隨著能源之星等節能標準在家電、醫療、電動車等市場的接收和推廣,磁場向量控制(FOC)算法為基礎的高效能三相變頻器廣泛應用在各類交流電機驅動應用中,FOC算法
需要精確檢測三項電流,Shunt電阻檢測電路因其成本低、精度高取得廣泛應用。
額外補充:
由於馬達線電流有正有負,但是MCU只能取正電壓,因此無法直接使用 ,
需用單電源放大器來取樣,我這邊簡單說一下單電源放大器的工作原理
下圖是典型的單電源反向放大器,OPA只接+Vc ,
接著利用重疊定理先分析
直流成分: 對直流來說 ,電容處於"斷路" 可以自己重繪電路圖,此時OPA有如是電壓隨偶器
vo = 1/2 v+
交流成分: 直流電源,電容 有如短路,重繪電路圖,OPA只是個反向放大器
此時 vo = -Rf/Ri vi
根據重疊定理 Vo = (1/2v+) + (-Rf/Ri)Vi 可以發現取樣的準位已經被拉高1/2v+
下圖顯示FOC方塊圖檢測交流電機的三相相電流,透過Clarke、Park運算間接得到轉矩跟磁通分量,
經過PI進行Id、Iq的調整對其進行精確控制,從而保證電機以最佳的扭拒高校運轉,
可想而知電流檢測的精度是決定整個電機控制性能的重要因素
下圖是1-shunt電阻
對於RC低通濾波,該濾波器可顯著的減少功率不分的開關雜訊,一般來說,濾波電路不宜高於2皆,RC常數取在100ns~200ns,而一般相電流可正可負,所以在濾波器之後有一個電阻分壓偏至電路將電壓轉成單級姓。
影響Shunt 電流檢測電路精度主要:Shunt電阻精度及溫飄、運算放大器偏置電壓及其溫飄、運算放大器非線性誤差和溫飄。
Slew Rate 是運算放大器電壓變化速率的重要參數,單位是V/us 。
假如你OPA規格的SW是 22V/us ,代表你選用的OPA上升曲線
在1us能上升到22v,必須留意你操作的頻率 22V/us是否足以應付,
有時候憑著估算就能推知。
至於Shunt電阻檢測電路的PCB設計,需要留意
1.RC濾波盡量靠近OPA。
2.Shunt電阻的功率測接地走線盡可能粗短而且不要有過孔,IGBT的開關會引起較大的di/dt ,而di/dt會通過走線或過孔產生的電感造成較大的過沖,影響電流檢測的精度。
可採用多過孔設計改善問題,一方面感生電感的並聯能減少總體感生電感,另一方面多過孔能增強過電流。