一、电流采样分类

由下图可知，采样电阻的位置不同，电流采样分为输出电流采样、下桥电流采样、母线电流采样。

输出电流采样

定义：输出电流采样是指对电机定子绕组或转子绕组（对于内转子永磁同步电机）输出的电流进行测量。这部分电流直接反映了电机内部电磁力的产生和电机转矩输出情况。

下桥电流采样

定义：在三相逆变器中，下桥电流采样是指对连接到电机绕组且靠近地端的功率开关器件（如IGBT、MOSFET等）支路的电流进行测量。逆变器下桥臂负责为电机绕组提供负半周电流。

相比于输出电流采样，其仅在零矢量时刻进行电流采样，因此以SVPWM为例，下桥电流采样其在高调制比可能存在采样盲区，此时需要 PWM移相 或者 电流重构估计 或者 电流预测。同时还需要根据PWM调制比调整采样点的位置，以最大化电流采样信噪比，躲避开关噪声的影响。

母线电流采样

定义：母线电流采样是指对连接逆变器与电源（如电池、电网等）的直流母线上的电流进行测量。母线电流代表了流入逆变器的总电流，反映了整个系统的功率流动情况。

相比于输出电流采样，其仅在有效矢量时刻进行电流采样，因此以SVPWM为例，母线电流采样其在低调制比和调制扇区切换区域可能存在采样盲区，此时需要 PWM移相 或者 电流重构估计 或者 电流预测。同时还需要根据PWM调制比调整采样点的位置，以最大化电流采样信噪比，躲避开关噪声的影响。

二、电流采样指标

电流采样作为电机控制系统中关键的信号采集环节，其性能直接影响到电流控制的精度、系统的稳定性和安全性。以下是对电流采样关键指标的综述：

1. 白噪声：

   • 定义：白噪声是指在一定带宽内，所有频率成分具有相同能量密度的随机噪声，表现为采样信号中无明显规律的随机波动。
   • 影响：白噪声会降低电流采样的信噪比，影响电流控制的精度，特别是在低电流水平下可能导致误判或控制不稳定。
   • 评估与对策：通过测量电流采样信号的功率谱密度，评估白噪声水平。采用低噪声电流传感器、优化信号调理电路、增加滤波器等措施降低白噪声影响。

2. 增益偏差（含相间）：

   • 定义：增益偏差是指电流采样系统的实际增益与理论增益之间的差异，通常以百分比表示。
   • 影响：增益偏差导致采样电流值与真实值之间存在固定的偏移，影响电流控制的准确性，可能导致电机转矩或磁链控制不准。
   • 评估与对策：通过校准实验确定实际增益，并在控制器中进行补偿。定期进行系统标定，以监测并修正增益偏差。

3. 采样精度：

   • 定义：采样精度是指电流采样系统测量电流值的绝对误差限，通常用满量程范围的百分比表示（如±0.5% FS）。
   • 影响：决定了电流控制的分辨率和精度，直接影响电机控制的精细化程度和动态性能。
   • 评估与对策：通过查阅传感器规格书或实验室测试确定采样精度。选择高精度的电流采样元件和高分辨率的ADC，确保满足系统精度要求。

4. 采样线性度：

   • 定义：采样线性度描述了电流采样系统输出与输入电流之间关系的偏离线性程度，通常用非线性误差的百分比或最大偏差与满量程的比值表示。
   • 影响：线性度不佳会导致电流采样值与真实值之间的关系随电流大小变化而变化，影响电流控制的线性响应和动态特性。
   • 评估与对策：通过线性度测试曲线或规格书数据了解采样系统的线性性能。选择线性度高的电流传感器和设计良好的信号调理电路，必要时进行线性补偿。

5. 温漂：

   • 定义：温漂是指电流采样系统因温度变化导致的性能参数（如增益、零点）的漂移。
   • 影响：温漂会影响电流采样的长期稳定性和环境适应性，可能导致控制系统在不同温度条件下性能下降。
   • 评估与对策：通过查阅传感器规格书获取温漂数据，或进行温度循环实验测定。选用温漂小的元件，或者在系统中加入温度补偿算法，实时修正温度影响。

6. 零漂：

   • 定义：零漂是指在无输入电流（即零电流）时，电流采样系统的输出值不为零的现象。
   • 影响：零漂会引入虚假电流信号，可能导致控制系统在空载或轻载时产生不必要的动作。
   • 评估与对策：通过零点校准或长时间观测确定零漂值。采用具有自动零点校准功能的电流传感器，或在软件中设置零点偏移补偿。

7. 采样延迟：

   • 定义：采样延迟指从实际电流变化到采样系统输出相应变化之间的时间间隔，包括传感器响应时间、信号调理电路延迟和ADC转换时间等。
   • 影响：采样延迟直接影响电流控制系统的响应速度和动态性能，过大的延迟可能导致系统超调、振荡或控制不稳定。
   • 评估与对策：查阅传感器和ADC的数据手册获取延迟参数，通过系统建模和仿真评估总体延迟。选择快速响应的传感器和高速ADC，优化信号处理流程以减少延迟。

8. 采样点是否正确采到电流：

   关注点：确保电流采样点选择在能够准确反映电机绕组实际电流的位置，避免因采样点选择不当导致的测量误差。

9. 采样点是否避开开关噪声：

   关注点：确保电流采样点远离逆变器开关器件的瞬态噪声源，或采取合适的滤波措施（如RC滤波、同步采样等），减少开关噪声对电流采样的干扰。

综上所述，电流采样系统的性能评估应全面考虑白噪声、增益偏差、采样精度、采样线性度、温漂、零漂、采样延迟等多个关键指标，同时确保采样点位置选择得当，有效避开开关噪声干扰，以确保电机控制系统获得准确、稳定、实时的电流信息。

上下两幅图显示：采样总延迟的计算可用于准确地避开开关噪声对电流采样的影响。

此图片来源于网络 

三、母线单电阻采样

母线单电阻采样，即在逆变器直流母线上串联一个采样电阻（通常为精密电阻），通过测量该电阻两端的电压来间接获取直流母线电流。这是一种成本较低、结构简单的逆变器电流采样方案。

（1）PWM移相

PWM移相（Phase Shift PWM, PS-PWM）

优点：仅需软件实时调整PWM波形，无需增加额外的电流传感器或电路。

缺点：移相可能导致某些开关器件承受更大的电压或电流应力，需要合理设计保护策略。移相可能改变电机的电压、电流波形，对电机的电磁兼容性、效率、噪音等方面产生一定影响。

（2）PWM挖坑 （ST专利）

相比于PWM移相，PWM挖坑使得每个载波周期内部的PWM更为对称，能够一定程度上减小移相带来的噪声。原理上其也是在保证PWM波能某一瞬间只有单一相电流通过母线。通过在各相电流“独占”母线电流的时间段内进行采样，即可分别得到各相电流，可谓之高频分时采样。

（2020 - 2024期刊看到较多，如哈工大）在学术前沿还有更多的单电阻采样优化方案待考究...... 

四、附录 

数字采样与模拟采样是信号处理中两种基本的采样方式，而过采样则是数字采样的一种特殊策略。以下是它们之间的关系和区别：

模拟采样：

• 定义：模拟采样是指对连续时间（模拟）信号进行离散化的过程，即将连续变化的电压或电流信号在时间上截取为一系列离散的样本值。通常，模拟采样由模拟到数字转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）执行，通过在固定时间间隔（采样周期）内对模拟信号进行瞬时电压或电流的测量，并将其转化为对应的数字值。
• 特点：模拟采样是将模拟信号转换为数字信号的第一步，它保留了信号在每个采样时刻的实际值，但舍弃了两个采样点之间的信号细节。

数字采样：

• 定义：数字采样本质上是对模拟采样的延续，是指在数字域中对信号进行采样的过程。这里的“数字采样”更多地是指对已经经过ADC转换的离散信号进行进一步的采样或处理。
• 特点：数字采样通常是在数字信号处理系统中进行，可以涉及对已数字化信号的再次采样（如过采样）、抽取（如降采样）或插值等操作。数字采样通常伴随着数字滤波、数据压缩、量化等后续处理步骤。

过采样：

• 定义：过采样是一种数字采样策略，指的是以远高于奈奎斯特定理要求的最低采样率（即信号最高频率的两倍）对信号进行采样。例如，若信号最高频率为1 kHz，奈奎斯特采样率要求至少为2 kHz，而过采样可能选择10 kHz甚至更高。
• 特点：
  • 提高信噪比：过采样可以将信号带宽内的噪声推向更高的频率，随后通过数字低通滤波器（通常为抗混叠滤波器）去除大部分噪声，从而提高有效位数（ENOB）和信噪比。
  • 简化抗混叠滤波器设计：由于采样率提高，所需抗混叠滤波器的截止频率可以降低，使得滤波器设计更加简单，更容易实现陡峭的滚降特性，降低对硬件的要求。
  • 利于数字信号处理：过采样后的信号包含更多的信息，有利于后续的数字信号处理算法（如数字下变频、频谱分析、参数估计等）更精确地工作。

关系：

• 模拟采样是基础：无论是过采样还是其他数字采样操作，都必须先通过模拟采样将连续信号转换为离散信号。
• 过采样是对模拟采样的扩展：过采样是在模拟采样的基础上，通过增加采样率来改善信号质量、简化硬件设计和优化数字信号处理性能的一种策略。

综上所述，模拟采样与数字采样分别对应信号处理过程中的不同阶段，前者是将连续信号转换为离散信号，后者则是在数字域中对信号进行进一步处理。而过采样作为一种数字采样技术，旨在通过提高采样率来提升信号质量和简化系统设计，是数字信号处理中的重要手段之一。