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伺服控制系统广泛的应用在工业机器人、数控机床、电子制造、印刷机械、纺织机械等领域，在工业生产中发挥重要的作用。在工业机器人和数控机床等领域，响应速度快、转矩抖动小和精度高的伺服控制系统越来越关键。伺服控制系统的由位置环、速度环和电流环组成，电流环是内环，电流环的性能决定了整个控制系统的精度和响应速度。 一个影响电流环性能的因素是电流采样方式，目前主流的电流采样方式包括霍尔电流采样、隔离运放电流采样和隔离Δ-Σ 调制器电流采样。TI的隔离Δ-Σ 调制器 AMC1305的精度高、绝缘等级高和抗干扰性能强，广泛的应用在工业伺服、变频器和太阳能逆变器等领域。 AMC1305的电流采样方式如图1所示，AMC1305将电流信息转换为单线的数据流，该数据流通过DSP等控制芯片中的滤波器模块，还原得到电流信息。相比于前两种电流采样方式，隔离Δ-Σ 调制器用于电流采样，具有精度高和抗干扰能力强的优点。但是，隔离Δ-Σ 调制器的电流采样方式的带宽低，响应速度慢，当电机过载或短路时，需要较长的时间才能反映在电流数字量上，有可能会造成保护失效。 图1：AMC1305的电流采样示意图 为了提升AMC1305电流的采样方式的性能，兼顾电流环控制和过流保护功能，可以在DSP等控制器中，设置两组数字滤波器（见图2），一组具有较低的带宽和较高的精度，用于内部电流环控制；另外一组，具有较高的带宽和较低的精度，用于过流保护。 [url=https://e2echina.ti.com/cfs-file/__key/communityserver-blogs-components-weblogfiles/00-00-00-01-16/bb.png] 图2：一种兼顾电流环控制和过流保护功能的电流采样滤波器的方式 使用AMC1305的电流采样方式，通常采用Sinc3 滤波器提取电流信息，Sinc3滤波器的过采样率（Over Sample Rate，OSR）决定了电流采样的精度和带宽（见图3）。采用同样的滤波器结构，OSR和滤波器频率响应如图3 （a）所示，OSR越大，带宽越低。同样的滤波器结构下，不同OSR下的有效位数（ENOB）如图3（b）所示，OSR越大，ENOB越大。 [url=https://e2echina.ti.com/cfs-file/__key/communityserver-blogs-components-weblogfiles/00-00-00-01-16/cc.png][/url] 图3：Sinc3滤波器的OSR、带宽和有效位关系 AMC1305用于电流采样时，采用Sinc3滤波器，不同的OSR，电流采样的带宽和ENOB如表1所示。 表1：Sinc3滤波器的OSR、带宽和有效位关系 OSR | 256 | 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | Bandwidth/kHz | 20.7 | 40.9 | 82.4 | 164.2 | 330.2 | 663.5 | ENOB/bit | 14.2 | 13.6 | 12.1 | 9.8 | 8.1 | 4.8 |
通过以上分析，电流环对精度要求高，Sinc3滤波器的OSR设置为128或256，ENOB大于13位；过流保护功能对快速性要求高，Sinc3滤波器的OSR设置为8或16，响应带宽大于330kHz。 本文提出一种改进的隔离Δ-Σ 调制器电流采样方式的方案，该方案有以下优点： - 在满足了电流环控制的高精度要求时，满足了过流保护的快速性要求；
- 实现简单，无需改动外部电路
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