如何提高電機電流採集電路抗幹擾能力

2020-11-21 電子產品世界

　　電機相電流的採樣對於FOC控制來說是不可或缺的，在設計電機控制電路時，為了能夠準確的採樣到電機繞組中的電流值，需要提高電流採集的抗幹擾能力。那麼如何保證我們的設計是合理的，小編帶大家探討下電機電流採集電路的三個基本要素。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201809/392139.htm

　　一、引言

　　由於電機的寬範圍調速以電機自身不能獲得理想的正弦氣隙磁場，導致在系統控制時採樣的相電流含有不規則的高次諧波和隨機幹擾，再加上電流採樣電路的不穩定性和A/D轉換單元偏差的存在，更是加大了及高速特性，加上實際採樣到的電流誤差。

　　眾所周知，電流的採樣對電機矢量控制是非常重要的。電流採樣方式主要有3種。


　　表1.1 電流採樣方式

　　對於大部分電機應用，採用雙電阻相電流採樣的方法具有一定的優勢，所以小編這裡重點和大家探討下雙電阻方式下，如何提高相電流採樣的抗幹擾能力。

　　二、抗幹擾設計

　　1、採樣電阻

　　採樣電阻是基本的電阻元器件，同時其參數的選擇對採樣精確度也是重要的影響因素。

　　電機控制器對電機的其中兩相電流通過採樣電阻進行採樣，如圖1所示，從採樣電阻上獲取的電壓信號經過電壓偏置和放大，輸入到微處理器的A/D單元，從而得到其中兩相電流，再根據基爾霍夫定律，三相電流矢量和為0，推算出第三相的電流的值。


　　圖1 雙電阻採樣

　　對於320V供電空調壓縮機，電機內阻0.2Ω，如果採樣電阻合適，則對迴路沒有什麼影響。如果採樣電阻的阻值過大，會引起電壓的損耗，使能量效率變低，較大的阻值會使負載電壓發生偏移，產生電磁幹擾，產生系統對噪聲敏感的問題。當確定好阻值後還需要考慮電阻的穩定性能和阻值誤差。

　　2、運放設計

　　在電機的電路設計過程中需著重考慮運放電路的設計，下面為相電流採樣電路的設計說明。本文中採用的是ON公司的NCV20034汽車級運放晶片，擁有高達7MHz的增益帶寬，集成4路獨立運放於一身。

　　運放晶片本身對共模幹擾有抵抗作用，而在差模幹擾的抵抗作用稍弱，所以設計的時候要著重提高差分線上的差模抗幹擾能力。如圖2所示，C2電容就是為了提高抗差模幹擾能力。差分線上的電阻(R34、R35)和反饋電阻(R39)應使用高精度的電阻，使得理論計算得到的參數是準確可靠的。然後與運放的輸出連接的AD口引腳上並連一個RC電路濾掉高次諧波幹擾和隨機脈衝幹擾，從而提升抗幹擾能力。


　　圖2電流測量

　　3、PCB布置

　　為了能夠準確的採樣電流，應將運放晶片在PCB上的位置儘量靠近採樣電阻，同時又要使運放晶片不能遠離MCU，運放的地和MCU的地應該儘量靠攏。如圖3所示，採樣電阻(R98、R99、R100)兩端走差分線到運放的同相和反相埠，差分線應等距並且儘量短，以避免其他的幹擾產生。壓縮機涉及到高壓和低壓部分，在布局電流地的時候，應使大電流地和小電流地能很好的單點隔離。


　　圖3運放差分走線

　　以上經過硬體濾波後，如圖4所示，3相電流波形得到顯著的優化。


　　圖4三相電流波形

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