在無刷電機(jī)控制系統(tǒng)中，準(zhǔn)確地采集電流信息對于實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的控制至關(guān)重要。LM324 無刷電機(jī)三電阻低端電流采樣電路是一種常用的電流采樣方案，下面我們將深入探討其原理、計(jì)算方法以及通過 Multisim 進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)。

 一、原理圖

  原理圖是理解電路工作原理的基礎(chǔ)，它清晰地展示了各個(gè)元件之間的連接關(guān)系和信號(hào)流向。在這個(gè)電路中，各元件協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對無刷電機(jī)相電流的采樣。

   二、VREF 電壓

理論計(jì)算方面，根據(jù)分壓原理，我們可以得到 V3/ 3.3V = R31 / (R31 + R30)。由于虛短特性，V3 = V2 = VREF。通過代入具體電阻值，如 R31 = 20Ω，R30 = 18Ω，可計(jì)算出 VREF = 20 / (20 + 18) * 3.33333V = 1.755V。VREF 電壓為后續(xù)的電壓計(jì)算和電流采樣提供了重要的參考基準(zhǔn)。

三、M_IA、M_IB、M_IC 電壓

根據(jù)電路中的電流關(guān)系和運(yùn)放的特性，我們可以得到 (VM_IA - V6) / R28 = (V6 - VGND) / R36，且 VM_IA = 3×V6。由虛短可得 V5 = V6，進(jìn)一步推導(dǎo)出 V5 = VA×R42 / (R41 + R42) + VREF×R41 / (R41 + R42) = 0.91VA + 0.159，VM_IA = 2.73VA + 0.477 <= 3.3V。當(dāng)下橋幾乎沒有電流通過，不帶電機(jī)測試時(shí)，可測得 VM_IA 為 0.48V。通過計(jì)算可知，VA <= 1.03V，Rshout = 0.05Ω，相電流最大采集 20A，IA = VA / Rshout <= 20.6A。我們需要建立相電流與 ADC 采樣值的關(guān)系，即 IA = 7.3×VM_IA - 3.5 = 7.3×VM_IA×3.3 / 4096 - 3.5 - offset，通過 ADC 采樣的值，經(jīng)過該數(shù)學(xué)公式計(jì)算，就可以得出當(dāng)前相電流的大小，進(jìn)而根據(jù)相電流進(jìn)行 FOC 變換。例如，用示波器采集采樣電阻兩端電壓值約為 0.7V 時(shí)，可計(jì)算出流經(jīng)采樣電阻的 IA 電流值為 14A。

四、V5

理論上，V5 = VA×R42 / (R41 + R42) + VREF×R41 / (R41 + R42) = 0.91VA + 0.159。當(dāng)下橋幾乎沒有電流通過，不帶電機(jī)測試時(shí)，可測得 V5 為 0.159V（569101213 引腳都為 0.16V）。

五、Multisim 仿真 —— 實(shí)驗(yàn)一

• 1.0A 時(shí)：0A 時(shí)，理論 V5 = 0.159V，VM_IA = 0.48V。
• 2.2A 時(shí)：當(dāng)電流為 2A 時(shí)，VA = 0.1V，理論 V5 = 0.91VA + 0.159 = 0.25V，VM_IA = 2.73VA + 0.477 = 0.75V。

六、Multisim 仿真 —— 實(shí)驗(yàn)二

根據(jù)公式 Vout = Vref + Rshunt Imax Aop，其中 Aop = Rout / Rin + 1，電流計(jì)算為 (ADC 原始值 / 4096 * 3.3 - Vref) / Rshunt / Aop。已知 Rout = 51K，Rin = 5.1K，Rshunt = 0.05Ω，Imax = 3A，Vout = 3.3V。

• 1.0A 時(shí)：當(dāng) Imax = 0A 時(shí)，Vout = Vref = 1.65V。
• 2.3A 時(shí)：當(dāng) Imax = 3A 時(shí)，理論 Vout = 3.3V，仿真電路 Vout = 3.154V，符合預(yù)期。