电流测量：逆变器电路的电流检测方法

电流测量：逆变器电路的电流检测方法

电机驱动用的逆变器电路使用经整流过的直流电源。如图1所示，连接电机的 三相装有向各个桥臂供电的电力器件（这里是IGBT）。根据采用的直流电压及电流，电力器件有所不同。空调室外机（500V/20A）等 使用的是分立IGBT，冰箱压缩机（500V/1A）使用的是可以用微控制器直接驱动的 IPD（Intelligent Power Device，智能电力器件）等。用于矢量控制的三相电机电流，有以下检测方式。

图1

 三分流电阻式

在各相的下臂晶体管和地之间安装分流电阻，用运算放大器进行电压放大，然后 通过微控制器的A-D转换器进行测量。与双电流传感器式相比，成本低，但采样时间 受限。

单分流电阻式

在逆变器的地线上串联分流电阻，用计算放大器进行电压放大，然后通过微控制器的 A–D转换器进行测量。在一个PWM周期内，通过测量不同的2个输出点，计算三相电流。

这种方式的成本最低，但是存在无法测量电流的时间，而且低速时这个时间会变长。 

双电流传感器（电流互感器 / 电流传感器）方式 

这是3种方式中成本最高的一种，随时能够测量电流，而且有着不易受噪声影响的优点。传感器装在三相电机驱动线中的二相上，剩余的一相电流通过下式计算：

Iu + Iv + Iw＝0

三分流电阻式

三分流电阻式逆变器电路如图2（a）所示。各相的下臂晶体管和地之间安装有分 流电阻，用运算放大器对其电压放大后，通过微控制器的A-D转换器进行电流测量。因为要减小发热导致的损耗，使用0.1Ω的分流电阻。因此，产生的电压很微 弱。如果使用0.01Ω的分流电阻，产生的电压只有 0.01Ω×10A＝0.1V 需要用运算放大器进行放大。通过分流电阻检测的电压以地为中心，在正负间摆动。为了能用A-D转换器测 量，要用运算放大器等对分流电阻的取样电压进行放大，转换为2.5V传感器的0～5V 信号，如图2（b）所示。

图2

 电流采样时间

为防止三相的电流值因时间差变动，如图3（a）所示，在相同时间采样测量。另外，因为晶体管中的续流二极管（FWD），流出地的电流得以持续流动，而流入 地的电流取决于下臂晶体管的开通。因此，如图3（b）所示，无论是怎样的输出占 空比，在电流检测时间，下臂晶体管持续开通，自PWM计数器的三角波的波峰开始 采样。

电流值计算方法 电机电流I U、I V、I W,可以根据流入下臂电力器件x、y、z连接的分流电阻Rx、 Ry、Rz的电流Ix、Iy、I z求得。检测电流Ix、Iy、I z中，一个PWM的高电平输出时间比 其他的短，有可能获取不到正确的电压。因此，通常不采用这相电压，而是通过剩余 的二相电压进行计算。根据三相驱动波形的相位θs区分的6个区段（图4），电流检测相各不相同。以各区段输出效率最大的相进行计算。 

图3

图4

① 区段1（θs＝0°～60°）：

IV＝-Iy，IW＝-Iz，IU＝-IV - IW 

② 区段2（θs＝60°～120°）：

IW＝-Iz，IU＝-Ix，IV＝-IW - IU 

③ 区段3（θs＝120°～180°）：

IW＝-Iz，IU＝-Ix，IV＝-IW - IU

④ 区段4（θs＝180°～240°）：

IU＝-Ix，IV＝-Iy，IW＝-IU - IV 

⑤ 区段5（θs＝240°～300°）：

IU＝-Ix，IV＝-Iy，IW＝-IU - IV 

⑥ 区段6（θs＝300°～360°）：

IV＝-Iy，IW＝-Iz，IU＝-IV - IW

编辑：黄飞