【導讀】以磁場定向控制算法為基礎的高能效三相變頻器廣泛用于各類交流電機驅動應用中。FOC算法需要精確檢測三相電流，Shunt電流檢測電路因其成本低精度較高取得了廣泛應用。本文將探討shunt電流檢測電路設計及不同Shunt電流檢測電路對運算放大器的要求。
隨著諸如能源之星等節能標準在家電，醫療，電動車等市場的接收和推廣，以磁場定向控制（FOC）算法為基礎的高能效三相變頻器廣泛用于各類交流電機驅動應用中。FOC算法需要精確檢測三相電流，Shunt電流檢測電路因其成本低精度較高取得了廣泛應用。本文將探討shunt電流檢測電路設計及不同Shunt電流檢測電路對運算放大器的要求。
磁場定向控制算法通過一系列的前向Clarke運算和Park運算將檢測得到交流電機的三相相電流處理，間接得到轉矩分量和磁通分量，經過經典的PI算法對其進行精確控制，從而保證電機能以最佳的扭矩高效運行，實現精確的速度變化控制，算法框圖如圖1。由此可知，相電流檢測的精度是決定整個電機控制性能的一個重要因素。一般來說，相電流檢測共有閉環霍爾，Shunt電阻，開環霍爾三種方式。Shunt電阻因其精度較高（全溫范圍校正后精度2%至5%），成本低而得到廣泛應用。
Shunt電流檢測電路設計
常用的Shunt電流檢測電路如圖2所示。Shunt電阻將電機的相電流轉化為相電壓，經過RC低通濾波，偏置電壓預置之后經過運放放大，輸出給MCU（如TI的C28xx系列）內部12bit ADC。
對于RC低通濾波部分，該濾波器可顯著減小功率部分的開關噪聲，提高相電流檢測精度。但是該濾波器并不能采用高階濾波器，一是成本考慮，二是高階濾波器雖然衰減效果更好，但是濾波器群延時也相應顯著增加，限制了可檢測相電流的最小PW占空比，降低FOC系統控制精度，一般來說，濾波電路不宜高于2階，RC常數取在100ns到200ns之間。因為相電流方向可正可負，所以Shunt電壓也帶有極性，而一般MCU內部ADC并非雙極性ADC，所以在濾波電路之后有一個電阻分壓偏置電路將電壓轉化為單極性。經過一級放大器之后得到動態范圍擴展至電源軌的信號，以提高信噪比。
