因为成本和尺寸的原因，现在的电机控制器是逐渐高度集成化，小尺寸化。霍尔电流传感器或者电流采样芯片因为其高成本，使用是很受限制的。

(资料图片仅供参考)

天价电流传感器

所以，如下图的下桥臂双电阻或者三电阻采样方式是逐渐流行起来了。考虑到采样信号是共地的，所以省去了隔离电路，加上MCU大多内置运放，所以整个电路的集成度很高。

下桥臂三电阻采样

像电动自行车这类产品，为了追求极致的尺寸，哪怕会引入谐波，也会考虑使用单电阻采样。

在无感FOC 控制算法里，因为位置估算和电流环都需要用到电流反馈值，所以电流采样对整个无感FOC的性能息息相关。在采用下桥三电阻采样方案时，如果没有精确的采样相电流，电机会产生较大噪音，运行效率低，极限速度低甚至无法工作。

方法简介

下桥臂双电阻和三电阻采样，必须在对应的下桥臂开通才可以，否则该桥臂电阻上没有流过电流，采样失败。

到了高速或者弱磁区，下桥臂开通的脉宽会越来越窄。最小脉宽的宽度越大，那么采样点距离MOSFET开关噪声越远，但是最大占空比不足，导致整个电机的极限速度或者最大力矩不理想，无法充分利用直流电压。

如果最小脉宽尽量减小，最大输出电压有所提高，但是采样点离MOSFET开关点很近，容易采样到噪声导致无法工作。

传统的方法是限制 调制率，在三相下桥臂的中点采样触发电流采样。就是限制最大占空比，牺牲了直流电压的利用率。一般来说，以M0为例，因为ADC的采样率和转换时间不会很快，一般一个通道采样加转换，对时钟降额使用大概是1us。所以采样3个通道需要3us，那么中间零矢量的时间起码要选5us以上，如下图即T1的最小宽度。

其中 Tminwidth=Tdeadtime + Tdelay + Tadc_sample。Tdeadtime 为死区时间，Tdelay 为 IGBT/MOSFET 导通延迟时间，Tadc_sample 为 ADC 采样三通道电流所需时间。所以Tminwidth=6us。

假设开关频率20k，开关周期50us，那么最大占空比只有(50-6)/50=88%.

T1代表零矢量

有些厂家的方案会略微修改一下，比如上图中T1/T2/T3，当T1

以上方法是比较稳妥，但是没有最大限度地输出有效电压，中间T1的零矢量是没有有效电压输出的。

本人提出三种方法，一种源自某半导体厂商，一种受到单电阻采样的启发想到。

方法一

设定Tminwidth = 5us的前提下，所有采样情况分析如下：

在PWM右边采样

1，当T1 >= Tminwidth, 在T1的中间触发U/V/W三相采样或者脉宽相对更快的U/V采样。

2，当T1 < Tminwidth, 当T2 >= Tminwidth, 在T2的中间触发UV两相采样。此时W相没有开通，所以只能选择触发UV采样，或者仍然使能UVW采样，但是W相采样结果舍弃。

3， 当T1 < Tminwidth, 当T2 < Tminwidth, 在T3范围内触发U相采样。此时只有U相开通，所以V/W采样的结果是无效的，因为桥臂电阻并没有流过电流。那么这种情况下要么对采样到的电流作 低通滤波，要么V相或者W相使用上一拍采样的电流。

该方法可以把占空比开到100%。

第3种情况下，必须考虑用上一拍的电流当作本拍电流使用，或者考虑低通滤波滤掉采样的错误信号，引入相位延时。

在情况2和情况3的时候，在线修改采样触发点，当前写入寄存器，下个开关周期生效。

同时两次采样的时间间隔不再固定，那么FOC的计算时间就必须缩短了。否则第3种情况因为扇区切换，到下一开关周期切换到第1种情况，FOC的计算时间必须限制在开关周期的75%以下。根本原因，还是第3种情况下触发ADC采样太晚，导致留给FOC计算的时间不足。

优点：

1、最大占空比100%

缺点：

1、FOC计算时间受限，不能超过中断周期的75%

2、ADC必须支持在线切换采样点，延时一个开关周期生效

3、某些情况下必须用上一拍电流替代当前电流，引入相位延时。或者用低通滤波滤除噪声

方法二

方法二是在第一种方法的基础上有一些启发，主要是第2，第3种情况的优化。处理方式如下：

1，当T1 >= Tminwidth, 在T1的中间触发U/V/W三相采样或者脉宽相对更快的U/V采样。

2，当T1 < Tminwidth, 当T2 >= Tminwidth, 在T2的中点触发V相采样，在T3的中点触发U相采样。

这种方法和T2中点触发UV采样的方式相比，对T2的宽度可以更窄，因为T2整个宽度内只采样1个ADC通道。如果采样2个ADC通道，那么宽度要增大起码1us。

3， 当T1 < Tminwidth, 当T2 < Tminwidth, 把T2往右边 移动，移动的增量是(Tminwidth-T2)。

从而可以实现在T2范围内触发1次对V相的采样，然后在T3中点触发对U相的采样。

该方法可以把占空比开到 100%，不用考虑用上一拍的电流当作本拍电流使用，也不用考虑低通滤波滤掉采样的错误信号。尤其不会引入相位延时。

移动T2也会存在问题，因为可能导致V相开通点超过了PWM比较值的顶点，所以当V相计算的占空比不大到时候，就不光要移动可能导致谐波，还有可能改变V相的导通宽度，同时T1还有可能往左移动。

这一类极端情况下，可能会移动VW两相的开通脉冲，同时还要改变V相的导通宽度，引入一定谐波，和单电阻比较类似了。

缺点就是采样方式和单电阻类似，在情况2和情况3的时候，一个开关周期内必须触发2次ADC采样，上个周期计算触发点写入寄存器，下个开关周期就生效。

同时两次采样的时间间隔不再固定，那么FOC的计算时间就必须缩短了。否则第3种情况因为扇区切换，到下一开关周期切换到第1种情况，FOC的计算时间必须限制在开关周期的 75%以下。

优点：

1、最大占空比100%

2、不需要用上一拍电流替代当前电流，没有相位延时

缺点：

1、FOC计算时间受限，不能超过中断周期的75%

2、ADC必须支持在线切换采样点，延时一个开关周期生效，一个周期内触发2次ADC采样。

3、第2种情况有移相，类似单电阻采样，引入电流谐波，甚至改变导通宽度。

方法三

方法三和在传统的方法比较类似， 固定点采样，但是占空比在某些情况下可以达到100%。

1，当T1 >= Tminwidth, 在T1的中间触发U/V/W三相采样或者脉宽相对更快的U/V采样。

2，当T1 < Tminwidth, 当T2 >= Tminwidth, 强制T1=0, 在T2中点对UV相触发采样。

3， 当T1 < Tminwidth, 当T2 < Tminwidth, 强制T1=0, 强制T2=Tminwidth, 在T2中点对UV相触发采样。

该方法可以把占空比开到 100%，比如强制T1=0, 就是强迫实现了100%占空比。因为T1较小的时候，如果中点固定采样，肯定会受到T1开关动作的影响。这种情况下规避开关噪声，只能强制T1是不存在的，即W相下桥不导通，一直关闭。这样子UV两相就能在足够的采样宽带下实现采样。

情况3也是类似的原因，解决了T1，当T2不够，只能给T2强制最小宽度，没有宽度就创造宽度，强制触发采样。

用考虑用上一拍的电流当作本拍电流使用，也不用考虑低通滤波滤掉采样的错误信号。尤其不会引入相位延时。固定采样点，配置也简单。

缺点就是在某些情况下，强制改变了T1和T2的宽度，虽然没有引入谐波，但是改变了目标输出电压。

因为是固定采样点，所以FOC计算时间没有特殊限制。

优点：

1、最大占空比100%

2、不需要移相，不需要在线改变采样点，对FOC计算时间没有限制。

缺点：

1、极限速度下会改变T1和T2的实际值，导致实际输出电压和目标电压存在偏差