ZHCU083I January 2013 – October 2021 TMS320F2802-Q1 , TMS320F28026-Q1 , TMS320F28026F , TMS320F28027-Q1 , TMS320F28027F , TMS320F28027F-Q1 , TMS320F28052-Q1 , TMS320F28052F , TMS320F28052F-Q1 , TMS320F28052M , TMS320F28052M-Q1 , TMS320F28054-Q1 , TMS320F28054F , TMS320F28054F-Q1 , TMS320F28054M , TMS320F28054M-Q1 , TMS320F2806-Q1 , TMS320F28062-Q1 , TMS320F28062F , TMS320F28062F-Q1 , TMS320F28068F , TMS320F28068M , TMS320F28069-Q1 , TMS320F28069F , TMS320F28069F-Q1 , TMS320F28069M , TMS320F28069M-Q1
单分流电流测量技术可测量电源电流,并且根据开关状态分别重新生成电机的三相电流。图 18-2 说明了单分流电阻在逆变器电路中的位置。
SVM 中有八个不同的开关选项。表 18-1 解释了每一种选项并显示了电压空间矢量的方向以及每种状态下可测量的电流。当开关状态为 0 和 7 时,仅存在循环电流,因而不能使用单分流技术测量电流。要合理使用单分流技术测量电流,必须同时考虑电流测量和开关状态。
开关状态 | AH | BH | CH | 矢量 | 测量 |
---|---|---|---|---|---|
0 | 0 | 0 | 0 | ● | 偏移 |
1 | 1 | 0 | 0 | → | Ia |
2 | 1 | 1 | 0 | ↗ | -lc |
3 | 0 | 1 | 0 | ↖ | Ib |
4 | 0 | 1 | 1 | ← | -la |
5 | 0 | 0 | 1 | ↙ | Ic |
6 | 1 | 0 | 1 | ↘ | -lb |
7 | 1 | 1 | 1 | ● | 偏移 |
图 18-3 显示了 SVM PWM 波形和生成的电流测量信号。这种情况下,IC 和 IA 的电流传导时间足够长,这样运算放大器的转换率和整个测量系统的稳定时间将具有足够长的时间进入稳定状态,以便 ADC 有足够时间对电流采样。如下文所述,使用单分流技术时,必须能够在允许的最短时间内测量电流。
在图 18-4 中,想象电压空间矢量绕圆圈逆时针行进。当空间矢量指向六边形的六个角时,电流采样对应的时间窗口将完全消失。在位于 0、60、120、180、240 和 300 度的区域内,只有一个电流可测量,其它两个电流必须通过另一种方式才能找到。
在图 18-5 中,空间矢量的指向非常接近 π/3,这会引起 IA 的电流测量窗口收缩。由于运算放大器的转换率和较长的稳定时间,IA 将被忽略并导致 FOC 控制器出错。解决此问题的一个方法是强制一个测量窗口保持足够长时间的打开状态,以便适应转换率和稳定时间。此方法的相关技巧说明如图 18-6 所示。最大占空比波形右移,最小占空比波形左移。这类 PWM 相移的优势是确保每个相位的电压波形不会失真。软件仍需对生成的电流波形进行补偿,即使电流测量窗口可根据需要调节大小,但最好还是保持该窗口尽可能小。当空间向量达到直流总线设置的电压限制时,信号相移可用的空间将很少。因此,为获得直流总线的最佳利用率并且能够稳定测量电流,要求所选的运算放大器具有超高压摆率和较短的稳定时间。
电流波纹是使用单分流技术时遇到的另一个问题。电机是电感和电阻电路元件,因此具有一个 R/L 时间常量。在图 18-3 所示的电流波形中,电机的电子时间常量较大,这会导致电流达到特定水平,并且测量电流 IC 和 IA 可被视为流入电机的平均电流。电机的 R/L 时间常量较小时,电流波形看起来更像锯齿波。此时,必须在尽可能接近总传导时间中间点的位置对电流采样,这样才能获得电机平均电流。这一过程将对所选运算放大器提出更加严苛的性能要求。
下面通过快速计算来了解需要哪些类型的运算放大器参数。首先,正常的 PWM 频率在 20kHz 左右,周期为 50µs。在 20kHz 时,当进入死区时间或者任何 PWM 非对称调整的时间为 0.5µs 或更长时间时,将出现电流失真。C2000 F2805xF 和 F2806xF 系列处理器具有 90MHz 时钟速度,能够转换为 45MHz ADC 时钟。最小采样窗口为 7 个 ADC 时钟周期或者 156ηs。考虑转换率延迟时,最差情况下的延迟是在 3.3V 最大电压转换期间。忽略稳定时间,可保持信号测量低于 0.5µs 的转换率为 3.3/344ηs 或 9.6V/µs。稳定时间约占此时间的一半,因此,为安全起见,运算放大器转换率应选择 20V/µs。