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车用空调压缩机控制器

传统汽车的压缩机由发动机直接驱动,在电动汽车中由于发动机的取消,因此也要改为电机驱动。永磁同步电机简称PMSM电机,采用正弦电流工作方式而具有的高效率和优良的调控性无疑是电动汽车空调压缩机驱动电机的最佳选择。PMSM电机由电机和控制系统两部分构成,控制系统是PMSM电机的核心,其控制算法的设计水平和控制程序编制的好坏直接关系到PMSM电机的工作性能 实时检测电机线圈的相电流,母线电流,实现电机的闭环控制;最终达到按照电动汽车空调系统的需求压缩机驱动器控制电动压缩机进行运转和无极调速。
 
电机的电流检测
Shunt电流检测电路如图1所示, Shunt电阻将电机的相电流转化为相电压,经过RC低通滤波,偏置电压预置之后经过运放放大

                                     图1

  • 对于R1,C1低通滤波部分,该滤波器可显着减小功率部分的开关噪声,提高相电流检测精度。但是该滤波器并不能采用高阶滤波器,一是成本考虑,二是高阶滤波器虽然衰减效果更好,但是滤波器群延时也相应显著增加,限制了可检测相电流的最小PWM占空比,一般来说,滤波电路不宜高于2阶, RC常数取在100ns到200ns之间。


  • 因为相电流方向可正可负,所以Shunt电压也带有极性,而一般MCU内部的ADC并非双极性ADC,所以在滤波电路之后R2, R3组成电阻分压偏置电路,将电压转化为单极性。经过一级放大器之后得到动态范围扩展至电源轨的信号,以提高信噪比。


  • 影响Shunt电流检测精度的因素主要来自于Shunt电阻精度及其温漂,偏置电压及其运算放大器非线性误差及其温漂。可见,要想提高Shunt电流检测精度,一颗性能较好的运算放大器必不可少。



车用空调压缩机控制器中运放的选择
 
一般采用2-Shunt用于相电流检测,再用1-Shunt用于母线电流检测电机控制中, 比如PWM以10KHz为例,一个PWM周期为100us。电机控制系统中最小PWM占空比常定义为5%,所以相电流检测窗口时间最小为100us×5%=5us。而在程序控制中ADC采样时刻常控制在这个相电流检测窗口正中间,所以对于Shunt电流检测电路来说,必须在ADC采样时刻之前稳定,完成电压信号的建立稳定。此时间主要包含两个时间,上升沿时间(Tsr,由运放的压摆率决定) 和稳定时间(Tset)。假设上升沿时间占相电流检测窗口的20%,即20%×5us=1us,那么对于一个3.3V的MCU,运放最小压摆率SR=3.3V/1us=3.3V/us。同时运放的带宽应远大于PWM频率,至少10倍以上。
对于2-Shunt电流检测来说, 2个Shunt电阻分别置于2相,如A, B,那么C相电流就可以通过2相电流计算出来。

LTC728 是一颗四通道精密运算放大器,11MHz增益带宽积;8nV/√Hz的噪声谱密度;集成RF/EMI滤波器;最大输入失调电压500uV, 能够更好的较小测量误差,从而电机的启动,运行更加平稳;11V/uS的压摆率和0.34uS的稳定时间,以保证能跟上电机的电流变化。

  • 其中2个通道用于相电流的检测
  • 其中1个通道用于母线电流的检测
  • 其中 1个通道用于偏置电压的缓冲器


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