因為成本和尺寸的原因，現(xiàn)在的電機控制器是逐漸高度集成化，小尺寸化。霍爾電流傳感器或者電流采樣芯片因為其高成本，使用是很受限制的。

天價電流傳感器

所以，如下圖的下橋臂雙電阻或者三電阻采樣方式是逐漸流行起來了。考慮到采樣信號是共地的，所以省去了隔離電路，加上MCU大多內(nèi)置運放，所以整個電路的集成度很高。

下橋臂三電阻采樣

像電動自行車這類產(chǎn)品，為了追求極致的尺寸，哪怕會引入諧波，也會考慮使用單電阻采樣。

在無感FOC 控制算法里，因為位置估算和電流環(huán)都需要用到電流反饋值，所以電流采樣對整個無感FOC的性能息息相關(guān)。在采用下橋三電阻采樣方案時，如果沒有精確的采樣相電流，電機會產(chǎn)生較大噪音，運行效率低，極限速度低甚至無法工作。

方法簡介

下橋臂雙電阻和三電阻采樣，必須在對應(yīng)的下橋臂開通才可以，否則該橋臂電阻上沒有流過電流，采樣失敗。

到了高速或者弱磁區(qū)，下橋臂開通的脈寬會越來越窄。最小脈寬的寬度越大，那么采樣點距離MOSFET開關(guān)噪聲越遠，但是最大占空比不足，導致整個電機的極限速度或者最大力矩不理想，無法充分利用直流電壓。

如果最小脈寬盡量減小，最大輸出電壓有所提高，但是采樣點離MOSFET開關(guān)點很近，容易采樣到噪聲導致無法工作。

傳統(tǒng)的方法是限制 調(diào)制率 ，在三相下橋臂的中點采樣觸發(fā)電流采樣。就是限制最大占空比，犧牲了直流電壓的利用率。一般來說，以M0為例，因為ADC的采樣率和轉(zhuǎn)換時間不會很快，一般一個通道采樣加轉(zhuǎn)換，對時鐘降額使用大概是1us。所以采樣3個通道需要3us，那么中間零矢量的時間起碼要選5us以上，如下圖即T1的最小寬度。

其中 Tminwidth=Tdeadtime + Tdelay + Tadc_sample。Tdeadtime 為死區(qū)時間，Tdelay 為 IGBT/MOSFET 導通延遲時間，Tadc_sample 為 ADC 采樣三通道電流所需時間。所以Tminwidth=6us。

假設(shè)開關(guān)頻率20k，開關(guān)周期50us，那么最大占空比只有(50-6)/50=88%.

T1代表零矢量

有些廠家的方案會略微修改一下，比如上圖中T1/T2/T3，當T1

以上方法是比較穩(wěn)妥，但是沒有最大限度地輸出有效電壓，中間T1的零矢量是沒有有效電壓輸出的。

本人提出三種方法，一種源自某半導體廠商，一種受到單電阻采樣的啟發(fā)想到。

方法一

設(shè)定Tminwidth = 5us的前提下，所有采樣情況分析如下：

在PWM右邊采樣

1，當T1 >= Tminwidth, 在T1的中間觸發(fā)U/V/W三相采樣或者脈寬相對更快的U/V采樣。

2，當T1 < Tminwidth, 當T2 >= Tminwidth, 在T2的中間觸發(fā)UV兩相采樣。此時W相沒有開通，所以只能選擇觸發(fā)UV采樣，或者仍然使能UVW采樣，但是W相采樣結(jié)果舍棄。

3， 當T1 < Tminwidth, 當T2 < Tminwidth, 在T3范圍內(nèi)觸發(fā)U相采樣。此時只有U相開通，所以V/W采樣的結(jié)果是無效的，因為橋臂電阻并沒有流過電流。那么這種情況下要么對采樣到的電流作 低通濾波 ，要么V相或者W相使用上一拍采樣的電流。

該方法可以把占空比開到100%。

第3種情況下，必須考慮用上一拍的電流當作本拍電流使用，或者考慮低通濾波濾掉采樣的錯誤信號，引入相位延時。

在情況2和情況3的時候，在線修改采樣觸發(fā)點，當前寫入寄存器，下個開關(guān)周期生效。

同時兩次采樣的時間間隔不再固定，那么FOC的計算時間就必須縮短了。否則第3種情況因為扇區(qū)切換，到下一開關(guān)周期切換到第1種情況，F(xiàn)OC的計算時間必須限制在開關(guān)周期的75%以下。根本原因，還是第3種情況下觸發(fā)ADC采樣太晚，導致留給FOC計算的時間不足。

優(yōu)點：

1、最大占空比100%

缺點：

1、FOC計算時間受限，不能超過中斷周期的75%

2、ADC必須支持在線切換采樣點，延時一個開關(guān)周期生效

3、某些情況下必須用上一拍電流替代當前電流，引入相位延時。或者用低通濾波濾除噪聲

方法二

方法二是在第一種方法的基礎(chǔ)上有一些啟發(fā)，主要是第2，第3種情況的優(yōu)化。處理方式如下：

1，當T1 >= Tminwidth, 在T1的中間觸發(fā)U/V/W三相采樣或者脈寬相對更快的U/V采樣。

2，當T1 < Tminwidth, 當T2 >= Tminwidth, 在T2的中點觸發(fā)V相采樣，在T3的中點觸發(fā)U相采樣。

這種方法和T2中點觸發(fā)UV采樣的方式相比，對T2的寬度可以更窄，因為T2整個寬度內(nèi)只采樣1個ADC通道。如果采樣2個ADC通道，那么寬度要增大起碼1us。

3， 當T1 < Tminwidth, 當T2 < Tminwidth, 把T2往右邊 移動 ，移動的增量是(Tminwidth-T2)。

從而可以實現(xiàn)在T2范圍內(nèi)觸發(fā)1次對V相的采樣，然后在T3中點觸發(fā)對U相的采樣。

該方法可以把占空比開到 100% ，不用考慮用上一拍的電流當作本拍電流使用，也不用考慮低通濾波濾掉采樣的錯誤信號。尤其不會引入相位延時。

移動T2也會存在問題，因為可能導致V相開通點超過了PWM比較值的頂點，所以當V相計算的占空比不大到時候，就不光要移動可能導致諧波，還有可能改變V相的導通寬度，同時T1還有可能往左移動。

這一類極端情況下，可能會移動VW兩相的開通脈沖，同時還要改變V相的導通寬度，引入一定諧波，和單電阻比較類似了。

缺點就是采樣方式和單電阻類似，在情況2和情況3的時候，一個開關(guān)周期內(nèi)必須觸發(fā)2次ADC采樣，上個周期計算觸發(fā)點寫入寄存器，下個開關(guān)周期就生效。

同時兩次采樣的時間間隔不再固定，那么FOC的計算時間就必須縮短了。否則第3種情況因為扇區(qū)切換，到下一開關(guān)周期切換到第1種情況，F(xiàn)OC的計算時間必須限制在開關(guān)周期的 75% 以下。

優(yōu)點：

1、最大占空比100%

2、不需要用上一拍電流替代當前電流，沒有相位延時

缺點：

1、FOC計算時間受限，不能超過中斷周期的75%

2、ADC必須支持在線切換采樣點，延時一個開關(guān)周期生效，一個周期內(nèi)觸發(fā)2次ADC采樣。

3、第2種情況有移相，類似單電阻采樣，引入電流諧波，甚至改變導通寬度。

方法三

方法三和在傳統(tǒng)的方法比較類似， 固定點采樣 ，但是占空比在某些情況下可以達到100%。

1，當T1 >= Tminwidth, 在T1的中間觸發(fā)U/V/W三相采樣或者脈寬相對更快的U/V采樣。

2，當T1 < Tminwidth, 當T2 >= Tminwidth, 強制T1=0, 在T2中點對UV相觸發(fā)采樣。

3， 當T1 < Tminwidth, 當T2 < Tminwidth, 強制T1=0, 強制T2=Tminwidth, 在T2中點對UV相觸發(fā)采樣。

該方法可以把占空比開到 100% ，比如強制T1=0, 就是強迫實現(xiàn)了100%占空比。因為T1較小的時候，如果中點固定采樣，肯定會受到T1開關(guān)動作的影響。這種情況下規(guī)避開關(guān)噪聲，只能強制T1是不存在的，即W相下橋不導通，一直關(guān)閉。這樣子UV兩相就能在足夠的采樣寬帶下實現(xiàn)采樣。

情況3也是類似的原因，解決了T1，當T2不夠，只能給T2強制最小寬度，沒有寬度就創(chuàng)造寬度，強制觸發(fā)采樣。

用考慮用上一拍的電流當作本拍電流使用，也不用考慮低通濾波濾掉采樣的錯誤信號。尤其不會引入相位延時。固定采樣點，配置也簡單。

缺點就是在某些情況下，強制改變了T1和T2的寬度，雖然沒有引入諧波，但是改變了目標輸出電壓。

因為是固定采樣點，所以FOC計算時間沒有特殊限制。

優(yōu)點：

1、最大占空比100%

2、不需要移相，不需要在線改變采樣點，對FOC計算時間沒有限制。

缺點：

1、極限速度下會改變T1和T2的實際值，導致實際輸出電壓和目標電壓存在偏差