[参考译文] TIDA-01629：电流采样电路分析

您好 Tina、

感谢您的提问。 正确的是、我们需要确保需要考虑高于采样频率一半的高频噪声(如果存在)。 现在的问题是、对于闭环控制性能而言更重要的是：噪声、PWM 引起的电流纹波或相位电流感应放大器的低通滤波器引起的传播延迟。

让我们假设一个32kHz 和一个64kHz 电流控制环路来提供一个示例。 当您在伺服驱动器中写入电流控制环路时、它通常等于或两倍于 PWM 速率。

在这种情况下、我们执行电流控制器并每16us 对 PWM 进行一次双更新。 闭环电流控制的稳定性和可实现的带宽(用于快速瞬态扭矩响应)也取决于整个环路的相位延迟/传播延迟。 这包括 PWM 的传播延迟(双更新时为8us)、处理器(F28379D 等 C2000 MCU 可以执行 FOC、包括 A/D 转换小于1us)和相电流测量的传播/相位延迟。

当然、我们需要确保电流采样(通常在 PWM 的开始和中心进行采样以获得平均电流)准确、并且高于目标频带的噪声低于信号链的精度。 该噪声取决于单个设计。 通过在没有 PWM 开关发生时进行采样、我们实际上可以避免开关噪声。 采样中心对齐以及在 b/o PWM 下产生的另一个影响是、我们获得平均电流、当然只有在电流纹波很大时才会获得平均电流。 因此、我们避免了测量受到 PWM 频率下潜在电流纹波噪声的影响。

在我们的设计中、我们没有看到明显的高频噪声(在 INA240的2.5us 趋稳时间达到1%左右的精度之后)、我们也不想限制带宽来引入额外的延迟。 例如、20kHz 二阶低通滤波器会增加大约8us 的相位延迟。

如果系统具有高频噪声、我们当然会添加一个额外的低通滤波器、模拟或数字滤波器以及过采样。 我们的 C2000 MCU 具有高速 ADC、例如、我们可以以4MSPS 对电流信号进行过采样并应用后置数字滤波器。 在这种情况下、我们可以处理和抑制高达2MHz 的噪声、而无需额外的模拟 LP 滤波器。

第二个问题：

R=22和 C2.2nF 低通滤波器的初始设计为 TIDA-00913。 它旨在驱动 TMS320F28069M ADC、该 ADC 的开关电容值仅为1.6pF。 2.2nF 是大于1000的系数、因此我们可以将电荷转移到10位以上的精度(0.1%)、这通常已经足够好了。 如果这还不够、我们将增加 C2000 ADC 的采样时间、以便更好地趋稳。 对于具有14.5pF 开关电容器的 TMS320F28379D ADC、2.2nF 将是不够的、我们需要增加 ADC 的采样时间、以便 INA240将 F28379D ADC 开关电容器驱动为所需的系统精度、例如0.1%。 我们将再次访问此处、以使用 C2000 ADC 增加采样时间、但当然、如果这是不可接受或不需要的、我们可能需要添加一个驱动器运算放大器、如 OPA320。

如果这些方法对您不起作用、并且您具有或您具有更多噪声、 当然、正如您所写的、您需要降低无源一阶低通滤波器截止频率、甚至添加一个额外的、例如二级有源滤波器和快速运算放大器、以便以所需的稳定时间和精度驱动您的 ADC。

此致、
Martin Staebler