MC SDK V6.x 软件 HSO 功能 ADC 采样设计说明

发表于 2025-11-1 19:14

1. 前言
在最新的马达控制软件 MC SDK V6.x 中集成了新的无传感观测器算法 HSO（High Sensitivity Observer），这种观测器兼顾了马达高速，低速运行过程中的观测速度以及电机角度的准确输出，具有高灵敏度，是 ST 在无传感电机控制领域的又一项突破，最新的 HSO 观测器对电机控制的硬件有更多的要求，本文就 HSO 的硬件设计做必要说明。
2. HSO 控制框图
从下面框图上可以看到 HSO 算法基于电流以及端电压的输入，因此对于电流以及电压的采样对整个观测器输入尤为关键。

3. 电流采样硬件
三电阻或者单电阻的 Shunt 电流采样，需要采用开尔文连接方式，实际是个四线连接，主电流通过 Shunt 电阻，而辅助电流经过旁路进入运放，辅助电流可以忽略，这样主电流在 shunt 电阻上形成的电压真实反应到了测试端。

这个电路前端有滤波电路，滤波参数推荐为 300KHz，后面接入 ADC 部分可以适当滤波，当然需要注意滤波参数以及 ADC RAIN 的选择，后级滤波电容要靠近 MCU 管脚放置。参考电路如 B-G473E-ZEST1S 中所示的电流采样电路（截止频率 159KHz，15 倍放大，偏移电平 1.65V）连接。

4. 端电压采样硬件
端电压的采样是 HSO 算法需要的电路，要考虑对端电压的分压以及滤波电路，滤波截止频率推荐为 500Hz，参考电路如 STEVAL-LVLP01 中的端电压采样电路（最大端电压83.7V，截止频率 518Hz）。

5. 关于 HSO 采样 MCU 的 ADC 分配原则
因为要同时采样电流和端电压信号，强烈建议使用 2 个以上独立 ADC 模块进行采样，最好是有 3 个独立 ADC 模块，STM32G431 有两个独立 ADC 模块，STM32G491 有三个独立 ADC 模块，STM32G473 有五个独立 ADC 模块，这几个 STM32G4 芯片都可以符合采样要求。

5.1. 电流电压采样机制
一个 PWM 周波内需要有只是两个有效电流信号以及三相端电压信号，因此在一个 PWM 周波内会触发四次 ADC 采样，对于每个独立的 ADC 模块，取一个有效的电流值，取四个端电压值做平均。注意 ADC 端口的分配。这边会用到辅助 TIMER 做为 ADC 触发信号，辅助 TIMER 同步于PWM 信号，频率为 PWM 波的 4 倍，ADC 触发配置 CCR1 进行触发。

5.2. 三个独立 ADC 模块采样
分配给每个 ADC 模块都是一个电流信号，一个电压信号。

5.3. 两个独立 ADC 模块采样
两个独立 ADC 模块，一个 ADC 模块上分配 2 个电流信号，1 个电压信号；另外一个ADC 模块分配 1 个电流信号，2 个电压信号。

6. 总结
在使用 MC SDK V6.x 的 HSO 功能时候，因相电流和端电压都需要进行采样，对于ADC 采样硬件以及 MCU 管脚分配有一定要求，可以参考本文进行配置。

发表于 2025-11-3 11:45

该技术专为提升电机高速和低速运行时的观测精度与响应速度而设计

发表于 2025-11-3 14:12

HSO是一种无传感器观测器，通过电流和端电压信号实时估算电机转子位置和速度，兼顾高速与低速性能

发表于 2025-11-3 16:33

HSO作为ST在电机控制领域的重大创新，显著优化了传统无传感方案在极低速或高速工况下的观测稳定性问题

发表于 2025-11-3 19:03

适用于永磁同步电机等三相电机控制，尤其适合需要取消物理传感器以降低成本的场景

发表于 2025-11-3 21:19

需采用开尔文连接方式，确保主电流通过Shunt电阻时，辅助电流经旁路进入运放，真实反映电压信号

发表于 2025-11-4 07:43

推荐滤波参数为300KHz，后级滤波电容需靠近MCU管脚

发表于 2025-11-4 09:59

端电压采样：需分压及低通滤波，支持最大端电压83.7V

发表于 2025-11-4 12:16

每个PWM周期内需完成两次电流信号和三相端电压信号的采样，共触发四次ADC转换

发表于 2025-11-4 14:45

每个ADC模块负责1路电流 + 1路电压信号，避免资源竞争并提升并行处理能力

发表于 2025-11-4 17:08

HSO功能通过算法与硬件协同设计，实现了无传感器电机控制的高精度与宽速域覆盖，但需严格匹配采样电路与MCU资源

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