在對產(chǎn)品體積及成本有較高要求時，單電阻電流采樣方案foc進入我們的視野。理論上，單電阻電流采樣方案可以實現(xiàn)和二電阻、三電阻電流采樣同樣的效果，唯一美中不足的是，單電阻電流采樣方案沒辦法實現(xiàn)高調(diào)制比，不過這并不影響單電阻電流采樣方案的廣泛應用。

本文從單電阻電流采樣原理出發(fā)，深入分析相關理論及時序，并通過simulink仿真實現(xiàn)相關算法

1、單電阻采樣原理

母線電流能夠反映三相電流。

三相電橋示意圖如下，電流采樣電阻放在母線負端，電路工作在逆變工況時，可以將電路工作狀態(tài)分為如下四種狀態(tài)。

1.三個下橋?qū)?，沒有上橋?qū)?/p>

2. 二個下橋?qū)ǎ粋€上橋?qū)?/li>
3. 一個下橋?qū)?，二個上橋?qū)?/li>
4. 沒有下橋?qū)?，三個上橋?qū)?/li>

其中電路工作在狀態(tài)1、狀態(tài)4時，沒有電流流過采樣電阻。

工作在狀態(tài)2時，如上圖，采樣到的電流均流經(jīng)U相上橋，此時的母線電流等于U相相電流。

工作在狀態(tài)3時，如上圖，采樣到的電流為流經(jīng)U相上橋、V相上橋的電流之和，由基爾霍夫定律，Iu + Iv + Iw = 0; 可得此時的母線電流等于負的W相相電流。

工作在狀態(tài)3時，如上圖，采樣到的電流為流經(jīng)U相上橋、V相上橋的電流之和，由基爾霍夫定律，Iu + Iv + Iw = 0; 可得此時的母線電流等于負的W相相電流。

當三相電流中的兩相電流能夠采樣得到后，第三相波形可以通過基爾霍夫定律重構。

對開關狀態(tài)的劃分可以再詳細一點，整理所有上下橋開關狀態(tài)下，母線電流與相電流的關系。參照上表(表格來自microchip應用筆記AN1299，文末給出下載方式)

**2、**單電阻采樣時序

2.1、單電阻采樣時序

上文分析了單電阻采樣的原理，以下內(nèi)容討論如何協(xié)同采樣時刻和foc計算。

選擇第一個采樣點為每一個pwm周期導通時間最短的一相上橋關閉后延時若干個時鐘(大于下橋臂導通延時)后的時刻。上圖figure2中黃色信號時刻。

選擇第二個采樣點為每一個pwm周期導通時間第二短的一相上橋關閉后延時若干個時鐘(大于下橋臂導通延時)后的時刻。上圖figure2中紅色信號時刻。

上圖中figure1為三相上橋驅(qū)動波形，figure2為觸發(fā)采樣信號，每個pwm周期中前兩個有效，figure3為母線電流信號，figure4為pwm計數(shù)器信號。

電流采樣在每個pwm周期中，計數(shù)方向為向上計數(shù)的半個周期進行，計數(shù)到周期值后觸發(fā)pwm更新事件中斷，執(zhí)行foc計算，電流采樣中斷優(yōu)先級高于pwm更新時間中斷。

考慮到實際adc采樣需要一定的時間，三相pwm占空比中其中兩相占空比非常接近時(有效導通時間過小)，將導致采樣失敗，此時需要通過補償來增加有效導通時間

2.2、補償最小采樣時間

如上圖figure2，在svpwm扇區(qū)切換的時候，兩相占空比幾乎一樣，有效導通時間小于單片機adc采樣時間，此時必須補償導通時間。

此處的補償其實容易理解，我們的電流采樣總是在pwm計數(shù)器上計數(shù)的時候觸發(fā)，要保證采樣時有足夠的采樣時間，只需要當兩相占空比非常接近時，把占空比較大的一相加大即可，同時為了保證電壓矢量大小不變，在pwm計數(shù)器下記數(shù)時，減去之前增加的時間。

實現(xiàn)方法為在pwm計數(shù)器計數(shù)到0和周期值時都觸發(fā)pwm事件更新中斷，當中斷為下溢中斷時，判斷三相占空比之差，相差過近則增加占空比，并置標志位，上溢中斷時判斷標志位，標志位有效則減小相關相占空比。

補償后波形如上圖。其中figure1為三相上橋驅(qū)動波形，figure2為三相占空比大小。

2.3、系統(tǒng)時序

完成實現(xiàn)過程分析后，我將單電阻電流采樣foc分為以下4個模塊

1. 電流采樣模塊
2. 電流重構模塊
3. foc計算模塊
4. 移相補償模塊

4個模塊時序關系如上圖，其中：

1. figure1為pwm計數(shù)器；
2. figure2黃藍紅波形為三相電流采樣觸發(fā)信號，綠色波形為電流重構模塊執(zhí)行時刻；
3. figure3為foc計算模塊執(zhí)行時刻；
4. figure4為移相補償模塊執(zhí)行時刻。

放大波形如上。

1. pwm計數(shù)器下溢時刻判斷占空比大小，有需要的話進行補償；
2. pwm計數(shù)器上計數(shù)過程中完成兩相電流采樣；
3. pwm上溢時刻進行電流重構，得到三相電流；
4. 得到三相電流后執(zhí)行foc計算；
5. 完成foc計算后再次更新占空比，消除移相補償造成的電壓矢量誤差。

3、單電阻采樣具體實現(xiàn)

根據(jù)上述分析做出simulink仿真。

仿真中各個模塊都盡量使用matlab程序?qū)崿F(xiàn)，易于閱讀，文末給出仿真模型的下載方式。

運行仿真，觀查相間采樣電流(上)和單電阻采樣電流(下)結果，可見波形基本一樣，美中不足的是單電阻采樣電路在扇區(qū)切換時，因為采樣點相對pwm周期的時刻發(fā)生變化，能看出受紋波電流的影響，單電阻采樣電流存在畸變。

使用單電阻采樣電流替換相間采樣電流，引入環(huán)路，環(huán)路運行正常，與使用相間采樣電流運行結果一致。