Σ-Δ轉(zhuǎn)換用于電機(jī)控制
2019-10-30 10:04:26
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【摘錄于EETOP， 來源：ADI 作者：Jens Sorensen】
?-&型模數(shù)轉(zhuǎn)換器廣泛用于需要高信號完整度和電氣隔離的電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用。 雖然Σ-Δ技術(shù)本身已廣為人知，但轉(zhuǎn)換器使用常常存在不足，無法釋放這種技術(shù)的全部潛力。本文從應(yīng)用角度考察Σ-Δ ADC，并討論如何在電機(jī)驅(qū)動中實現(xiàn)最佳性能。
簡介
在三相電機(jī)驅(qū)動中測量隔離相電流時，有多種技術(shù)可供選擇。圖1顯示了三種常用方法：一是隔離傳感器(如霍爾效應(yīng)或電流互感器)結(jié)合一個放大器；二是電阻分流器結(jié)合一個隔離放大器；三是電阻分流器結(jié)合一個隔離Σ-Δ ADC。
通常，Σ-Δ ADC針對的是需要高信號質(zhì)量和電流隔離度的變頻電機(jī)驅(qū)動和伺服應(yīng)用。隨ADC而來的還有解調(diào)和濾波，這些一般是由FIR濾波器(如三階sinc濾波器sinc3)處理。Σ-Δ ADC具有最低的分辨率(1位)，但通過過采樣、噪聲整形、數(shù)字濾波和抽取，可以實現(xiàn)非常高的信號質(zhì)量。Σ-Δ ADC和sinc濾波器的原理已廣為人知且有據(jù)可查。采用Σ-Δ ADC，用戶可以自由選擇sinc濾波器延遲或輸出數(shù)據(jù)保真度。抽取率較高時，延遲較長，但信號質(zhì)量較高；抽取率較低時則相反。這種靈活性對于電機(jī)控制算法設(shè)計十分有利。通常，算法的某些部分對延遲敏感，而對反饋精度較不敏感。其它部分適合在較低動態(tài)特性和較高精度下工作，但對延遲較不敏感。舉個例子，考慮圖7 (a)所示的常規(guī)比例積分控制器(PI)。 4, 5 P部分和I部分采用相同的反饋信號工作，意味著該信號的動態(tài)特性必須適合兩種控制路徑。不過，P路徑和I路徑可以分離，如圖7 (b)所示。由此還可以再前進(jìn)一小步，圖7 (c)顯示P路徑和I路徑分離，并且采用具有不同動態(tài)特性的反饋信號工作。
P部分的任務(wù)是抑制快速負(fù)載變化和快速速度變化，但精度不是主要考慮。換言之，低抽取率和短延遲的sinc濾波器對P部分有利。I部分的任務(wù)是確保穩(wěn)態(tài)性能穩(wěn)定且精確，它要求高精度。因此，高抽取率和較長延遲的sinc濾波器對I部分有利。這就產(chǎn)生了圖8所示的實現(xiàn)方案。本文所述的概念已在ADI公司的一個400 V電機(jī)控制平臺上得到實現(xiàn)和驗證。盡管缺少明確定義的采樣時刻，但Σ-Δ轉(zhuǎn)換可用來測量電機(jī)電流而不會有混疊效應(yīng)。本文所述技術(shù)可將sinc濾波器對PWM信號的脈沖響應(yīng)正確對齊。以PI控制器為例，本文說明可以調(diào)諧兩個并聯(lián)sinc濾波器來滿足控制算法的要求，從而改善帶寬和穩(wěn)態(tài)性能。
