原创 [博客大赛]PMSM电机相电流采集电路设计笔记

2013-10-9 11:20 3699 10 10 分类: 汽车电子

 

 

PMSM电机相电流采集电路设计笔记

设计需求:

    使用FOC控制永磁同步电机,需要采集电机电流,至少需要2路相电流;相电流的电流在电机运转的过程中,电流方向会发生改变,是交流的电流信号,需要在电路上做进一步的处理,然后送到单片机AD进行采集。

电路设计:

    单片机只能采集0-5V之间的电压信号,我们使用闭环的霍尔电流传感器采集电流(0-50A),LEM的LA58-P传感器在50A量程时,副边感应的电流为50mA,选择50ohm的匹配电阻,使得电流信号的幅值在-2.5~+2.5V之间,故需要设计电路使电流信号叠加一直流分量,使结果在0-5V之间,以便于单片机采集,设计电路如下:

1)    电路设计1:

 

1.jpg

常规的交流信号处理一般采用双电源供电的运放,直接采用运放求和电路使得U0 = Ui + 2.5V:

参数计算:

(1/2Vcc-UP)/R5 + (Vi-Up)/R4 = Up/R9      (1)

UN/R2 = (U0-UN)/R3                       (2)

UN = UP                                 (3)

    联立方程组,可求得上述图中的参数值。

该电路需要使用双电源供电,电路和成本较复杂!为了较小误差,最好选择轨对轨的运放,运放的失调电压尽量小。使用Multisim仿真的结果如下:

 

1.jpg

上述电路进行过实际测试验证!实测的结果和模拟仿真的结果稍有偏差,主要是NE5532不是轨对轨的运放,接近5V时,直接钳位到了4.5V左右,低压时不能输出到0V左右,大约0.6V就钳位了。

    为了减小成本,我们试图省掉给运放提供1/2Vcc偏压(偏压电阻为10K)的片子时,发现:结果异常:

 

1.jpg

 

将2.5V偏压电路的分压电阻改成100K,测试结果:

 

1.jpg

结果变成跟随的效果了,没有叠加上直流分量!

原因分析:应该是2.5V偏压的电压源的输出阻抗过大导致!查找原因:将2.5V的偏压电阻改成10ohm后,模拟的结果如下:

 

1.jpg

    现在看来,问题明朗了,2.5V偏压源和输入信号源是并行输入的,需要较低的输出阻抗才可以正常工作,在2.5V偏压源高阻抗时,信号直接加在了运放的同相端。

2)    电路设计2:

 

1.jpg

    在电路1的基础上,为了减小成本和电路的复杂度,我们考虑使用单电源轨对轨的低噪声的运放,设计电路如上。

    参数计算:

              UP=Vcc * R15/(R14+R15)             (1)

              UP=UN                           (2)

              (UI-UN)/R12 = (UN-U0)/R11           (3)

    假设R12=R11=2K,则R16=R11//R12,联立方程组,求解:

              U0 = 2 Vcc * R15/(R14+R15) - UI

    我们需要叠加2.5V的直流分量,所以2 Vcc * R15/(R14+R15) = 2.5V

    故,我们选取:R15=33K,R14=100K

    当然,使用电路1中所示的偏压电路最为理想了。

    使用Multisim仿真,结果如下:

 

1.jpg

    注意:输入和输出反向了,使用时需要在软件中反相一下!

3)    电路设计3:

    在电路2的基础上,为了减小软件的复杂度,我们打算使得输出和输入的结果完全同相且单位增益输出,设计电路如下:

 

1.jpg

    参数计算:

              UN = U0 * R18/(R18+R19)              (1)

              UP=UN                               (2)

              (UI-UP)/R10 = (UP-1/2Vcc)/R13         (3)

    联立方程组,假设R13=R10=1K,可求得上述参数值

              U0 = 1/2(UI +1/2Vcc) * (R18+R19)/R18

    若R18=R19 =1K,则U0 = UI +1/2Vcc

    使用Multisim仿真,结果如下:

 

1.jpg

 

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