三电阻电流采样（采样电阻大小）

由于成本和尺寸的原因，当前的电机控制器的集成度越来越高，尺寸也越来越小。霍尔电流传感器或电流采样芯片由于成本较高，其使用受到很大限制。

天价电流传感器

因此，如下图所示的下桥臂双阻或三阻采样方式逐渐流行。考虑到采样信号接地，所以省略了隔离电路。另外，大多数MCU都内置运算放大器，因此整个电路集成度很高。

下臂三电阻采样

对于电动自行车等产品，为了追求极致尺寸，即使引入谐波，也会考虑单电阻采样。

在无感FOC控制算法中，由于位置估计和电流环都需要用到电流反馈值，因此电流采样与整个无感FOC的性能密切相关。采用下桥三阻采样方案时，如果没有对相电流进行精确采样，电机会产生噪音大、运行效率低、极限转速低，甚至无法工作。

方法介绍

下臂双阻、三阻采样必须在对应的下臂上开启。否则，桥臂电阻上没有电流流过，采样失败。

当达到高速或弱磁场时，下桥臂的脉冲宽度会越来越窄。最小脉冲宽度越大，采样点距离MOSFET开关噪声越远。但最大占空比不足，导致整个电机的极限转速或最大扭矩不理想，无法充分利用直流电压。

如果尽可能减小最小脉冲宽度，则最大输出电压提高，但采样点非常接近MOSFET开关点，很容易采样噪声而无法工作。

传统的方法是限制调制速率并在三相下桥臂中点触发电流采样。它只是限制了最大占空比并牺牲了直流电压的利用率。一般来说，以M0为例，由于ADC的采样率和转换时间都不是很快，一般一通道采样加转换，时钟降额在1us左右。因此，采样3个通道需要3us，所以中间零向量的时间必须至少为5us，如下图所示，这是T1的最小宽度。

其中Tminwidth=Tdeadtime + Tdelay + Tadc_sample。 Tdeadtime为死区时间，Tdelay为IGBT/MOSFET导通延迟时间，Tadc_sample为ADC采样三通道电流所需的时间。所以Tminwidth=6us。

假设开关频率为20k，开关周期为50us，那么最大占空比仅为(50-6)/50=88%。

T1代表零向量

有些厂家的方案会稍作修改，比如上图中的T1/T2/T3。当T1

上述方法相对安全，但没有最大限度地输出有效电压。中间T1的零向量无有效电压输出。

我提出了三种方法，一种来自半导体制造商，另一种受到单电阻采样的启发。

方法一

在设置Tminwidth=5us的前提下，所有采样情况分析如下：

PWM右侧示例

1、当T1=Tminwidth时，在T1中间触发U/V/W三相采样或脉宽较快的U/V采样。

2、当T1 Tminwidth 时，当T2=Tminwidth 时，在T2 中间触发UV 两相采样。此时W相尚未启用，因此只能选择触发UV采样，或者仍然启用UVW采样，但W相采样结果将被丢弃。

3. 当T1 Tminwidth、T2 Tminwidth 时，在T3 范围内触发U 相采样。此时只有U相导通，因此V/W采样结果无效，因为桥臂电阻没有电流流过。这种情况下，要么对采样电流进行低通滤波，要么V相或W相使用前一拍采样的电流。

这种方法可以将占空比打开到100%。

第三种情况，必须考虑使用前一拍的电流作为本次拍的电流，或者考虑低通滤波，滤除采样误差信号，引入相位延迟。

情况2和情况3，采样触发点在线修改，当前写入寄存器，在下一个开关周期生效。

同时，两次采样之间的时间间隔不再固定，因此必须缩短FOC的计算时间。否则，由于第三种情况下的扇区切换，当下一个切换周期切换到第一种情况时，FOC计算时间必须限制在小于切换周期的75%。根本原因是第三种情况下ADC采样触发太晚，导致FOC计算时间不够。

优势：

1.最大占空比100%

缺点：

1. FOC计算时间有限，不能超过中断周期的75%。

2. ADC必须支持采样点在线切换，延迟1个切换周期后生效。

3.在某些情况下，当前电流必须被前一节拍的电流代替，引入相位延迟。或者使用低通滤波去除噪声

方法二

第二种方法在第一种方法的基础上有一些启发，主要是对第二种和第三种情况的优化。处理方法如下：

1、当T1=Tminwidth时，在T1中间触发U/V/W三相采样或脉宽较快的U/V采样。

2、当T1 Tminwidth时，当T2=Tminwidth时，V相采样在T2中点触发，U相采样在T3中点触发。

与在T2中点触发UV采样的方法相比，该方法可以缩小T2的宽度，因为在T2的整个宽度内仅对一个ADC通道进行采样。如果采样2个ADC通道，则宽度必须增加至少1us。

3、当T1 Tminwidth、T2 Tminwidth时，将T2向右移动，移动的增量为(Tminwidth-T2)。

这样就可以在T2的范围内触发一次V相的采样，然后在T3的中点触发U相的采样。

该方法可以将占空比打开到100%，无需考虑将前一拍的电流作为本次拍的电流，也无需考虑低通滤波来滤除采样误差信号。特别地，没有引入相位延迟。

移动T2也会引起问题，因为它可能导致V相导通点超过PWM比较值的峰值。因此，当计算出的V相占空比不大时，移动不仅可能引起谐波，还可能改变V相的导通宽度，T1也可能向左移动。

在这种极端情况下，VW相的导通脉冲可能会移动，V相的导通宽度也可能会改变，引入一定的谐波，这与单个电阻类似。

缺点是采样方式与单个电阻类似。在情况2 和情况3 中，ADC 采样必须在一个开关周期内触发两次。将上一个周期计算出的触发点写入寄存器，并在下一个开关周期生效。

同时，两次采样之间的时间间隔不再固定，因此必须缩短FOC的计算时间。否则，由于第三种情况下的扇区切换，当下一个切换周期切换到第一种情况时，FOC计算时间必须限制在小于切换周期的75%。

优势：

1.最大占空比100%

2、无需将当前电流替换为前一个电流，无相位延迟。

缺点：

1. FOC计算时间有限，不能超过中断周期的75%。

2、ADC必须支持采样点在线切换，延迟1个切换周期生效，一个周期内触发ADC采样两次。

3、第二种情况有相移，类似于单电阻采样，引入电流谐波，甚至改变导通宽度。

方法三

方法3与传统方法类似，定点采样，但在某些情况下占空比可以达到100%。

1、当T1=Tminwidth时，在T1中间触发U/V/W三相采样或脉宽较快的U/V采样。

2、当T1为Tminwidth时，当T2=Tminwidth时，强制T1=0，并在T2的中点触发UV相位的采样。

3、当T1 Tminwidth、T2 Tminwidth时，强制T1=0，强制T2=Tminwidth，并在T2中点触发UV相位采样。

这种方法可以将占空比打开到100%。例如，强制T1=0意味着强制实现100%占空比。因为当T1很小时，如果固定中点采样，肯定会受到T1开关动作的影响。这种情况下，为了避免开关噪声，我们只能强制T1不存在，即W相下桥不导通，始终闭合。这样，就可以以足够的采样带宽对亚紫外两相进行采样。

案例3也有类似的原因。 T1解决了。当T2不够时，只能对T2强制最小宽度。如果没有宽度，则创建宽度以强制采样。

需要考虑使用前一拍的电流作为本次拍的电流，不需要考虑低通滤波来滤除采样的误差信号。特别地，没有引入相位延迟。采样点固定，配置简单。

缺点是在某些情况下，T1和T2的宽度被迫改变。尽管没有引入谐波，但目标输出电压发生了变化。

由于是固定采样点，因此FOC计算时间没有特殊限制。

优势：

1.最大占空比100%

2、无需移相，无需在线改变采样点，FOC计算时间无限制。

缺点：

1、极限速度时，T1和T2的实际值会发生变化，导致实际输出电压与目标电压存在偏差。