一、采样电阻的选型考量

采样电阻的阻值选择极为关键，通常在mΩ至Ω量级范围内。具体阻值的确定需要综合多方面因素权衡。一方面，从应用场景角度出发，不同的电机控制策略与系统架构对采样电阻的精度与响应速度有着差异化的要求。例如，在高精度伺服电机控制系统中，为满足其对微弱电流变化的敏锐捕捉需求，往往倾向于选择低阻值、高精度的采样电阻，以降低采样误差，确保控制精度；而在一些对成本较为敏感且对精度要求稍低的家用电器电机应用中，则可适当放宽阻值公差范围，选取成本更为经济的采样电阻。另一方面，成本因素同样不可忽视。高精度、低阻值的采样电阻通常制造工艺复杂，成本较高。因此，在保证系统性能达标的前提下，合理优化采样电阻的选型，寻找性能与成本的最佳平衡点，是电机控制电路设计中的重要课题。

二、高端与低端采样方案解析

（一）低端采样方案

低端采样是业界广泛采用的一种电流采样方式，其核心原理是将采样电阻置于负载低端，与地相连。基于此布局，衍生出多种不同的采样电路配置。

三电阻采样：通过三个电阻的巧妙组合，构成稳定的采样网络。该方案利用电阻的分压与电流分配特性，能够较为精确地获取电机相电流信息。其优势在于电路结构相对规则，易于实现高精度的采样效果，且在多相电机控制场景下，可较好地平衡各相采样精度，确保电机控制的均匀性与稳定性。因此，在对采样精度要求较高、且成本允许的中高端电机控制系统中，如工业自动化设备中的多轴电机驱动系统，三电阻采样方案得到了广泛应用。

双电阻采样：简化电路架构，采用两个电阻进行采样。双电阻采样通过对电阻参数的优化设计，在保证一定采样精度的同时，有效降低了元器件数量与连接复杂度。这使得该方案在成本控制方面表现出色，尤其适用于对采样精度有适度要求、且注重成本效益的电机应用，如部分家用电器和小型工业风扇等。其电路布局紧凑，调试难度相对较低，便于大规模生产与应用。

单电阻采样：仅使用一个采样电阻，借助特定的信号处理算法，在一个PWM周期内对采样电阻进行两次电流采样。单电阻采样方案在硬件成本上达到了极致优化，大幅减少了电阻器件的使用数量与相应的电路布板空间占用。然而，这也对其信号处理算法提出了更高要求，需要精确的时序控制与有效的噪声抑制技术来确保采样数据的准确性。该方案主要应用于对成本极为敏感、且对采样精度要求相对宽松的低端电机控制系统，如一些基础款的电动工具和玩具电机等领域，是实现低成本电机控制的一种有效手段。

（二）高端采样方案

高端采样则是将采样电阻设置在负载高端，与母线电源相连接。与低端采样相比，高端采样具有独特的优势与挑战。

其优势在于能够有效规避低边MOS开关动作对采样精度的干扰。在电机控制电路中，低边MOS管的开关过程会产生瞬间电压波动与电磁干扰，这些干扰因素可能会通过低端采样电路引入误差，影响采样电阻所检测电流信号的真实性与稳定性。而高端采样由于远离低边MOS开关的干扰源，可相对纯净地获取电机相电流信息，从而提高电流检测的准确性与可靠性。这在一些对电流检测精度要求极高的特殊电机控制应用场景中，如高精度的CNC机床主轴电机控制和精密医疗设备电机驱动等，显得尤为重要，能够助力实现更为精细、稳定的电机调速与转矩控制，提升整个设备的运行性能与加工精度。

然而，高端采样的实现复杂度较高。由于采样点靠近母线电源，面临着较高的共模电压与复杂的电磁环境，对采样电路的绝缘性能、电磁兼容性以及信号处理电路的抗干扰能力都提出了更为严苛的要求。同时，高端采样电路往往需要采用专门的隔离器件与高精度的信号转换芯片，以确保采样信号能够安全、准确地传输至控制芯片进行处理，这无疑增加了电路设计的难度与成本。因此，在实际应用中，高端采样方案仅在对采样精度有特殊要求且具备相应设计资源与成本预算的项目中被选用。

三、采样电路设计精要

（一）多电阻采样策略

三电阻与双电阻采样：在三电阻与双电阻采样电路中，采样时刻的选择至关重要。通常选择在SVPWM的零序矢量处进行采样。SVPWM（空间矢量脉宽调制）技术在电机控制中广泛应用，其零序矢量时刻对应着电机相电流相对稳定的状态。此时进行采样，可最大程度减少PWM信号高频切换带来的电流波动与噪声干扰，确保获取的相电流数据准确可靠，为后续的电机控制算法提供坚实的数据基础。双电阻采样方案相较于三电阻采样，在电路布局与参数匹配方面进行了优化调整，能够有效抑制采样过程中的零漂现象与温漂影响，从而提供更为稳定的电流测量结果。在对电流测量精度要求较高的电机伺服系统和闭环矢量控制应用中，双电阻采样凭借其优越的稳定性表现，成为设计工程师的首选方案之一，保障了电机在不同负载、不同转速工况下的精确控制与高效运行。

单电阻采样：单电阻采样方案通过独特的时序控制策略，在一个PWM周期内对采样电阻实施两次电流采样。首次采样获取电机相电流的大概幅值信息，第二次采样则着重捕捉电流变化的细节特征。经过信号处理算法对两次采样数据的融合计算，能够在一定程度上还原精确的电机相电流波形。为了提升采样精度，该方案需要精确控制采样时刻与采样间隔，同时对PWM信号的占空比调节精度也有较高要求。此外，还需要配备高性能的滤波电路，以抑制采样过程中混入的高频噪声与干扰信号。该方案在成本敏感型电机应用领域，如大规模生产的低成本变频风扇和电动水泵等，经过精心设计与调试，可实现较为理想的采样效果与控制性能，在保证产品基本功能的同时，有效降低了硬件成本，提升了产品的市场竞争力。

（二）MOS管选型与周边电路优化

MOS管耐压裕量评估：MOS管的耐压参数选择应充分考虑系统正常运行时可能出现的各种电压波动与尖峰情况。其耐压值应不低于输入最大电压（Vin-max）与电压纹波（Vor）之和，并额外预留一定的裕量。这一裕量通常根据实际应用场景中的电压尖峰特性与可靠性要求来确定，一般建议在20%-30%左右。例如，在一个母线电压为380V的电机驱动系统中，综合考虑电压纹波、尖峰以及可靠性因素后，应选择耐压值不低于500V的MOS管，以确保在系统遭受电压冲击时，MOS管仍能可靠工作，避免因过压而损坏，保障电机控制系统的稳定运行。

MOS管电流承载与结温控制：依据电机变压器的计算，明确MOS管在工作过程中承受的平均电流与峰值电流是选型的关键步骤。一般而言，MOS管的电流承载能力应满足峰值电流要求，并留有足够的余量以应对系统可能出现的短暂过载情况。同时，要密切关注MOS管的结温特性。当MOS管的温度升高时，其内阻会随之增大，这不仅会导致导通损耗加剧，还可能引发热失控现象，最终烧毁MOS管。因此，在设计过程中，需结合散热器的选型与布局，对MOS管的结温进行有效控制，确保其工作在安全温度范围内。通常，MOS管的结温应不超过其最大允许结温的80%，以保证长期稳定工作。

导通电阻Rds-on优化：MOS管的导通电阻Rds-on是影响其导通损耗与发热量的关键参数。在满足系统其他性能要求的前提下，Rds-on越小越好。然而，过低的Rds-on可能会增加MOS管的成本与体积。因此，需要根据系统的导通损耗允许值以及散热设计要求，合理选取Rds-on的范围。例如，在高效率电机驱动系统中，为降低导通损耗，提升系统效率，可优先选择Rds-on较小的MOS管，并配合高效的散热设计，如使用大面积散热片、热导管或液冷散热技术等，确保MOS管在高电流工作状态下仍能保持较低的温度，维持良好的性能表现。

（三）MOS管驱动波形优化

从MOS管的驱动波形图中可以观察到上升与下降沿存在抖动现象，这主要是由于MOS管内部存在寄生电容与寄生电感，二者相互作用引发LC谐振。

当PWM信号施加于MOS管的栅极时，寄生电容Cgs开始充电。当VGS电位达到MOS管的阈值电压（一般在4-5V）时，MOS管开始导通。此时，MOS管的D极电压（整流后的电压）会对寄生电容Cgd进行充电，产生左负右正的电动势。随着MOS管的进一步导通，Cgd通过MOS管放电，导致PWM信号对Cgs的充电电流被分流，从而在驱动波形上形成米勒平台。在这个米勒平台阶段，MOS管的漏极电流Id迅速上升至最大值，米勒平台的持续时间主要由米勒电容Cgd的大小决定。米勒平台的存在不仅会延长MOS管的开关时间，增加开关损耗，还可能导致电磁干扰问题。为了有效抑制米勒平台效应，可采取以下优化措施：一是合理选择MOS管的参数，尽量选择米勒电容Cgd较小的MOS管；二是在驱动电路中添加适当的缓冲电路，减缓电压上升沿的dv/dt，降低米勒电容的充电速度；三是优化PCB布局，缩短驱动回路的布线长度，减少寄生电感的影响，从而减轻米勒平台对驱动波形的不良影响，提升MOS管的开关性能与系统效率。

（四）周边器件功能与选型

下拉电阻R22的作用与选值：与MOS管并联的下拉电阻R22在电路中发挥着至关重要的作用。当外部干扰信号或电路中的瞬态扰动出现时，由于MOS管的寄生电容Cgs存在，可能使MOS管的栅极电位发生意外变化，导致MOS管误导通。下拉电阻R22的接入为寄生电容Cgs提供了一个可靠的放电回路，确保在无驱动信号或驱动信号为低电平时，MOS管的栅极电位被稳定地拉低至安全水平，防止MOS管因干扰而误动作。在选值方面，需要综合考虑电路的漏电流、响应速度以及MOS管的驱动特性。一般而言，下拉电阻的阻值范围在1kΩ至10kΩ之间。若阻值过大，可能会导致寄生电容Cgs的放电时间过长，在驱动信号到来时，MOS管无法快速响应；而阻值过小，则会增加电路的静态功耗。例如，在一个工作频率较高的电机驱动电路中，可选择4.7kΩ的下拉电阻，以在保证MOS管可靠关断的同时，不影响其快速开通性能。

阻尼电阻R19的功能与匹配：阻尼电阻R19的主要功能是抑制驱动电路中的振荡现象，优化驱动信号的质量。若阻尼电阻R19的阻值过大，当PWM信号驱动MOS管开通时，由于阻值过高，可能导致提供给MOS管栅极的电压不足，使MOS管无法完全开通，增加导通电阻Rds-on，导致导通损耗增大，降低系统效率；反之，若阻尼电阻R19的阻值过小，则会在驱动信号关断时，为寄生电容Cgs存储的电能提供过多的释放路径，这部分能量通过快速恢复二极管D5进行泄放，造成不必要的功耗损失，同时可能引发过电压尖峰，对MOS管和其他电路元件造成损害。因此，阻尼电阻R19的选值需要根据MOS管的驱动特性、寄生电容参数以及驱动电路的电压电流特性进行精确匹配。一般来说，可通过实验调试的方法确定最优阻值范围，通常在100Ω至1kΩ之间，以确保驱动信号的edge速率适中，既能保证MOS管的快速开通与关断，又能有效抑制振荡与功耗损失，提升整个电机控制系统的稳定性和可靠性。
〈烜芯微/XXW〉专业制造二极管，三极管，MOS管，桥堆等，20年，工厂直销省20%，上万家电路电器生产企业选用，专业的工程师帮您稳定好每一批产品，如果您有遇到什么需要帮助解决的,可以直接联系下方的联系号码或加QQ/微信，由我们的销售经理给您精准的报价以及产品介绍