在電機驅(qū)動的FOC控制開發(fā)過程中，您是否遇到過電機噪聲過大、效率偏低甚至無法運轉(zhuǎn)的情況？這一切有可能源于相電流的采樣異常，從而導(dǎo)致FOC算法中無法重建正確的三相電流！小編這里給大家分析影響電流采樣的一個因素——延遲源！

1. 引言

在雙電阻采樣的電機驅(qū)動FOC控制中，采樣點設(shè)置為驅(qū)動橋下管打開的中間時刻。注意，這里是驅(qū)動橋下管打開的中間時刻，而不是MCU輸出的PWM周期中間時刻。因為從MCU計算生成PWM到電流信號送入MCU的ADC模塊，這個典型的驅(qū)動拓撲中，存在多達七個延遲源！

2. 延遲類型及典型時間

下面表格詳細指明了電機驅(qū)動系統(tǒng)拓撲中存在的七個延遲源及其典型的時間。這些延遲將疊加在一起，產(chǎn)生的影響是：實際輸出PWM波形滯后于MCU計算預(yù)期輸出的PWM波形，按照這個計算，相電流采樣點需要滯后于MCU計算預(yù)期輸出的PWM波形的中間時刻。

3. 延遲源詳細分析

3.1PWM死區(qū)時間插入

在三相無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)中，需要三個橋臂來控制相線電流流向，在每個橋臂上有兩個功率器件，如MOSFET、IGBT。這一對功率器件不能同時導(dǎo)通，否則就會出現(xiàn)短路的情況。這里以MOSFET作為功率器件來說明。在控制中，必須插入死區(qū)時間以確保上部和下部MOSFET不會同時處于打開狀態(tài)。死區(qū)時間的典型值可能在100ns到2μs之間，具體取決于系統(tǒng)中的各種因素，如MOSFET驅(qū)動電壓、MOSFET型號。

在所需的PWM波形插入死區(qū)時間之后，我們得到的是PWM中點和上升沿都向右移動。因此，在FOC控制算法計算出適當?shù)腜WM之后，我們立即開始看到第一個延遲，即死區(qū)時間。

3.2光耦延遲和預(yù)驅(qū)動器延遲

在MCU控制FTM模塊輸出PWM波形到MOSFET柵極受控制的那一刻之間，各種光電耦合器和預(yù)驅(qū)動器的信號響應(yīng)導(dǎo)致了額外的延遲。

與MCU引腳輸出的波形相比，預(yù)驅(qū)動器的輸出延遲了一段時間（Delay1）。

3.3晶體管開關(guān)延遲

經(jīng)過預(yù)驅(qū)動器后，PWM波形到達MOSFET晶體管，但由于其固有特性，所有晶體管都需要一定的時間導(dǎo)通和截止。根據(jù)晶體管類別及導(dǎo)通/截止之間切換所需要的電壓電平，此延遲時間有所不同。

Delay2為相線電壓理論切換點（CMP2）與實際切換點的時刻之間的整個延遲。

最后，柵極電壓到達了能令晶體管導(dǎo)通的程度，電流通過相線和采樣電阻，在采樣電阻兩端產(chǎn)生電壓差，紅色波形為理想狀態(tài)下的相電流波形。此時與MCU計算生成的PWM周期中點存在延遲總時間如圖中“相電流中點移位”。

3.4其他延遲

如下圖所示，影響電流采樣的最后延遲鏈是由放大器轉(zhuǎn)換速率、MCU引腳上的低通濾波器和ADC轉(zhuǎn)換速率構(gòu)成的。圖中用紅色圓圈標記的時刻為正確的電流采樣時刻，可以看出，與FTM輸出的PWM中點相比，相電流采樣點大大延遲。

4. 結(jié)語

所有的電子電路中，都會存在信號的延遲問題。信號延遲不可能被完全消除，但可通過選用低延遲的器件以減小影響。

在電機驅(qū)動中，除了選用合適的器件外，還需要對信號延遲進行軟件補償。文中提及的這些延遲源的精確延遲時間，我們可以通過示波器和計算得出，在軟件上補償這些延遲，才可得出正確的電流采樣時刻。這樣在正確的時刻采集到的數(shù)據(jù)才能作為FOC控制中重建電機三相電流的數(shù)據(jù)來源。