電流測量：逆變器電路的電流檢測方法

電機驅動用的逆變器電路使用經整流過的直流電源。如圖1所示，連接電機的 三相裝有向各個橋臂供電的電力器件（這里是IGBT）。根據采用的直流電壓及電流，電力器件有所不同。空調室外機（500V/20A）等 使用的是分立IGBT，冰箱壓縮機（500V/1A）使用的是可以用微控制器直接驅動的 IPD（Intelligent Power Device，智能電力器件）等。用于矢量控制的三相電機電流，有以下檢測方式。

圖1

?三分流電阻式

在各相的下臂晶體管和地之間安裝分流電阻，用運算放大器進行電壓放大，然后 通過微控制器的A-D轉換器進行測量。與雙電流傳感器式相比，成本低，但采樣時間 受限。

單分流電阻式

在逆變器的地線上串聯分流電阻，用計算放大器進行電壓放大，然后通過微控制器的 A–D轉換器進行測量。在一個PWM周期內，通過測量不同的2個輸出點，計算三相電流。

這種方式的成本最低，但是存在無法測量電流的時間，而且低速時這個時間會變長。?

雙電流傳感器（電流互感器 / 電流傳感器）方式?

這是3種方式中成本最高的一種，隨時能夠測量電流，而且有著不易受噪聲影響的優點。傳感器裝在三相電機驅動線中的二相上，剩余的一相電流通過下式計算：

Iu + Iv + Iw＝0

三分流電阻式

三分流電阻式逆變器電路如圖2（a）所示。各相的下臂晶體管和地之間安裝有分 流電阻，用運算放大器對其電壓放大后，通過微控制器的A-D轉換器進行電流測量。因為要減小發熱導致的損耗，使用0.1Ω的分流電阻。因此，產生的電壓很微 弱。如果使用0.01Ω的分流電阻，產生的電壓只有 0.01Ω×10A＝0.1V 需要用運算放大器進行放大。通過分流電阻檢測的電壓以地為中心，在正負間擺動。為了能用A-D轉換器測 量，要用運算放大器等對分流電阻的取樣電壓進行放大，轉換為2.5V傳感器的0～5V 信號，如圖2（b）所示。

圖2

?電流采樣時間

為防止三相的電流值因時間差變動，如圖3（a）所示，在相同時間采樣測量。另外，因為晶體管中的續流二極管（FWD），流出地的電流得以持續流動，而流入 地的電流取決于下臂晶體管的開通。因此，如圖3（b）所示，無論是怎樣的輸出占 空比，在電流檢測時間，下臂晶體管持續開通，自PWM計數器的三角波的波峰開始 采樣。

電流值計算方法 電機電流I U、I V、I W,可以根據流入下臂電力器件x、y、z連接的分流電阻Rx、 Ry、Rz的電流Ix、Iy、I z求得。檢測電流Ix、Iy、I z中，一個PWM的高電平輸出時間比 其他的短，有可能獲取不到正確的電壓。因此，通常不采用這相電壓，而是通過剩余 的二相電壓進行計算。根據三相驅動波形的相位θs區分的6個區段（圖4），電流檢測相各不相同。以各區段輸出效率最大的相進行計算。?

圖3

圖4

① 區段1（θs＝0°～60°）：

IV＝-Iy，IW＝-Iz，IU＝-IV - IW?

② 區段2（θs＝60°～120°）：

IW＝-Iz，IU＝-Ix，IV＝-IW - IU?

③ 區段3（θs＝120°～180°）：

IW＝-Iz，IU＝-Ix，IV＝-IW - IU

④ 區段4（θs＝180°～240°）：

IU＝-Ix，IV＝-Iy，IW＝-IU - IV?

⑤ 區段5（θs＝240°～300°）：

IU＝-Ix，IV＝-Iy，IW＝-IU - IV?

⑥ 區段6（θs＝300°～360°）：

IV＝-Iy，IW＝-Iz，IU＝-IV - IW

編輯：黃飛

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