如何提高電機(jī)電流采集電路抗干擾能力

電機(jī)相電流的采樣對(duì)于FOC控制來說是不可或缺的，在設(shè)計(jì)電機(jī)控制電路時(shí)，為了能夠準(zhǔn)確的采樣到電機(jī)繞組中的電流值，需要提高電流采集的抗干擾能力。那么如何保證我們的設(shè)計(jì)是合理的，小編帶大家探討下電機(jī)電流采集電路的三個(gè)基本要素。

一、引言

由于電機(jī)的寬范圍調(diào)速以及高速特性，加上電機(jī)自身不能獲得理想的正弦氣隙磁場，導(dǎo)致在系統(tǒng)控制時(shí)采樣的相電流含有不規(guī)則的高次諧波和隨機(jī)干擾，再加上電流采樣電路的不穩(wěn)定性和A/D轉(zhuǎn)換單元偏差的存在，更是加大了實(shí)際采樣到的電流誤差。

眾所周知，電流的采樣對(duì)電機(jī)矢量控制是非常重要的。電流采樣方式主要有3種。

表1.1 電流采樣方式

對(duì)于大部分電機(jī)應(yīng)用，采用雙電阻相電流采樣的方法具有一定的優(yōu)勢，所以小編這里重點(diǎn)和大家探討下雙電阻方式下，如何提高相電流采樣的抗干擾能力。

二、抗干擾設(shè)計(jì)

1、采樣電阻

采樣電阻是基本的電阻元器件，同時(shí)其參數(shù)的選擇對(duì)采樣精確度也是重要的影響因素。

電機(jī)控制器對(duì)電機(jī)的其中兩相電流通過采樣電阻進(jìn)行采樣，如圖1所示，從采樣電阻上獲取的電壓信號(hào)經(jīng)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(jù)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 雙電阻采樣

對(duì)于320V供電空調(diào)壓縮機(jī)，電機(jī)內(nèi)阻0.2Ω，如果采樣電阻合適，則對(duì)回路沒有什么影響。如果采樣電阻的阻值過大，會(huì)引起電壓的損耗，使能量效率變低，較大的阻值會(huì)使負(fù)載電壓發(fā)生偏移，產(chǎn)生電磁干擾，產(chǎn)生系統(tǒng)對(duì)噪聲敏感的問題。當(dāng)確定好阻值后還需要考慮電阻的穩(wěn)定性能和阻值誤差。

2、運(yùn)放設(shè)計(jì)

在電機(jī)的電路設(shè)計(jì)過程中需著重考慮運(yùn)放電路的設(shè)計(jì)，下面為相電流采樣電路的設(shè)計(jì)說明。本文中采用的是ON公司的NCV20034汽車級(jí)運(yùn)放芯片，擁有高達(dá)7MHz的增益帶寬，集成4路獨(dú)立運(yùn)放于一身。

運(yùn)放芯片本身對(duì)共模干擾有抵抗作用，而在差模干擾的抵抗作用稍弱，所以設(shè)計(jì)的時(shí)候要著重提高差分線上的差?？垢蓴_能力。如圖2所示，C2電容就是為了提高抗差模干擾能力。差分線上的電阻(R34、R35)和反饋電阻(R39)應(yīng)使用高精度的電阻，使得理論計(jì)算得到的參數(shù)是準(zhǔn)確可靠的。然后與運(yùn)放的輸出連接的AD口引腳上并連一個(gè)RC電路濾掉高次諧波干擾和隨機(jī)脈沖干擾，從而提升抗干擾能力。

圖2電流測量

3、PCB布置

為了能夠準(zhǔn)確的采樣電流，應(yīng)將運(yùn)放芯片在PCB上的位置盡量靠近采樣電阻，同時(shí)又要使運(yùn)放芯片不能遠(yuǎn)離MCU，運(yùn)放的地和MCU的地應(yīng)該盡量靠攏。如圖3所示，采樣電阻(R98、R99、R100)兩端走差分線到運(yùn)放的同相和反相端口，差分線應(yīng)等距并且盡量短，以避免其他的干擾產(chǎn)生。壓縮機(jī)涉及到高壓和低壓部分，在布局電流地的時(shí)候，應(yīng)使大電流地和小電流地能很好的單點(diǎn)隔離。

圖3運(yùn)放差分走線

以上經(jīng)過硬件濾波后，如圖4所示，3相電流波形得到顯著的優(yōu)化。

圖4三相電流波形