FOC制御時にPWMのオフタイムが非常に短い場合どのような工夫をして電流測定すればいいか？

FOC（Field-Oriented Control）制御を適用する際、PWM（Pulse Width Modulation）のオフタイムが非常に短い場合、電流の測定が困難になることがあります。このような状況での電流測定を改善するためのいくつかの工夫を以下に示します。

FOC制御時にPWMのオフタイムが非常に短い場合どのような工夫をして電流測定すればいいか

同期サンプリング：PWMのオフタイムを正確に知っていれば、その時点で電流をサンプリングすることができます。つまり、PWMのオフタイムの中心または開始直後にサンプリングを行うことで、スイッチングノイズの影響を最小限に抑えることができます。
フィルタリング：アナログやデジタルのローパスフィルタを用いて、ノイズを除去することができます。ただし、フィルタリングを行う場合、システムの応答性や帯域幅に影響が出る可能性があるため、適切なカットオフ周波数を選定することが重要です。
多重サンプリング：同じ周期内で複数回のサンプリングを行い、平均化することでノイズを低減する方法です。
電流センサの選定：高速な応答性を持ち、ノイズ耐性のある電流センサを選定することで、短いオフタイムでも正確な測定が可能になります。
デッドタイムの最適化：MOSFETやIGBTのゲート駆動のデッドタイムを適切に設定することで、スイッチングノイズや逆回復現象の影響を減少させることができます。
サンプリングタイミングの最適化：オフタイムが非常に短い場合、PWMの周期や波形に応じてサンプリングタイミングを動的に変更することも考慮できます。
差動測定：電流センサの出力とGNDの間でのノイズを低減するために、差動アンプを使用して測定を行う方法です。

PWMの周期や波形に応じてサンプリングタイミングを動的に変更するとは？

PWMのオフタイムが非常に短い場合、サンプリングタイミングを動的に変更することは有益です。この方法の背景には、PWMのオン・オフのサイクルや動作状況に応じて、最もノイズの少ない瞬間に電流サンプルを取得するという考えがあります。

以下は、サンプリングタイミングを動的に変更するための一般的な方法です：

インタラプトベースのサンプリング：PWMの波形生成と関連するタイマーのインタラプトを使用して、PWMのオフタイムの開始または中心でサンプリングをトリガーします。これにより、PWMの周期やデューティサイクルが変わるたびにサンプリングタイミングも適応的に変わります。
ADCのハードウェアトリガ：多くのマイクロコントローラは、外部のイベントやタイマーに基づいてADCのサンプリングをトリガーする機能を持っています。PWMのタイマー出力をADCのトリガ入力に接続して、オフタイムでのサンプリングを自動的に行うように設定することができます。
サンプリングウィンドウの設定：可能であれば、PWMのオフタイムに合わせてADCのサンプリングウィンドウを設定します。これにより、ノイズの影響を受ける可能性のある時間帯を避け、ノイズの少ない期間にサンプリングを行います。
動的デューティサイクルの検出：PWMのデューティサイクルをリアルタイムでモニタリングして、オフタイムの長さや開始時刻を検出します。この情報を使用して、サンプリングタイミングを動的に調整します。
ソフトウェアベースのアプローチ：PWMのデューティサイクルや周期をプログラムでリアルタイムに監視し、サンプリングタイミングを動的に調整します。この方法は、ハードウェアベースの方法よりも柔軟性があるかもしれませんが、処理のオーバーヘッドが考慮される必要があります。

これらの方法を実装する際には、使用しているマイクロコントローラやデジタル制御システムの特性と機能を考慮する必要があります。また、サンプリングタイミングを変更することで得られる利益と、それに伴うオーバーヘッドや複雑さを慎重に評価することも重要です。