CN102053195B - 一种电流采样系统及运放失调电压的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电流采样系统及运放失调电压的计算方法，该电流采样系统包括依次连接的对采样信号进行隔离的第一运放、对隔离后的信号进行放大的第二运放及对放大后的信号进行整流的整流单元，还包括控制器，控制器根据第一输出信号和第二输出信号输出失调电压，以补偿第一运放和第二运放的零漂，第一输出信号为在第一运放输入第一输入信号时整流单元所输出的信号，第二输出信号为在第一运放输入第二输入信号时整流单元所输出的信号。实施本发明的技术方案，由于可根据两个输出信号可计算出失调电压，以补偿第一运放和第二运放的零漂，使该电流采样系统能准确采样到电流。

Description

一种电流采样系统及运放失调电压的计算方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术，更具体地说，涉及一种电流采样系统及运放失调电压的计算方法。

背景技术

图1是现有技术的一种PFC(Power Factor Correction，功率因素校正)电路中的电流采样系统的逻辑图，在该电流采样系统中，所采样的电流信号依次经运放U1隔离，运放U2放大，整流单元U3整流后输入至主控制器U6，主控制器U6根据整流后的信号进行功率因数校正，因此，电流采样系统采样电流的准确性直接影响到PFC的PF(Power Factor，功率因素)值和THD(TotalHarmonic Distortion，总谐波失真)值。

结合图1和图2，若规定运放U1的输入信号为x，整流单元U3的输出信号为y，则理想情况下，上述电流采样系统的输入输出信号之间的关系可表示为y＝|ax|，如图2中的曲线②所示。但由于运放U1、U2固有的零漂，上述电流采样系统的输入输出信号之间的关系则应表示为y＝|ax+b|，如图2中的曲线①或曲线③所示。由于输入信号到输出信号产生了零点漂移，所以使得输入至主控制器U6的电流采样信号不准确，进而影响到主控制器U6所进行的PFC校正。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述由于运放固有的零漂使得电流采样系统所采样的电流不准确的缺陷，提供一种准确采样电流信号的电流采样系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电流采样系统，包括依次连接的对采样信号进行隔离的第一运放、对隔离后的信号进行放大的第二运放及对放大后的信号进行整流的整流单元，所述电流采样系统还包括控制器，所述控制器根据第一输出信号和第二输出信号输出失调电压，以补偿第一运放和第二运放的零漂，所述第一输出信号为在第一运放输入第一输入信号时整流单元所输出的信号，所述第二输出信号为在第一运放输入第二输入信号时整流单元所输出的信号。

在本发明所述的电流采样系统中，所述电流采样系统还包括连接所述第二运放的反相输入端的第一偏置电压源，所述第一偏置电压源用于使第一运放、第二运放的最大零漂偏置到负。

在本发明所述的电流采样系统中，所述电流采样系统还包括连接所述第二运放的输出端的第二偏置电压源，所述第二偏置电压源用于使第一运放、第二运放的最大零漂偏置到负。

在本发明所述的电流采样系统中，所述电流采样系统还包括用于对所述失调电压进行滤波的滤波单元。

在本发明所述的电流采样系统中，所述滤波单元连接在所述控制器和所述第二运放的同相输入端之间；或

所述滤波单元连接在所述控制器和所述第二运放的输出端之间。

本发明还构造一种基于上所述的电流采样系统对运放失调电压进行计算的方法，根据第一输出信号和第二输出信号输出失调电压，以补偿第一运放和第二运放的零漂，所述第一输出信号为在第一运放输入第一输入信号时整流单元所输出的信号，所述第二输出信号为在第一运放输入第二输入信号时整流单元所输出的信号。

本发明还构造一种基于上所述的电流采样系统对运放失调电压进行计算的方法，包括：

A.建立电流采样系统输出信号的模型，所述电流采样系统输出信号的模型为：

y＝|ax+b|

其中，x为第一运放的输入信号，y为整流单元的输出信号，a为输入信号到输出信号的放大倍数，b为输入信号到输出信号的零漂；

B.在第一运放的输入端输入第一输入信号x₁，则整流单元输出第一输出信号y₁，且y₁＝|ax₁+b|；

C.在第一运放的输入端输入第二输入信号x₂，则整流单元输出第二输出信号y₂，且y₂＝|ax₂+b|；

D.根据所述第一输出信号y₁和第二输出信号y₂计算输入信号到输出信号的零漂，并根据所计算的零漂输出失调电压，以补偿第一运放和第二运放的零漂。

在本发明所述的对运放失调电压进行计算的方法中，第一输入信号x₁为大于

的正信号X，第二输入信号x₂为小于

的负信号-X，则第一输出信号y₁为：y₁＝aX+b，第二输出信号y₂为：y₂＝aX-b。

在本发明所述的对运放失调电压进行计算的方法中，所述步骤D包括：

D1.将第一输出信号y₁与0.5相乘后作为给定信号；

D2.将第二输出信号y₂与0.5相乘后作为反馈信号；

D3.根据所述给定信号和所述反馈信号进行比例积分调节，以输出失调电压。

在本发明所述的对运放失调电压进行计算的方法中，在所述步骤C和所述步骤D之间还包括：

E.根据下面公式计算第一运放和第二运放的零点漂移量b的绝对值，再判断所计算的零点漂移量b是否小于预设误差，若是，则不改变当前所输出的失调电压；若否，则执行步骤D，

$\left|b\right|=\left|\frac{y_1-y_2}{2}\right|.$

实施本发明的技术方案，根据两个输出信号可计算出失调电压，以补偿第一运放和第二运放的零漂，使该电流采样系统能准确采样到电流。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术的一种PFC电路中的电流采样系统的逻辑图；

图2是电流采样系统输入信号和输出信号关系的曲线图；

图3是本发明电流采样系统实施例一的逻辑图；

图4是本发明电流采样系统实施例二的逻辑图；

图5是本发明电流采样系统实施例三的逻辑图；

图6是本发明电流采样系统的逻辑控制图；

图7是本发明运放失调电压计算方法实施例二的流程图；

图8是本发明运放失调电压计算方法实施例三的流程图。

具体实施方式

如图3所示，在本发明电流采样系统实施例一的逻辑图中，该电流采样系统包括依次连接的第一运放U1、第二运放U2、整流单元U3和控制器U4。首先，在第一运放U1的输入端输入第一输入信号，该第一输入信号依次经第一运放U1隔离，第二运放U2放大，整流单元U3整流后转换为第一输出信号并输出至控制器U4；接着，在第一运放U1的输入端输入第二输入信号，该第二输入信号依次经第一运放U1隔离，第二运放U2放大，整流单元U3整流后转换为第二输出信号并输出至控制器U4。然后，控制器U4根据该第一输出信号和第二输出信号输出失调电压，该失调电压用于补偿第一运放和第二运放的零漂，使该电流采样系统能准确采样到电流信号。

该失调电压可加至第二运放U2的输入端，也可加至第二运放U2的输出端(如图中虚线所示)。具体为：若第一运放U1和第二运放U2整体引起的零漂为负，则该失调电压可加至第二运放U2的同相输入端，或加至第二运放U2的输出端；若第一运放U1和第二运放U2整体引起的零漂为正，则该失调电压可加至第二运放U2的反相输入端。

优选地，在该电流采样系统应用于PFC电路中时，可使用PFC电路中的主控制器(如背景技术中所示的主控制器U6)来执行本实施例中控制器U4的功能，这样就节省了硬件成本。

图4是本发明电流采样系统实施例二的逻辑图，在该电流采样系统中，第一运放U1的同相输入端通过电阻R1连接电源Vin的正端，第一运放U1的反相输入端连接电源Vin的负端，第一运放U1的同相输出端通过电阻R2连接第二运放U2的同相输入端，第一运放U1的反相输出端通过电阻R3连接第二运放U2的反相输入端。偏置电压源Voff的正端通过电阻R5连接第二运放U2的反相输入端，偏置电压源Voff的负端接地。第二运放U2的输出端连接整流单元U3的输入端，整流单元U3的输出端连接控制器U4的输入端，控制器U4的输出端连接滤波单元U5的输入端，滤波单元U5的输出端通过电阻R4连接第二运放U2的同相输入端。

应当说明的是，电阻R1、R2、R3、R4、R5分别起限流作用，在另一个实施例中可省略其中的至少一个。

该实施例的电流采样系统的工作原理与图3所示的实施例一的相同部分不再赘述，以下仅说明不同的部分：首先，由于本实施例中的偏置电压源Voff输出的正电压加在第二运放U2的反相输入端，使得该电流采样系统中的第一运放U1和第二运放U2所引起的最大零漂偏置到负，而且控制器所输出的失调电压加在了第二运放U2的同相输入端，这样就使得该电流系统中的第一运放U1和第二运放U2整体所固有的零漂无论是正还是负，加入的失调电压都能补偿。另外，滤波单元U5对控制器U4所输出的失调电压进行滤波处理，并将滤波后的失调电压加至第二运放U2的同相输入端。

图5是本发明电流采样系统实施例三的逻辑图，该电流采样系统相比图5所示的实施例二，所不同的仅是偏置电压源Voff的负端通过电阻R5接第二运放U2的输出端，其正端接地。滤波单元U5的输入端连接控制器U4的输入端，其输出端通过电阻R4连接第二运放U2的输出端。应当说明的是，由于本实施例中的偏置电压源Voff输出的负电压加在第二运放U2的输出端，使得该电流采样系统中的第一运放U1和第二运放U2所引起的最大零漂偏置到负，而且，控制器所输出的失调电压加在了第二运放U2的同相输入端，这样就使得该电流系统中的第一运放U1和第二运放U2整体所固有的零漂无论是正还是负，加入的失调电压都能补偿。另外，滤波单元U5对控制器U4所输出的失调电压进行滤波处理，并将滤波后的失调电压加至第二运放U2的输出端。

图6是本发明电流采样系统的逻辑控制图，结合图6和图4，其中，图6中的第一运放U1、第二运放U2、整流单元U3应当理解与图4中的第一运放U1、第二运放U2、整流单元U3相同，不再赘述。控制器U4包括：

第一比例控制单元K1，用于将第一输出信号与第一比例系数相乘，以输出给定信号；

第二比例控制单元K2，用于将第二输出信号与第二比例系数相乘，以输出反馈信号；

比例积分调节单元Gv，用于根据所述给定信号和所述反馈信号进行比例积分调节，以输出失调电压。

在本发明运放失调电压计算方法的实施例一中，该方法基于上述任何一个电流采样系统，该方法包括：根据第一输出信号和第二输出信号输出失调电压，以补偿第一运放和第二运放的零漂，所述第一输出信号为在第一运放输入第一输入信号时整流单元所输出的信号，所述第二输出信号为在第一运放输入第二输入信号时整流单元所输出的信号。

在图7示出的本发明运放失调电压计算方法实施例二的流程图中，该方法包括以下步骤：

S100.建立电流采样系统输出信号的模型，所述电流采样系统输出信号的模型为：

y＝|ax+b|

其中，x为第一运放的输入信号，y为整流单元的输出信号，a为输入信号到输出信号的放大倍数，b为输入信号到输出信号的零点漂移；

S200.在第一运放的输入端输入第一输入信号X，且X为大于

的正信号，则整流单元输出第一输出信号y₁，且y₁＝aX+b；

S300.在第一运放的输入端输入第二输入信号-X，且-X为小于

的负信号，则整流单元输出第二输出信号y₂，且y₂＝aX-b；

S400.根据所述第一输出信号y₁和第二输出信号y₂输出失调电压，所述失调电压用于补偿第一运放和第二运放的零漂。

应当说明的是，本发明并不限定图7所示的运放失调电压计算方法实施例二中第一输入信号和第二输入信号是大小相等方向相反的两个信号，在另一个实施例中，第一输入信号和第二输入信号可为两个不相等的任意值，此时，第一输出信号y₁为：y₁＝|ax₁+b|，第二输出信号y₂为：y₂＝|ax₂+b|，本领域技术人员应能理解，只需按求解二元一次方程组的方式便可求解出零漂b的值，然后根据该计算的零漂输出相应的失调电压，使得该失调电压能补偿零漂。

优选地，结合图6进行说明，步骤S400可包括以下步骤：

S401.将第一输出信号y₁与0.5相乘后作为给定信号，即图6中的第一比例控制单元K1的比例系数为0.5；

S402.将第二输出信号y₂与0.5相乘后作为反馈信号，即图6中的第二比例控制单元K2的比例系数为0.5；

S403.根据所述给定信号和所述反馈信号进行比例积分调节，以输出失调电压。

实施该实施例的方法，通过比例积分调节的方式多次计算零漂，使得所计算的零漂更准确，更接近实际值，从而使得所输出的失调电压也更准确。

应当说明的是，以上方法只是本发明的一个具体实施例，并不用于限制本发明的范围，比例积分调节的控制方法还可用模糊控制法来代替。

图8是本发明运放失调电压计算方法实施例二的流程图，该方法包括步骤S100至S800，其中，该实施例中的步骤S100、S200、S300、S400与图8所示的实施例一中的步骤S100、S200、S300、S400相同，在此不做赘述，以下仅说明不同的部分：

在步骤S300后，执行步骤S500，根据下面公式计算第一运放和第二运放的零点漂移b，

$b=\frac{Y_1-Y_2}{2};$

在步骤S500后执行步骤S600，判断所计算的零点漂移b的绝对值是否小于预设误差，若是，则执行步骤S700，不改变当前所输出的失调电压，失调电压的大小可用脉冲方波的占空比来表示，不改变当前所输出的失调电压即不改变当前占空比；若否，则执行步骤S400，根据所述第一输出信号y₁和第二输出信号y₂输出失调电压，以补偿第一运放和第二运放的电压零漂。在步骤S400后，执行步骤S800可等待一预设时间，即将当前占空比固定预设时间，如1s，重新开始执行步骤S300，直到所计算的零点漂移b的绝对值小于预设误差。应当说明的是，也可不执行步骤S800，即执行步骤S400后不等待预设时间，执行重新执行步骤S300。

实施该实施例的技术方案，由于是通过多次比较运放的零漂是否小于预设误差，可使输出的失调电压更准确。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电流采样系统，包括依次连接的对采样信号进行隔离的第一运放、对隔离后的信号进行放大的第二运放及对放大后的信号进行整流的整流单元，其特征在于，所述电流采样系统还包括控制器，所述控制器根据第一输出信号和第二输出信号输出失调电压，以补偿第一运放和第二运放的零漂，所述第一输出信号为在第一运放输入第一输入信号时整流单元所输出的信号，所述第二输出信号为在第一运放输入第二输入信号时整流单元所输出的信号；

所述控制器根据第一输出信号和第二输出信号输出失调电压的方法为：将所述第一输出信号与第一比例系数相乘，以输出给定信号；将所述第二输出信号与第二比例系数相乘，以输出反馈信号；根据所述给定信号和所述反馈信号进行比例积分，以输出失调电压。

2.根据权利要求1所述的电流采样系统，其特征在于，所述电流采样系统还包括连接所述第二运放的反相输入端的第一偏置电压源，所述第一偏置电压源用于使第一运放、第二运放的最大零漂偏置到负。

3.根据权利要求1所述的电流采样系统，其特征在于，所述电流采样系统还包括连接所述第二运放的输出端的第二偏置电压源，所述第二偏置电压源用于使第一运放、第二运放的最大零漂偏置到负。

4.根据权利要求2或3所述的电流采样系统，其特征在于，所述电流采样系统还包括用于对所述失调电压进行滤波的滤波单元。

5.根据权利要求4所述的电流采样系统，其特征在于，

所述滤波单元连接在所述控制器和所述第二运放的同相输入端之间；或

所述滤波单元连接在所述控制器和所述第二运放的输出端之间。

6.一种基于权利要求1所述的电流采样系统对运放失调电压进行计算的方法，其特征在于，根据第一输出信号和第二输出信号输出失调电压，以补偿第一运放和第二运放的零漂，所述第一输出信号为在第一运放输入第一输入信号时整流单元所输出的信号，所述第二输出信号为在第一运放输入第二输入信号时整流单元所输出的信号。

7.一种基于权利要求1所述的电流采样系统对运放失调电压进行计算的方法，其特征在于，包括：

A.建立电流采样系统输出信号的模型，所述电流采样系统输出信号的模型为：

y＝|ax+b|

其中，x为第一运放的输入信号，y为整流单元的输出信号，a为输入信号到输出信号的放大倍数，b为输入信号到输出信号的零漂；

B.在第一运放的输入端输入第一输入信号x₁，则整流单元输出第一输出信号y₁，且y₁＝|a_x1+b|；

C.在第一运放的输入端输入第二输入信号x₂，则整流单元输出第二输出信号y₂，且y₂＝|a_x2+b|；

D.根据所述第一输出信号y₁和第二输出信号y₂计算输入信号到输出信号的零漂，并根据所计算的零漂输出失调电压，以补偿第一运放和第二运放的零漂。

8.一种基于权利要求7所述的计算的方法，其特征在于，第一输入信号和第二输入信号是大小相等方向相反的两个信号。

9.根据权利要求8所述的计算的方法，其特征在于，所述步骤D包括：

D1.将第一输出信号y₁与0.5相乘后作为给定信号；

D2.将第二输出信号y₂与0.5相乘后作为反馈信号；

D3.根据所述给定信号和所述反馈信号进行比例积分调节，以输出失调电压。

10.根据权利要求8或9所述的计算的方法，其特征在于，在所述步骤C和所述步骤D之间还包括：

E.根据下面公式计算第一运放和第二运放的零点漂移量b的绝对值，再判断所计算的零点漂移量b是否小于预设误差，若是，则不改变当前所输出的失调电压；若否，则执行步骤D，

$\left|b\right|=\left|\frac{y_1-y_2}{2}\right|.$

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