马达控制三相变频器中相电流Shunt检测电路设计

　　随着诸如能源之星等节能标准在家电，医疗，电动车等市场的接收和推广，以磁场定向控制（FOC）算法为基础的高能效三相变频器广泛用于各类交流电机驱动应用中。FOC算法需要精确检测三相电流，Shunt电流检测电路因其成本低精度较高取得了广泛应用。本文将探讨shunt电流检测电路设计及不同Shunt电流检测电路对运算放大器的要求。

　　磁场定向控制算法通过一系列的前向Clarke运算和Park运算将检测得到交流电机的三相相电流处理，间接得到转矩分量和磁通分量，经过经典的PI算法对其进行精确控制，从而保证电机能以最佳的扭矩高效运行，实现精确的速度变化控制，算法框图如图1。由此可知，相电流检测的精度是决定整个电机控制性能的一个重要因素。一般来说，相电流检测共有闭环霍尔，Shunt电阻，开环霍尔三种方式。Shunt电阻因其精度较高（全温范围校正后精度2%至5%），成本低而得到广泛应用。

　　Shunt电流检测电路设计

　　常用的Shunt电流检测电路如图2所示。Shunt电阻将电机的相电流转化为相电压，经过RC低通滤波，偏置电压预置之后经过运放放大，输出给MCU（如TI的C28xx系列）内部12bit ADC。

　　对于RC低通滤波部分，该滤波器可显着减小功率部分的开关噪声，提高相电流检测精度。但是该滤波器并不能采用高阶滤波器，一是成本考虑，二是高阶滤波器虽然衰减效果更好，但是滤波器群延时也相应显著增加，限制了可检测相电流的最小PW占空比，降低FOC系统控制精度，一般来说，滤波电路不宜高于2阶，RC常数取在100ns到200ns之间。因为相电流方向可正可负，所以Shunt电压也带有极性，而一般MCU内部ADC并非双极性ADC，所以在滤波电路之后有一个电阻分压偏置电路将电压转化为单极性。经过一级放大器之后得到动态范围扩展至电源轨的信号，以提高信噪比。