻的稳定性能和阻值误差。
  2、运放设计
  在电机的电路设计过程中需着重考虑运放电路的设计,下面为相电流采样电路的设计说明。本文中采用的是ON公司的NCV20034汽车级运放芯片,拥有高达7MHz的增益带宽,集成4路独立运放于一身。
  运放芯片本身对共模干扰有抵抗作用,而在差模干扰的抵抗作用稍弱,所以设计的时候要着重提高差分线上的差模抗干扰能力。如图2所示,C2电容就是为了提高抗差模干扰能力。差分线上的电阻(R34、R35)和反馈电阻(R39)应使用高精度的电阻CONTROL ENGINEERING China版权所有,使得理论计算得到的参数是准确可靠的。然后与运放的输出连接的AD口引脚上并连一个RC电路滤掉高次谐波干扰和随机脉冲干扰,从而提升抗干扰能力。

  图2电流测量

  3、PCB布置
  为了能够准确的采样电流,应将运放芯片在PCB上的位置尽量靠近采样电阻,同时又要使运放芯片不能远离MCU,运放的地和MCU的地应该尽量靠拢。如图3所示,采样电阻(R98、R99、R100)两端走差分线到运放的同相和反相端口,差分线应等距并且尽量短,以避免其他的干扰产生。压缩机涉及到高压和低压部分,在布局电流地的时候,应使大电流地和小电流地能很好的单点隔离。

  图3运放差分走线

  以上经过硬件滤波后,如图4所示,3相电流波形得到显著的优化。

  图4三相电流波形
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