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如何提高电机采集电路的抗干扰能力

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发表于 2021-9-3 10:22 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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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,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。  n, W' D& B# `% [
一、引言7 F( [6 w1 t* n
由于电机的宽范围调速以及高速特性,加上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,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,更是加大了实际采样到的电流误差。
7 T; |  v. _9 o; p. y+ y4 D  V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。7 p( R1 s; r9 I4 r6 d8 n" B) S
表1.1 电流采样方式
& c' W' ^9 A) a* m. H. z7 J) H
3 y# X- ^" E9 x* H5 L7 i% J3 ~$ W- }4 t
. Q4 n9 ]* N3 y& G+ j2 t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。
9 M; ~; \2 p* [: e  ?' e/ D二、抗干扰设计& A  W, M$ Q4 R
1、采样电阻: t. E0 E& z  B, j9 F4 F# l
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。" ~9 f# j8 d+ P5 y+ `0 H
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,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。
3 t' p' w# T" J' g& [4 _$ O# N5 K; B: x3 ^, b% J1 t

( X; _8 z# J3 K3 ~+ J3 Z图1 双电阻采样% Q. F, l# t, L
对于320V供电空调压缩机,电机内阻0.2Ω,如果采样电阻合适,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。
) O* `$ B* `( L' u( H2、运放设计
1 e( g: d9 t4 M! P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。
; t8 x) j7 O8 X2 O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,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。7 y$ O5 N2 ]0 [4 M& S
( a8 O. n4 b3 K# q% y' k

; E3 C! }( |, [2 d% c, H图2电流测量
# S2 w, h+ G0 j6 r3、PCB布置
8 Z& W  p/ P$ ~. ^6 X7 J$ |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。! B" o! O" U  n7 j, j% L
  S0 u* q- J5 X" q- I

; {% F, J8 q. P) K图3运放差分走线
0 r8 o* H! Y$ S: O4 S. S) w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。" W& u- O! [! i8 e2 C9 o
( z; @3 b" n4 G4 S( c
2 }1 ^+ h+ W, D8 ^/ ]/ Y& h
图4三相电流波形
, |& X- V( ^, E, w/ }6 t

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发表于 2021-9-3 10:57 | 只看该作者
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

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发表于 2021-9-3 13:24 | 只看该作者
电机电路设计过程中运放电路的设计是重点
  • TA的每日心情
    开心
    2022-12-27 15:07
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]初来乍到

    4#
    发表于 2021-9-3 14:33 | 只看该作者
    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

    该用户从未签到

    5#
    发表于 2021-9-3 17:33 | 只看该作者
    并连一个RC电路可以滤掉高次谐波干扰和随机脉冲干扰
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