夜雨聆风
关键词：马达控制，HSO，采样硬件
1. 前言
在最新的马达控制软件 MC SDK V6.x 中，ST 集成了新的无传感观测器算法 HSO（High Sensitivity Observer）。该观测器兼顾了电机在高速、低速运行过程中的速度观测以及角度输出的准确性，具有高灵敏度，是 ST 在无传感电机控制领域的又一项突破。
不过，新的 HSO 观测器对电机控制的硬件提出了更多要求。本文结合 LAT1560 本地应用笔记，对 HSO 功能下的 ADC 采样硬件设计做系统说明，帮助大家在 G4 等 MCU 平台上正确落地。
2. HSO 控制框图
从下面的框图可以看到，HSO 算法同时依赖 电流 与 端电压 作为输入。因此，电流和电压的采样质量对整个观测器输入尤为关键。
图 HSO 控制框图
3. 电流采样硬件
无论是三电阻还是单电阻的 Shunt 电流采样，都建议采用 开尔文连接方式。实际可理解为一个四线连接：主电流通过 Shunt 电阻，而辅助电流经过旁路进入运放，辅助电流可忽略，这样主电流在 Shunt 电阻上形成的电压能真实反应到测试端。
图1 开尔文电流采样电路
电流采样电路前端需要滤波，滤波参数推荐为 300 kHz；后级接入 ADC 部分可以适当滤波，但要注意滤波参数以及 ADC RAIN 的选择，后级滤波电容要靠近 MCU 管脚放置。
参考电路可采用 B-G473E-ZEST1S 中的电流采样电路：截止频率 159 kHz，15 倍放大，偏移电平 1.65 V。
图2 B-G473E-ZEST1S 电流采样电路
4. 端电压采样硬件
端电压采样是 HSO 算法必需的电路。设计时要考虑对端电压的分压以及滤波，滤波截止频率推荐为 500 Hz。
参考电路可采用 STEVAL-LVLP01 中的端电压采样电路，最大端电压支持到 83.7 V，截止频率约 518 Hz。
图3 端电压采样参考电路
5. HSO 采样 MCU 的 ADC 分配原则
因为要同时采样电流和端电压信号，强烈建议使用 2 个以上独立 ADC 模块，最好有 3 个独立 ADC 模块。常见 G4 系列 MCU 的 ADC 资源如下：
STM32G431：2 个独立 ADC STM32G491：3 个独立 ADC STM32G473：5 个独立 ADC
这些芯片都可以满足 HSO 采样要求。
5.1 电流电压采样机制
一个 PWM 周波内，需要至少两个有效电流信号以及三相端电压信号，因此会触发 四次 ADC 采样。
对于每个独立的 ADC 模块，取一个有效的电流值，并对四个端电压值做平均。设计时要注意 ADC 端口的分配。此处会用到辅助 TIMER 作为 ADC 触发信号，辅助 TIMER 同步于 PWM 信号，频率为 PWM 的 4 倍，ADC 触发配置为 CCR1 触发。
5.2 三个独立 ADC 模块采样
当使用三个独立 ADC 模块时，每个 ADC 模块上分配一个电流信号、一个电压信号。
图4 三个独立 ADC 模块采样机制
5.3 两个独立 ADC 模块采样
当只有两个独立 ADC 模块时，分配方式如下：
ADC1：2 个电流信号 + 1 个电压信号 ADC2：1 个电流信号 + 2 个电压信号
图5 两个独立 ADC 模块采样机制
6. 总结
在使用 MC SDK V6.x 的 HSO 功能时，由于相电流和端电压都需要采样，因此对 ADC 采样硬件以及 MCU 管脚分配有一定要求。要点可归纳为：
电流采样用开尔文连接，前端滤波约 300 kHz； 端电压采样截止频率约 500 Hz； 优先选择 ≥2 个独立 ADC 的 MCU，3 个更理想； 每个 PWM 周期触发 4 次 ADC，电压取平均； 用辅助 TIMER（频率为 PWM 4 倍）通过 CCR1 触发 ADC。
7. 版本历史
8. 参考文献
本文内容及电路参考以下 ST 官方资料与评估板设计，读者可结合以下文档做进一步查阅：
ST Local Application Tips LAT1560，《MC SDK V6.x 软件 HSO 功能 ADC 采样设计说明》，Rev 1.0，2025 年 9 月。 STMicroelectronics，STM32G4 Series Advanced ARM-based 32-bit MCUs Reference Manual（RM0440）——ADC 与定时器（TIMER）相关章节。 STMicroelectronics，X-CUBE-MCSDK / Motor Control Software Development Kit（MC SDK）V6.x 用户手册。 B-G473E-ZEST1S 评估板参考设计——文中电流采样电路（截止频率 159 kHz，15 倍放大，偏移电平 1.65 V）。 STEVAL-LVLP01 评估板参考设计——文中端电压采样电路（最大端电压 83.7 V，截止频率约 518 Hz）。
9. 文章来源
本文整理/译编自：意法半导体（ST）中国本地应用笔记
LAT1560《MC SDK V6.x 软件 HSO 功能 ADC 采样设计说明》 Rev 1.0，2025 年 9 月（Sep. 2025）
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