過流保護(hù)#

正常運(yùn)轉(zhuǎn)之后，理論上電機(jī)反電動勢等于電源電壓，電機(jī)繞組上的電壓等于電源電壓減去反電動勢等于零，但是由于存在鐵損，銅損和摩擦等，反電動勢不等于電源電壓，所以繞組上的電壓不等于零，有壓降。

相電流狀態(tài)：

1. 初始起步時(shí)候，磁場沒有切割，沒有有反電動勢，電機(jī)相當(dāng)于一個(gè)電感，相電流大，一般為額定電流的3-5倍。
2. 正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，磁場被切割，有反電動勢，相電流小

電機(jī)電流不能太大，類比電感飽和后，在磁滯回線上磁導(dǎo)率變小，電感變小，電流突然增大，可能燒毀元器件；而電機(jī)電樞勵磁太大，轉(zhuǎn)子的磁鋼就會退磁，甚至永久消磁，電機(jī)就不能用了。

電機(jī)退磁，電機(jī)輸出功率下降（一部分轉(zhuǎn)換為熱量），電機(jī)效率變小，在相同的負(fù)載下，就需要更大的輸入功率。而輸入功率增加，導(dǎo)致退磁和發(fā)熱更加嚴(yán)重，最終電機(jī)損壞。

因此我們需要監(jiān)控電機(jī)的電流，主要是一個(gè)過流保護(hù)作用。

單電阻電流采樣#

電流采集分為高端采樣和低端采樣。

高端采樣：對電壓有要求，在高壓場合需要隔離，成本高

低端采樣：無需隔離，成本低，但注意不能破壞原來的系統(tǒng)阻抗

三相逆變電路中，在60°電周期內(nèi)，只有一個(gè)下管導(dǎo)通，另外兩個(gè)不通電流為零。因此我們可以把三個(gè)下橋的電流采樣回路進(jìn)行一個(gè)合并。

采用需要注意的是，采樣電阻阻值不能太大，因?yàn)椴蓸与娮枳柚堤?，壓降大，影響了下橋?qū)動，并且功耗大，成本高。

那么什么時(shí)候有電流？

上橋載波為例，在下管開通時(shí)候，以M1-M6開通為例，又分為

1. PWM-on時(shí)，源是電源，電流流向?yàn)镸1->U->W->M6->檢流電阻->地
2. PWM-off時(shí)，源是繞組，電流流向?yàn)閃->M6->M2體二極管->U

可見，只有PWM-on時(shí)，檢流電阻上才有電流，但是相電流在PWM-off時(shí)并不為零，只是在減小。所以此時(shí)檢流電阻并不能完全反應(yīng)相電流。

例如：

檢流電阻上電壓和電流成線性關(guān)系。

BLDC的方波驅(qū)動，程序上不需要設(shè)置死區(qū)。因?yàn)樗绤^(qū)是防止上下橋直通，但是兩兩導(dǎo)通星型三相六狀態(tài)導(dǎo)通方式，每兩個(gè)導(dǎo)通相都存在懸空相，懸空相是下一狀態(tài)的導(dǎo)通相之一，因此有天然的死區(qū)。

當(dāng)存在死區(qū)時(shí)，由于6個(gè)mosfet全部關(guān)斷，所以繞組向電源充電，以U-W為例，電流流向W->M5體二極管->電源->地->檢流電阻->M2體二極管->U。但是一般死區(qū)時(shí)間很短，可以忽略。

所以，我們只需要在PWM-ON期間對電流進(jìn)行采樣，也只能在PWM-ON期間采樣。

單電阻檢測的缺點(diǎn)就是無法全時(shí)檢測電機(jī)電流，但是可以做過流保護(hù)，因?yàn)橹魂P(guān)心上升電流有多大，會不會超限。

但是后面做FOC控制的話，就需要全時(shí)監(jiān)控電流波形。我們需要清楚。

開關(guān)干擾#

上面分析是理想情況，但是由于mosfet的寄生電容（米勒效應(yīng)）與回路中電感成分存在，柵極電阻取值問題，波形更加復(fù)雜，在檢流電阻上升沿或下降沿可能存在振蕩現(xiàn)象。

例如：

經(jīng)驗(yàn)：

一般要求mosfet的平臺時(shí)間小于500ns（加大驅(qū)動電流和減小柵極電阻），否則管子容易發(fā)熱。但不要小于100ns，否則GS波形上會產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象。

這就對ADC采樣時(shí)間做出要求。我們在測量電流需要避開這個(gè)干擾區(qū)，需要知道干擾區(qū)的時(shí)間和MCU輸出PWM驅(qū)動信號到mosfet的延時(shí)。

系統(tǒng)延時(shí)是PWM輸入上升沿到mosfet的GS的平臺電壓的時(shí)間。大多數(shù)電機(jī)控制系統(tǒng)在2-3us。

這包含了運(yùn)放延時(shí)，所以也對運(yùn)放的壓擺率做出要求。

考慮占空比小的情況：三電阻采樣#

單電阻采樣弊端，因?yàn)橹荒茉赑WM-on期間采樣，不能實(shí)時(shí)反應(yīng)相電流，也決定了這種方式不能用于占空比小的情況：干擾區(qū)和高電平時(shí)間可以相提并論的時(shí)候，因?yàn)橹荒茉赑WM-on期間采樣，在系統(tǒng)延時(shí)下，PWM-on期間我們就避不開干擾區(qū)采樣，甚至采不到檢流電阻上波形。
如果占空比太小需要采集電流，解決方法就是在每個(gè)橋臂加上檢流電阻，單獨(dú)采集每相電流。
例如：

為什么只加入兩個(gè)橋臂檢流電阻？
因?yàn)楦鶕?jù)基爾霍夫電流定律，每個(gè)時(shí)刻都存在
I_U+I_V+I_W=0
所以只要知道其中兩個(gè)橋臂電流就能知道另外一個(gè)橋臂電流。
以上橋載波，U-V相導(dǎo)通為例：

1. 上橋PWM-on期間，電流流向?yàn)镸1->U->V->M4->R38->R40->地，R38和R40串聯(lián)電流大小和方向一樣
2. 上橋PWM-off期間，電流流向?yàn)镸4->R38->R37->M2體二極管->U，R37和R38串聯(lián)電流大小一樣，電壓方向相反，R38上正下負(fù)，R37下正上負(fù)。
   

這樣就可以全時(shí)反應(yīng)相電流。
當(dāng)然這里只是按照理論畫出來表明意思，實(shí)際波形沒這么漂亮。