pwm和foc控制的区别（深入浅出FOC矢量控制--第一步电流采样详解）

pwm和foc控制的区别（深入浅出FOC矢量控制--第一步电流采样详解）摘自电子发烧友网 霍尔电流传感器一般分为霍尔开环电流传感器和霍尔闭环电流传感器。霍尔开环电流传感器工作原理如下图所示： 霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控制电流IC，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势VH。霍尔电势VH的大小与控制电流IC和磁通密度B的乘积成正比，即： VH=KHICBsinΘ 霍尔电流传感器是按照霍尔效应原理制成，对安培定律加以应用，即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此，使电流的非接触测量成为可能。通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。

为了实现永磁同步电机的高性能FOC控制，需要实时采集电机的I_a I_b I_c三相电流。那么就需要对3相定子电流进行测量。这些测量可得到I_a、I_b和I_c的值。由于我们一般使用的电机三相绕组都是Y型连接，所以可通过以下公式计算出I_c：

I_a I_b I_c=0

所以只要采集I_a，I_b两相就可以了。当然，如果为了增加测量的可靠性，也可以对三相同时进行测量，这样通过算法的处理，可以增强系统的鲁棒性。但缺点就是成本更高，因为多了一路传感器。

那么采集电流的方式主要有哪几种呢？根据系统用途以及成本的不同，可以有不同的电流采样方式。电流采样的方式有很多种，包过三电阻采样，双电阻采样，单电阻采样，mos内阻采样，霍尔采样等等。由于本人做的产品大多为高压大功率产品，所以主要采用隔离的霍尔电流传感器方式。

霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控制电流IC，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势VH。霍尔电势VH的大小与控制电流IC和磁通密度B的乘积成正比，即：

VH=KHICBsinΘ

霍尔电流传感器是按照霍尔效应原理制成，对安培定律加以应用，即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此，使电流的非接触测量成为可能。通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。

霍尔电流传感器一般分为霍尔开环电流传感器和霍尔闭环电流传感器。霍尔开环电流传感器工作原理如下图所示：

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当原边电流IP流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压VS精确的反映原边电流IP。一般的额定输出标定为4V。

霍尔闭环电流传感器工作原理如下图所示：

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磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。 　　

具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。因此，从宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。

这里以南京中旭公司的HNC-50LAP霍尔闭环电流传感器为例，参数如下所示：

霍尔电流传感器参数表

从图中我们可以知道，此传感器额定测量电流为50A，输出电流为50mA，匝数比为1：1000，即霍尔电流传感器中通过的电流为1A时，输出的电流为1mA。由于霍尔电流传感器输出的小电流信号，因此我们需要增加采样电阻，把电流信号转化为电压信号，并对比信号进行放大。最终设计的霍尔电流采样电路原理图如下所示：

霍尔电流传感器采样电路

通过电路图分析可以知道，由于霍尔电流传感器输出的为小电流信号，所以通过精密电阻把此信号转化为了电压信号。然后再通过一个巴特沃兹二阶滤波器对信号进行了滤波以及放大，最后送入AD芯片进行采样，得到电流的数字量，然后通过DSP或者MCU进行后续处理。