馬達控制三相變頻器中相電流Shunt檢測電路設計

　　隨著諸如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，以磁場定向控制（FOC）算法為基礎的高能效三相變頻器廣泛用于各類交流電機驅動應用中。FOC算法需要精確檢測三相電流，Shunt電流檢測電路因其成本低精度較高取得了廣泛應用。本文將探討shunt電流檢測電路設計及不同Shunt電流檢測電路對運算放大器的要求。

　　磁場定向控制算法通過一系列的前向Clarke運算和Park運算將檢測得到交流電機的三相相電流處理，間接得到轉矩分量和磁通分量，經過經典的PI算法對其進行精確控制，從而保證電機能以最佳的扭矩高效運行，實現精確的速度變化控制，算法框圖如圖1。由此可知，相電流檢測的精度是決定整個電機控制性能的一個重要因素。一般來說，相電流檢測共有閉環霍爾，Shunt電阻，開環霍爾三種方式。Shunt電阻因其精度較高（全溫范圍校正后精度2%至5%），成本低而得到廣泛應用。

　　Shunt電流檢測電路設計

　　常用的Shunt電流檢測電路如圖2所示。Shunt電阻將電機的相電流轉化為相電壓，經過RC低通濾波，偏置電壓預置之后經過運放放大，輸出給MCU（如TI的C28xx系列）內部12bitADC。

　　對于RC低通濾波部分，該濾波器可顯著減小功率部分的開關噪聲，提高相電流檢測精度。但是該濾波器并不能采用高階濾波器，一是成本考慮，二是高階濾波器雖然衰減效果更好，但是濾波器群延時也相應顯著增加，限制了可檢測相電流的最小PW占空比，降低FOC系統控制精度，一般來說，濾波電路不宜高于2階，RC常數取在100ns到200ns之間。因為相電流方向可正可負，所以Shunt電壓也帶有極性，而一般MCU內部ADC并非雙極性ADC，所以在濾波電路之后有一個電阻分壓偏置電路將電壓轉化為單極性。經過一級放大器之后得到動態范圍擴展至電源軌的信號，以提高信噪比。