FOC控制基于电阻的电流采样方法比较
FOC控制基于电阻的电流采样实施方案比较
FOC控制基于电阻的电流采样方案比较————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：FOC控制基于电阻的电流采样方案比较最近有时间把TI ST还有Microchip三家关于PMSM控制中使用电阻采样相的电路看了一下，发现各家都有自己的特点，就做个总结吧。
1.TI C2000系列双电阻采样法原理说明在U相和V相的下桥分别串联一个功率电阻，通过一个运放电路连接至A/D。
采样时机放在PWM的下溢中断进行，U V两相电阻上的电流即为电机U V相的线电流。
关键点(1)采样时机：必须在下桥臂全部导通的时候进行采样。
在软件设计的时候,采用下溢中断(处于第7段和第1段零矢量区域中),将电流采样的任务安排在一个PWM周期的开始处,在比较匹配到来之前的期间,U、V两相的上桥臂都是关断的,也就是说下桥臂是导通的,这样就可以在每个PWM周期顺利采样一次两个相电流值。
(2)采样方式因为电机绕组线圈呈感性，线圈上的相电流不能突变，因此从矢量U0 转换到零矢量后，其对应的工作状态转换如图所示，其中二极管能起到续流作用，此时，下桥臂采样电阻上流过的是相电流，因此在每个PWM周期前期通过下桥臂的采样电阻检测相电流是可行的。
开关状态为000时电流的流通路径(3)采样电流电路从上图可以看出，流经各相采样电阻的电流是正负的，故采样电阻上端的电压是一个带正负信号的正弦波形(下端为地)，后级运放电路作用是将整体电压抬高，并且进行比例增益。
2.STM32的方案：三电阻采样法(1)电流处理：采样电阻上端采集到的电压是一个带正负的正弦波形，所以其后端一定要接一个运放电路，一方面是滤波，更重要的则是把采集到的信号缩放到AD能采集的电压范围。
这个电路可以采用同相比例放大+偏移。
(2)AD触发：在STM32的高级定时器中，除了产生三相PWM波的CH1,CH2,CH3之外还有一个CH4，这个通道只能产生一路PWM波，它可以用来触发AD，可以比较容易的和前面几个PWM波同步，而且配置好周期能非常灵活的取采样点。
foc采样电阻
foc采样电阻
摘要：
1. FOC 采样电阻的概念
2. FOC 采样电阻的原理
3. FOC 采样电阻的优缺点
4. FOC 采样电阻的应用领域
5. FOC 采样电阻的未来发展
正文：
FOC 采样电阻是一种常用于模拟信号处理和数字信号转换的电子元件，它的全称是“浮动采样电阻”，英文名为“Floating Output Current Sensor”。
FOC 采样电阻的工作原理是，通过将电阻值变化转化为电压信号，从而实现对电流的测量。
FOC 采样电阻的工作原理主要基于欧姆定律，即电阻值与电流和电压之间的关系。
当电阻两端的电压发生变化时，通过电阻的电流也会发生变化。
FOC 采样电阻就是利用这个原理，将电阻两端的电压变化转化为电流信号，从而实现对电流的测量。
FOC 采样电阻具有许多优点，例如高精度、高稳定性、宽动态范围等。
FOC 采样电阻的精度和稳定性主要取决于其设计和制造工艺，而宽动态范围则意味着FOC 采样电阻可以测量从毫安到安培的各种电流。
FOC 采样电阻广泛应用于各种电子设备和系统中，例如电源管理、电池充电、电机控制等。
在这些应用中，FOC 采样电阻可以提供精确的电流测量，从
而实现对电路的精确控制。
FOC 采样电阻的未来发展趋势是更高的精度和更小的体积。
随着电子技术的发展，FOC 采样电阻将越来越小，精度也将越来越高。
此外，FOC 采样电阻也将更加智能化，例如实现自我校准和自动补偿等功能。
总的来说，FOC 采样电阻是一种重要的电子元件，它具有高精度、高稳定性和宽动态范围等优点，广泛应用于各种电子设备和系统中。
FOC控制基于电阻的电流采样方案比较
FOC控制基于电阻的电流采样方案比较最近有时间把TI ST还有Microchip三家关于PMSM控制中使用电阻采样相的电路看了一下，发现各家都有自己的特点，就做个总结吧。
1.TI C2000系列双电阻采样法原理说明在U相和V相的下桥分别串联一个功率电阻，通过一个运放电路连接至A/D。
采样时机放在PWM的下溢中断进行，U V两相电阻上的电流即为电机U V相的线电流。
关键点(1)采样时机：必须在下桥臂全部导通的时候进行采样。
在软件设计的时候,采用下溢中断(处于第7段和第1段零矢量区域中),将电流采样的任务安排在一个PWM周期的开始处,在比较匹配到来之前的期间,U、V两相的上桥臂都是关断的,也就是说下桥臂是导通的,这样就可以在每个PWM周期顺利采样一次两个相电流值。
(2)采样方式因为电机绕组线圈呈感性，线圈上的相电流不能突变，因此从矢量U0 转换到零矢量后，其对应的工作状态转换如图所示，其中二极管能起到续流作用，此时，下桥臂采样电阻上流过的是相电流，因此在每个PWM周期前期通过下桥臂的采样电阻检测相电流是可行的。
开关状态为000时电流的流通路径(3)采样电流电路从上图可以看出，流经各相采样电阻的电流是正负的，故采样电阻上端的电压是一个带正负信号的正弦波形(下端为地)，后级运放电路作用是将整体电压抬高，并且进行比例增益。
2.STM32的方案：三电阻采样法(1)电流处理：采样电阻上端采集到的电压是一个带正负的正弦波形，所以其后端一定要接一个运放电路，一方面是滤波，更重要的则是把采集到的信号缩放到AD能采集的电压范围。
这个电路可以采用同相比例放大+偏移。
(2)AD触发：在STM32的高级定时器中，除了产生三相PWM波的CH1,CH2,CH3之外还有一个CH4，这个通道只能产生一路PWM波，它可以用来触发AD，可以比较容易的和前面几个PWM波同步，而且配置好周期能非常灵活的取采样点。
(3)相采样选择：每次需要采集两个电流，采集哪两个电流由SVPWM当前扇区决定。
无感FOC控制原理
－ 定子坐标系（静止）
― A－B－C坐标系（三相定子绕组、相差120度） ― α－β坐标系（直角坐标系：α 轴与A轴重合、 β 轴超前α 轴90度）
－ 转子坐标系（旋转）
― d－q坐标系（d轴－转子磁极的轴线、q轴超前d轴90度 ） － 定向坐标系（旋转） ― M－T坐标系（ M轴固定在定向的磁链矢量上，T轴超前M轴90度 ）
ADC Channel 7
电流采样方式选择
比较内容 母线电阻 1 2 3 MCU运算开销 支持电机运行范围 硬件需求 大 大 1shunt+高带 宽运放 电流采样方式 双电阻 小 略低 2 shunt +普 通带宽轨到轨 双运放 一般 好 三电阻 中 大 3shunt +普通 带宽轨到轨四 运放 差 好
FOC的控制要素—母线电流还原相电流
母线电阻电流采样
通过直流母线侧一个电阻，实现一个周期内两相电流的测量，第三相电 流由 得到。 SVPWM开关 VS 直流母线电流
FOC的控制要素—相电流采样
单电阻ADC采样
SVPWM单直流母线电阻采样 CC83 ST信号用来硬件触发ADC
Power MOSFET
使用V0矢量
使用V7矢量
7段SVPWM、5段SVPWM端电压对比
7段SVPWM、5段SVPWM选择
比较内容
1 2 3 4 THD 开关损耗 功率开关 调制波形
SVPWM模式 7段SVPWM 较低，性能好 较高 多 连续 5段SVPWM 较高，性能差 减少1/3 少 不连续
5
母线电压利用率
一致
4 5
电路一致性 电流还原效果
好 略差
FOC的控制要素—闭环控制
FOC控制基于电阻的电流采样方案比较
FOC控制基于电阻的电流采样方案比较FOC控制基于电阻的电流采样方案比较最近有时间把TI ST还有Microchip三家关于PMSM控制中使用电阻采样相的电路看了一下，发现各家都有自己的特点，就做个总结吧。
1.TI C 系列双电阻采样法原理说明在U相和V相的下桥分别串联一个功率电阻，经过一个运放电路连接至A/D。
采样时机放在PWM的下溢中断进行，U V两相电阻上的电流即为电机U V相的线电流。
关键点(1)采样时机：必须在下桥臂全部导通的时候进行采样。
在软件设计的时候,采用下溢中断(处于第7段和第1段零矢量区域中),将电流采样的任务安排在一个PWM周期的开始处,在比较匹配到来之前的期间,U、V两相的上桥臂都是关断的,也就是说下桥臂是导通的,这样就能够在每个PWM周期顺利采样一次两个相电流值。
(2)采样方式因为电机绕组线圈呈感性，线圈上的相电流不能突变，因此从矢量U0 转换到零矢量后，其对应的工作状态转换如图所示，其中二极管能起到续流作用，此时，下桥臂采样电阻上流过的是相电流，因此在每个PWM周期前期经过下桥臂的采样电阻检测相电流是可行的。
开关状态为000时电流的流通路径(3)采样电流电路从上图能够看出，流经各相采样电阻的电流是正负的，故采样电阻上端的电压是一个带正负信号的正弦波形(下端为地)，后级运放电路作用是将整体电压抬高，而且进行比例增益。
2.STM32的方案：三电阻采样法(1)电流处理：采样电阻上端采集到的电压是一个带正负的正弦波形，因此其后端一定要接一个运放电路，一方面是滤波，更重要的则是把采集到的信号缩放到AD能采集的电压范围。
这个电路能够采用同相比例放大+偏移。
(2)AD触发：在STM32的高级定时器中，除了产生三相PWM波的CH1,CH2,CH3之外还有一个CH4，这个通道只能产生一路PWM波，它能够用来触发AD，能够比较容易的和前面几个PWM波同步，而且配置好周。
foc 单电阻采样移相
foc 单电阻采样移相单电阻采样移相是一种常见的电路设计技术，可以实现信号的移相功能。
本文将详细介绍单电阻采样移相的原理、应用以及设计注意事项。
一、单电阻采样移相原理单电阻采样移相是基于电流采样的原理实现信号移相的一种方法。
它利用一个电阻和一个开关来实现信号的采样和延时，从而实现信号的移相功能。
具体来说，单电阻采样移相电路的原理如下：1.电平提升：将输入信号通过一个电阻和一个开关接到一个电容上。
当开关关闭时，电容上的电压与输入信号相等，此时电压下降到0V，产生一个电平提升的效果。
2.电平维持：当开关打开时，电容上的电压被锁定，并保持不变，实现电平维持的效果。
3.电平恢复：当开关再次关闭时，电容上的电压下降到0V，实现电平恢复的效果。
通过这样的电平提升、维持和恢复的操作，可以实现输入信号的延时，并且可以通过调整开关的打开和关闭时间来实现信号的相位调节。
二、单电阻采样移相的应用1.时钟信号移相在数字电路中，常常需要对时钟信号进行移相操作，以控制电路中各个模块的工作时机。
单电阻采样移相可以实现对时钟信号的移相，从而控制数字电路的时序。
2.频率合成在通信系统中，经常需要通过合成不同频率的信号来实现多通道传输。
单电阻采样移相可以用于合成不同频率的信号，并实现频率的精确控制。
3.调相器调相器是一种用于调制信号相位的电路，广泛应用于通信系统和雷达系统中。
单电阻采样移相可以用于实现调相器的功能，实现对信号相位的准确调整。
三、单电阻采样移相的设计注意事项1.电阻和电容的选择在设计单电阻采样移相电路时，需要选择合适的电阻和电容。
电阻的阻值和电容的容值决定了信号的延时时间和移相范围。
需要根据具体的应用要求进行合理选择。
2.开关的选取开关的质量和稳定性对于单电阻采样移相电路的性能有较大影响。
需要选择质量可靠、响应速度快的开关，以确保电路的稳定性和性能。
3.控制电路的设计需要设计一个合适的控制电路来控制开关的打开和关闭时间，从而实现信号的相位调节。
foc电机控制运放sr要求
foc电机控制运放sr要求
FOC电机控制运放SR（Slew Rate）是指在调节电机速度和位置时，电流的切
换速率。
在FOC电机控制中，SR是一个重要的性能指标，它与电机的响应速度和
系统的稳定性密切相关。
为了满足FOC电机控制的运放SR要求，需要注意以下几个方面：
1. 电流采样和控制环路：电流采样是FOC控制的核心，采样电流的精确性直
接影响到SR的性能。
因此，电流传感器的选择和布局非常重要。
同时，控制环路
的设计和参数调整也需要考虑到SR的要求。
2. 运放的选择和优化：在FOC电机控制中，运放是一个关键组件。
为了满足
SR的要求，需要选择具有较高带宽和快速切换速度的运放。
此外，采用高性能的
运放芯片，如带有高精度和低噪声特性的运放，可以提高系统的控制精度和稳定性。
3. PCB设计和布局：良好的PCB设计和布局对于FOC电机控制的SR性能至
关重要。
合理的布线和地面平面设计可以减少干扰和噪声，并提高信号传输的稳定性。
4. 信号传输和滤波：为了减少干扰和噪声对SR的影响，可以采用适当的滤波
器来滤除高频噪声。
此外，注意信号传输的完整性，使用合适的连接和线缆来确保信号传输的稳定性和可靠性。
总而言之，在FOC电机控制中，为了满足SR的要求，需要注意电流采样和控
制环路，运放的选择和优化，PCB设计和布局，以及信号传输和滤波等方面。
通
过综合优化这些因素，可以提高FOC电机控制系统的性能和稳定性，以满足SR
的要求。
峰岹科技 FU68XX-无霍尔-FOC 调试说明文档-V1.0.0说明书
峰岹科技FU68xx-无霍尔-FOC调试说明文档-V1.0.0峰岹科技(深圳)有限公司Fortior Technology(Shenzhen)Co.,Ltd.深圳市南山区科技中二路软件园11栋2楼203室,518057Room203,2/F,Building No.11,Keji Central Road2,Software Park,High-Tech Industrial Park,Shenzhen,P.R.ChinaTel：86-755-26867710Fax：86-755-26867715Contained hereinCopyright by FortiorTechnology(Shenzhen)Co.,Ltd all rights reserved.修改记录版本号：第1位-原理第2位-模块第3位-细节版本号修改详细内容说明生效日期修订者审核者V1.0.0初稿2020-3-5Jamie.Xu John.Luo1.概述本应用笔记介绍了如何使用FU68XX MCU中的FOC控制直流无刷电机（BLDC）。
本文介绍了如何使用FU6831应用于硬件FU6831-DDGJ_V1.0电机控制开发板。
FU68XX系列是一款集成8051内核和电机控制引擎（ME）的电机驱动专用芯片，8051内核处理常规事务，ME处理电机实时事务，双核协同工作实现各种高性能电机控制。
其中8051内核大部分指令周期为1T或2T，芯片内部集成有高速运算放大器、比较器、Pre-driver（FU6811除外）、高速ADC、高速乘/除法器、CRC、SPI、I2C、UART、多种TIMER、PWM等功能，内置高压LDO，适用于BLDC/PMSM电机的方波、SVPWM/SPWM、FOC驱动控制。
FU68XX系列现共分为三款芯片：FU6811，FU6831和FU6818。
●FU6811为Gate Driver输出；●FU6831为3P3N Pre-driver输出；●FU6818为6N Pre-driver输出。
基于FOC算法的PMSM控制策略研究
基于FOC算法的PMSM控制策略研究摘要：FOC--Field Oriental Control，即磁场定向控制（FOC），又称“矢量控制”，本质上就是通过控制变频器的输出电压和频率，从而控制三相交流电机。
根据磁场定向原理，分别对电机的励磁电流和转矩电流进行控制，测控电机的定子电流矢量，将三相交流电机作为直流电机进行控制。
同步旋转坐标轴选择电机一个旋转磁场轴，磁场定向轴有三种选择：定子磁场定向、转子磁场定向、气隙磁场定向。
在磁链关系中，定子磁场定向和气隙磁场定向均存在耦合，矢量控制结构十分复杂。
而参考直流电动机控制方式的转子磁场定向利用坐标变换，把交流电动机的定子电流分解成磁场分量电流（等效于励磁电流）和转矩分量电流（等效于负载电流），即磁通电流分量和转矩电流分量，两者完全解耦（无任何耦合关系），然后对它们分别进行控制，从而得到了等效于直流调速系统的动态性能。
关键词：FOC，坐标变换，解耦。
1 FOC算法概述FOC控制技术在工控应用领域中效果非常好，尤其是电机控制。
国内FOC应用只是初级阶段，落后国外一大截。
现在FOC发展前景很好，但是国内一些公司还没有研究透彻FOC算法的核心，而国外已经应用广泛且较为成熟，因此，FOC算法控制技术在国内大有发展前景。
若使用正弦方法激励，使得所施加电流空间矢量与转子位置成正比，定子电流与转子磁通耦合产生的电磁转矩使转子转动。
这里需要注意的是：需要定子电流超前转子电流位置90度，这时候力矩最大，从而实现最优转矩，而力矩与电流空间矢量成正比，最后得到的PMSM电气模型如下图所示：硬件电路实现过程如下：1、电流采样电阻（精密电阻）；硬件上，正弦波FOC矢量控制器。
在PCB上必须采用精密电阻，大功率的PMSM控制器一般采用专用电流HALL霍尔传感器。
2、MOSFET专用驱动IC成本上讲，驱动MOSFET器件用的是分立器件，像二极管、三极管的开关速度及损耗等硬件条件无法满足正弦波控制系统的设计理念，所以通常采用成熟的驱动集成芯片IC（像IR的IR21xx系列），以此来驱动MOSFET。
foc控制霍尔电流采样电流
FOC控制霍尔电流采样电流一、引言电机作为现代工业中的核心驱动部件，其控制性能的优劣直接影响到整个系统的运行效率和稳定性。
FOC控制策略通过坐标变换将定子电流分解为磁场产生分量和转矩产生分量，实现对电机磁场和转矩的独立控制。
在这一控制策略中，实时、准确的电流信息是至关重要的。
霍尔电流传感器以其独特的优势，在电机控制系统中扮演着举足轻重的角色。
二、FOC控制概述FOC控制，又称矢量控制，是一种通过坐标变换将三相交流电机的定子电流解耦为两个独立的直流分量的控制策略。
这两个分量分别是用于产生磁场的励磁电流（Id）和用于产生转矩的转矩电流（Iq）。
通过独立控制这两个电流分量，可以实现电机的高效、平稳运行。
FOC控制要求实时获取电机定子电流的信息，以便进行精确的坐标变换和控制算法的实现。
三、霍尔电流传感器原理及应用霍尔电流传感器是基于霍尔效应原理工作的。
当电流通过一根导线时，会在导线周围产生磁场。
霍尔元件置于这一磁场中，由于洛伦兹力的作用，会在霍尔元件的两侧产生电势差，即霍尔电压。
这一电压与通过导线的电流成正比，因此可以用来测量电流的大小。
在电机控制系统中，霍尔电流传感器通常被安装在电机相线上，用于实时测量定子电流。
其非接触式的测量方式避免了传统电流互感器可能引入的额外电阻和电感，从而提高了电流采样的精度和响应速度。
此外，霍尔电流传感器还具有体积小、重量轻、安装方便等优点，非常适合在电机控制系统中使用。
四、霍尔电流采样技术优化策略尽管霍尔电流传感器具有诸多优点，但在实际应用中仍可能受到温度、磁场干扰等因素的影响，导致采样精度下降。
因此，需要采取一系列优化策略来提高霍尔电流采样技术的性能。
1. 温度补偿：霍尔元件的灵敏度会随温度的变化而变化。
为了消除温度对采样精度的影响，可以采用温度补偿电路或算法，对霍尔电压进行实时修正。
2. 磁场屏蔽：外部磁场的干扰会影响霍尔元件的测量精度。
因此，需要对霍尔电流传感器进行磁场屏蔽设计，以减少外部磁场的影响。
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最近有时间把TIST还有Microchip三家关于PMSM控制中使用电阻采样相的电路看了一下，发现各家都有自己的特点，就做个总结吧。
1.TIC2000系列双电阻采样法
原理说明
在U相和V相的下桥分别串联一个功率电阻，通过一个运放电路连接至A/D。
采样时机放在PWM的下溢中断进行，UV两相电阻上的电流即为电机UV相的线电流。
关键点
(1)采样时机：
必须在下桥臂全部导通的时候进行采样。
在软件设计的时候,采用下溢中断(处于第7段和第1段零矢量区域中),将电流采样的任务安排在一
个PWM周期的开始处,在比较匹配到来之前的期间,U、V两相的上桥臂都是关断的,也就是说下桥
臂是导通的,这样就可以在每个PWM周期顺利采样一次两个相电流值。
(2)采样方式
因为电机绕组线圈呈感性，线圈上的相电流不能突变，因此从矢量U0转换到零矢量后，其对应的
工作状态转换如图所示，其中二极管能起到续流作用，此时，下桥臂采样电阻上流过的是相电流，
因此在每个PWM周期前期通过下桥臂的采样电阻检测相电流是可行的。
开关状态为000时电流的流通路径
(3)采样电流电路
从上图可以看出，流经各相采样电阻的电流是正负的，故采样电阻上端的电压是一个带正负信号
的正弦波形(下端为地)，后级运放电路作用是将整体电压抬高，并且进行比例增益。
2.STM32的方案：三电阻采样法
(1)电流处理：
采样电阻上端采集到的电压是一个带正负的正弦波形，所以其后端一定要接一个运放电路，一方面
是滤波，更重要的则是把采集到的信号缩放到AD能采集的电压范围。
这个电路可以采用同相比例
放大+偏移。
(2)AD触发：
在STM32的高级定时器中，除了产生三相PWM波的CH1,CH2,CH3之外还有一个CH4，这个通道只能产生一路PWM波，它可以用来触发AD，可以比较容易的和前面几个PWM波同步，而且配置好周期能非常灵活的取采样点。
(3)相采样选择：
每次需要采集两个电流，采集哪两个电流由SVPWM当前扇区决定?。
每次只有在下桥臂打开的时候才能进行采样。
(4)干扰Tnoise和Trise：
Tnoise是每次开关管打开或者关闭时，对当前采集的相电压的影响时间。
Trise是每次开关管打开的时候该相电流会有一个跳变，需要一段时间来稳定。
在这两个时间里面不能采集电流。
(5)SVPWM：
SVPWM是FOC算法的最后一步，根据前面运算得到的数据，修改PWM波形输出，从而修正电机的运行，同时确定下次相电流采样的扇区。
[R1]此处与TI方案不同，ST方案根据扇区号来确定当前需要采样的电流相，而TI根据二极管续流可以持续获得稳定的U/V相电流反馈，TI的方法更好
[R2]TI的方案是在PWM关闭的时候采样的，也就没有了干扰的问题
下面这张表格是是运用ST库的时候三电阻和单电阻在效率等方面的比较：
3.Microchip方案（AN1299）
采用单电阻方式采样，在一组7段矢量的时间内，根据不同的开关顺序，进行多次采样
[R3]相比TI方案，采样次数较多，消耗的CPU资源较多，需要考虑死区对各个采样窗的影响，还有各采样窗口有最小宽度限制，处理算法相对比较麻烦
对于三相逆变器，我们将分析此周期的所有不同的PWMxL组合（T0、T1、T2和T3），了解电流测量代表着什么。
从T0开始，在逆变器中我们有如下的电子开关（MOSFET或IGBT）组合，从中我们看到，没有电流流经单分流电阻（图10）。
前进到T1，我们看到PWM2L有效，同时PWM1H和PWM3H也有效（目前没有显示，但假设PWM输出是互补的）。
由于有电流通过相A和C流入电机，通过相B流出电机，我们可以认为此电流测量值表示的是–IB，如图11所示。
在T2期间，PWM2L和PWM3L有效，且PWM1H有效。
这种组合给出的是流经单分流电阻的电流IA，如图12所示。
T3的情形与T0一样，其中没有电流流经分流电阻，所以IBUS=0，如图13所示。
PIC单电阻采样时间点的计算
总结：
通过双电阻、三电阻和单电阻的相电流采样方法，都是基于电机绕组电感电流通过二极管续流的原理，然后通过通过公式“Iu?+?Iv?+?Iw?=?0”重构出该相电流。
不同的采样方法，对相电压占空比有不同的要求，因此电压利用率也不同，可参考《基于PSoC4的矢量控制方案：电流采样》。