FOC控制电流采样该如何设计
今天有个朋友问到我FOC的采样电路该如何设计，这个问题其实对于很多工程师来说，确实很简单，但是对于某些小白也是有点难以理解，下面他提到的一些问题也给大家分享一下该如何设计：方案介绍：APM32F035（Geehy 电机专用M0+）+ DRV8313(TI 电机专用驱动，内置gate driver+ MOS)，电机控制方式：无感FOC。
问题1：运放的偏置电压：疑问：为什么设置成1.65V，能否设置成3.3V？
关于这个问题，我们首先要了解这个电路的作用：FOC控制我们的基准电压需设定为VDD/2，因为我们电机运行时，反馈电流为正弦波，电流经过采样电阻得到一个比较小的电压，然后经过运放放大至0~3.3V范围内，我们的基准目的为了电流输出的正弦波刚好能落在以VDD/2为基准的正弦波，这样的波形有利于FOC算法计算。
问题2：总电流检测电阻能否去掉？因为去掉后，运放采样回路走线更加简单。
我们设计FOC控制板，比较常用的控制方式是双电阻采样，即采集UV两相的下桥臂电流，算出W相下桥臂电流，也可以采用只检测三相总电流，然后对电流进行重构获取对应的U-V-W三相三个下桥臂的电流。如果我们省去总电流检测会有什么问题或影响呢，我们将无法获取W相电流情况，若W相出现过流现象，我们无法通过软硬件获取到电流的信息，存在无法检测的损坏的风险电。因此，我们设计电机驱动板时，条件允许的话，建议保留总电流采样（不一定要检测总电流大小，但可以保留硬件过流/短路保护检测）。
在U相、V相和W相的下桥臂分别串联一个电阻，直接采样三相电流，提高采样精度和可靠性。 采用数字滤波算法，如滑动平均滤波、卡尔曼滤波等，去除采样数据中的噪声和干扰，使控制算法获得更准确的电流信息。 在PWM周期的开始处进行采样，此时上桥臂关断，下桥臂导通，可以准确采样到相电流。 通过运放加偏置电压，将电流信号转换为电压信号，便于ADC采集。 在直流母线处放置一个采样电阻，通过检测母线电流，并结合逆变器的开关状态，重构出电机的三相电流。 在采样信号进入 ADC 前添加滤波电路，如 RC 低通滤波器，去除高频噪声和干扰，提高采样信号质量。但要注意避免过度滤波导致信号失真。 分辨率越高，ADC 检测电流变化越细微，控制精度越高，一般建议选择 12 位及以上分辨率的 ADC。 对于直流无刷电机，一般也是将采样电阻放在逆变器输出端和电机绕组之间。 电阻值应根据电机的最大电流和ADC的输入范围来选择 完成硬件和软件设计后，进行系统调试和优化，通过实际测试调整参数，确保电流采样的准确性和稳定性，实现高效、精确的 FOC 控制。 在FOC控制中，电流环是最重要的控制环节，使用PI控制器对Id和Iq进行控制 使用运放电路将采样电阻上的电压信号抬高并放大到ADC的输入范围内。 采样电路保护 选择合适采样时刻可避免 PWM 开关噪声影响，常见的是在 PWM 波的中心或边缘采样，具体取决于电机驱动电路和控制策略。 采用数字滤波算法，如滑动平均滤波、卡尔曼滤波等，去除采样数据中的噪声和干扰，使控制算法获得更准确的电流信息。 用于放大采样电阻两端的微弱电压信号，使其达到 ADC 可采集范围。 阻值的选择要平衡采样精度和功率损耗。阻值过小，采样电压信号弱，对后续信号放大和处理电路要求高；阻值过大，功率损耗增加，可能影响系统效率。通常可根据电机额定电流和预期的采样电压范围来确定，一般在毫欧级别。 用霍尔传感器、编码器或状态观测器获取电机的实时角度，用于Park变换和SVPWM生成。 电阻值不能过大也不能过小。如果电阻值过大，会在电流流过时产生较大的压降，导致额外的功率损耗。
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