CN104300986B - 一种高精度反馈控制与测量电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高精度反馈控制与测量电路，包括：调整输出电压的电力电子变换器；连接于所述电力电子变换器，用于反馈信号的高精度传感器；用于将反馈信号与参考信号相减的误差计算器；对所述误差信号进行放大的高精度运算放大器；用于进行将所述高精度运算放大器的输出信号转换为数字信号的高精度模数转换器；以及根据所述高精度模数转换器输出信号及所述数字参考信号产生所述电力电子变换单元控制信号的控制器。本发明的测量分辨率及控制精度可达ppm量级，远远高于现有技术中的高精度反馈控制与测量电路；此外，本发明的反馈信号不受限于直流信号，任意波形均可以实现极高的测量分辨率和控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子控制领域，特别是涉及一种高精度反馈控制与测量电路。
背景技术
电力电子技术是21世纪应用最广泛的技术之一，随着电力电子技术在国民经济中的作用不断增强，电力电子技术的发展也非常迅速。因此，对电力电子系统性能、可靠性等要求愈来愈高。
为了能更好的提高电力电子系统的性能和可靠性，在某些电力电子变换器中，需要对电力电子变换器的输出电量进行超高精度的反馈控制，同时，需要实现超高动态范围信号的测量，测量的分辨率甚至需要达到ppm(百万分之一)量级，这是普通的反馈控制与测量电路所无法实现的，也是本领域需要解决的一项技术难题。
现有技术中为了解决这一技术难题，提出了如下图1所示的高精度反馈控制与测量电路1，所述高精度反馈控制与测量电路1包括功率变换器11；连接于所述功率变换器11的高精度传感器12；连接于所述高精度传感器12的高精度运算放大器13；连接于所述高精度运算放大器13的高精度模数转换器14(Analog to Digital Converter，ADC)；连接于所述高精度模数转换器14的加法器15；以及连接于所述加法器15的控制器16。所述高精度传感器12对所述功率变换器11输出信号进行测量并反馈至所述高精度运算放大器13，所述高精度运算放大器13对所述高精度传感器12输出的反馈信号Sfdb进行放大；再送入所述高精度模数转换器14中进行模拟信号到数字信号的转换，然后将数字的反馈信号Sfdb和数字参考信号Sref相减得到数字误差信号所述数字误差信号在数字域得到；所述控制器16根据所述数字误差信号和数字参考信号Sref产生控制所述功率变换器11的控制信号，以此达到控制所述功率变换器11的目标。
上述高精度反馈控制与测量电路能大大提高控制精度和测量分辨率，但是仍然存在两个问题：
1、上述高精度反馈控制与测量电路的控制精度和测量分辨率完全依赖于所述高精度ADC的转换精度，而所述高精度ADC的转换精度一般做到16位，因此所述高精度反馈控制与测量电路很难做到ppm量级；就算所述高精度ADC的转换精度再往上提高，分辨率也不高。
2、倘若反馈信号为直流信号，可以在所述高精度运算放大器的同相输入端串联电容，简单的使用AC耦合的方式将偏置滤掉，经过所述高精度运算放大器的放大之后即可以观察到信号的细节，但是，在信号为任意波形的情况下，AC耦合的方法就失去效果了，普适性不高。
因此，如何在提高反馈控制与测量电路的控制精度和测量分辨率的同时，提高反馈控制与测量电路的普适性已成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高精度反馈控制与测量电路，用于解决现有技术中电力电子系统中反馈控制与测量电路的控制精度和测量分辨率低、普适性差等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高精度反馈控制与测量电路，所述高精度反馈控制与测量电路至少包括：
电力电子变换器、高精度传感器、误差计算器、高精度数模转换器、高精度运算放大器、高精度模数转换器以及控制器；
所述电力电子变换器连接于所述控制器，受所述控制器输出信号的控制调整输出电压；
所述高精度传感器连接于所述电力电子变换器，用于对所述电力电子变换器输出电压采样并输出反馈信号；
所述误差计算器连接于所述高精度传感器及连接于数字参考信号的所述高精度数模转换器，用于计算所述高精度传感器输出的反馈信号及所述高精度数模转换器输出的参考信号之间的误差，并输出误差信号；
所述高精度运算放大器连接于所述误差计算器，用于对所述误差信号进行放大处理；
所述高精度模数转换器连接于所述高精度运算放大器，用于将所述高精度运算放大器输出的模拟信号转换为数字信号；
所述控制器连接于所述高精度模数转换器及所述数字参考信号，根据所述高精度模数转换器输出的数字信号及所述数字参考信号产生所述电力电子变换器的控制信号。
优选地，所述电力电子变换器为功率变换器。
优选地，所述反馈信号是直流信号或交流信号。
优选地，所述误差计算器为加法器。
优选地，所述高精度传感器输出信号为模拟信号。
优选地，所述误差计算器及所述高精度运算放大器位于模拟域，用于处理模拟信号。
优选地，所述控制器位于数字域，用于处理数字信号。
如上所述，本发明的高精度反馈控制与测量电路，具有以下有益效果：
本发明的高精度反馈控制与测量电路将反馈信号与参考信号在模拟域相减得到误差信号后放大，再进行模数转换后产生控制信号，以此调整所述电力电子变换器的输出电压。本发明的高精度反馈控制与测量电路的测量分辨率及控制精度由模拟域内的信号求差、放大结合高精度模数转换决定，其测量分辨率及控制精度可达ppm量级，远远高于现有技术中的高精度反馈控制与测量电路；此外，本发明的高精度反馈控制与测量电路先在模拟域对反馈信号和参考信号进行相减后得到误差信号，然后将误差信号转换为高精度数字信号以改变后续控制信号对所述电力电子变换器输出信号的控制，使所述反馈信号不受限于直流信号，所述反馈信号为任意波形均可以实现极高的测量分辨率和控制精度。
附图说明
图1显示为现有技术中的高精度反馈控制与测量电路示意图。
图2显示为本发明的高精度反馈控制与测量电路示意图。
元件标号说明
1 高精度反馈控制与测量电路
11 功率变换器
12 高精度传感器
13 高精度运算放大器
14 高精度模数转换器
15 加法器
16 控制器
2 高精度反馈控制与测量电路
21 电力电子变换器
22 高精度传感器
23 误差计算器
24 高精度数模转换器
25 高精度运算放大器
26 高精度模数转换器
27 控制器
Sfdb 反馈信号
Sref 数字参考信号
模拟参考信号
Serr 模拟误差信号
数字误差信号
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图2所示，本发明提供一种高精度反馈控制与测量电路2，所述高精度反馈控制与测量电路2至少包括：
电力电子变换器21、高精度传感器22、误差计算器23、高精度数模转换器24(Digital to Analog Converter，DAC)、高精度运算放大器25、高精度模数转换器26以及控制器27。
如图2所示，所述电力电子变换器21的输入端连接于所述控制器27的输出端，所述电力电子变换器21的输出端连接于所述高精度传感器22的输入端。所述电力电子变换器21受所述控制器27输出信号的控制，调整所述电力电子变换器21的输出电压以使输出电压满足后续电路的使用要求。在本实施例中，所述电力电子变换器21为功率变换器。
如图2所示，所述高精度传感器22的输入端连接于所述电力电子变换器21的输出端，所述高精度传感器22的输出端连接于所述误差计算器23的输入端。所述高精度传感器22接收所述电力电子变换器21输出电压，对其进行采样并输出反馈信号Sfdb至所述误差计算器23的一个输入端，所述反馈信号Sfdb为直流信号或交流信号，可以为任意波形的信号。所述高精度传感器22能实现测量观测结果、计算值、估计值与真实值之间的接近程度高，可以很真实的还原所述电力电子变换器21输出信号的本质，所述高精度传感器22的精度决定了反馈信号Sfdb的真实性。所述高精度传感器22的精度越高，所述反馈信号Sfdb的精度越高、越能真实地反应所述电力电子变换器21的输出电压，该反馈信号Sfdb经处理后反应的误差更准确，最终控制信号控制所述电力电子变换器21输出电压更接近系统需要的值。
如图2所示，所述高精度数模转换器24的输入端接收数字参考信号Sref，所述高精度数模转换器24的输出端连接所述误差计算器23的另一个输入端，所述高精度数模转换器24将所述数字参考信号Sref进行高精度的数模转换，输出信号为高精度的模拟参考信号所述高精度数模转换器24的精度越高，所述模拟参考信号的精度越高、越能真实地反应所述数字参考信号Sref，该数字参考信号Sref经处理后反应的误差更准确，最终控制信号控制所述电力电子变换器21输出电压更接近系统需要的值。
如图2所示，所述误差计算器23分别接收所述高精度传感器22输出的反馈信号Sfdb及所述高精度数模转换器24输出的模拟参考信号对所述反馈信号Sfdb及所述模拟参考信号进行求差，得到模拟误差信号Serr输出给所述高精度运算放大器25。在本实施例中，所述误差计算器23为加法器，由于所述反馈信号Sfdb为负反馈，因此所述反馈信号Sfdb与所述模拟参考信号为反相信号，经过所述加法器后得到所述模拟误差信号Serr。
如图2所示，所述高精度运算放大器25的输入端连接于所述误差计算器23的输出端，用于对所述模拟误差信号Serr进行放大处理，由于所述模拟误差信号Serr较微弱，后续电路可能无法读取这种微弱的变化，因此所述高精度运算放大器25将所述模拟误差信号Serr的微弱变化放大，使后续电路能准确读出所述模拟误差信号Serr的变化，便于进一步的控制。
如图2所示，所述高精度模数转换器26的输入端连接于所述高精度运算放大器25的输出端，所述高精度模数转换器26的输出端连接所述控制器27的输入端。所述高精度模数转换器26对所述高精度运算放大器25的输出信号(模拟信号)进行高精度的模数转换，所述高精度模数转换器26的输出信号为高精度的数字误差信号所述高精度模数转换器26的精度越高，所述数字误差信号的精度越高、越能真实地反应所述模拟误差信号Serr，该数字误差信号经控制器27处理后控制所述电力电子变换器21输出电压更接近系统需要的值。
如图2所示，所述控制器27的输入端连接于所述高精度模数转换器26的输出端及所述数字参考信号Sref，所述控制器27的输出端连接于所述电力电子变换器21的控制端。所述控制器27根据所述高精度模数转换器26输出的数字误差信号及所述数字参考信号Sref做算法处理，并产生所述电力电子变换器21的控制信号，通过所述控制信号调整所述电力电子变换器21的输出电能达到系统需要的值以此满足后续电路的使用要求。
如图2所示，所述误差计算器23及所述高精度运算放大器25位于模拟域，用于处理模拟信号；所述控制器27位于数字域，用于处理数字信号。
本发明的高精度反馈控制与测量电路将反馈信号与参考信号在模拟域相减得到误差信号后放大，再进行模数转换后产生控制信号，以此调整所述电力电子变换器的输出电压。本发明的高精度反馈控制与测量电路的测量分辨率及控制精度由模拟域内的信号求差、放大结合高精度模数转换决定，其测量分辨率及控制精度可达ppm量级，远远高于现有技术中的高精度反馈控制与测量电路；此外，本发明的高精度反馈控制与测量电路先在模拟域对反馈信号和参考信号进行相减后得到误差信号，然后将误差信号转换为高精度数字信号以改变后续控制信号对所述电力电子变换器输出信号的控制，使所述反馈信号不受限于直流信号，所述反馈信号为任意波形均可以实现极高的测量分辨率和控制精度。
综上所述，本发明提供一种高精度反馈控制与测量电路，所述高精度反馈控制与测量电路至少包括：调整输出电压的电力电子变换器；连接于所述电力电子变换器，用于反馈信号的高精度传感器；连接于所述高精度传感器及所述高精度数模转换器，用于将反馈信号与参考信号求差的误差计算器；连接于所述误差计算器，对所述误差信号进行放大的高精度运算放大器；连接于所述高精度运算放大器，用于进行将所述高精度运算放大器的输出信号转换为数字信号的高精度模数转换器；以及连接于所述高精度模数转换器，根据所述高精度模数转换器输出信号产生所述电力电子变换单元控制信号的控制器。本发明的高精度反馈控制与测量电路的测量分辨率及控制精度由模拟域内的信号求差、放大结合高精度模数转换决定，其测量分辨率及控制精度可达ppm量级，远远高于现有技术中的高精度反馈控制与测量电路；此外，本发明的高精度反馈控制与测量电路先在模拟域对反馈信号和参考信号进行相减后得到误差信号，然后将误差信号转换为高精度数字信号以改变后续控制信号对所述电力电子变换器输出信号的控制，使所述反馈信号不受限于直流信号，所述反馈信号为任意波形均可以实现极高的测量分辨率和控制精度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (5)
1.一种高精度反馈控制与测量电路，其特征在于，所述高精度反馈控制与测量电路至少包括：
电力电子变换器、高精度传感器、误差计算器、高精度数模转换器、高精度运算放大器、高精度模数转换器以及控制器；
所述电力电子变换器连接于所述控制器，受所述控制器输出信号的控制调整输出电压；
所述高精度传感器连接于所述电力电子变换器，用于对所述电力电子变换器输出电压采样并输出反馈信号；
所述误差计算器连接于所述高精度传感器及连接于数字参考信号的高精度数模转换器，用于计算所述高精度传感器输出的反馈信号及所述高精度数模转换器输出的参考信号之间的误差，并输出误差信号；
所述高精度运算放大器连接于所述误差计算器，用于对所述误差信号进行放大处理；
所述误差计算器及所述高精度运算放大器位于模拟域，用于处理模拟信号；
所述高精度模数转换器连接于所述高精度运算放大器，用于将所述高精度运算放大器输出的模拟信号转换为数字信号；
所述控制器连接于所述高精度模数转换器及所述数字参考信号，根据所述高精度模数转换器输出的数字信号及所述数字参考信号产生所述电力电子变换器的控制信号，通过所述控制信号调整所述电力电子变换器的输出电能达到系统需要的值以此满足后续电路的使用要求，所述数字参考信号为所述控制器的外置信号；所述控制器位于数字域，用于处理数字信号。
2.根据权利要求1所述的高精度反馈控制与测量电路，其特征在于：所述电力电子变换器为功率变换器。
3.根据权利要求1所述的高精度反馈控制与测量电路，其特征在于：所述反馈信号是直流信号或交流信号。
4.根据权利要求1所述的高精度反馈控制与测量电路，其特征在于：所述误差计算器为加法器。
5.根据权利要求1所述的高精度反馈控制与测量电路，其特征在于：所述高精度传感器输出信号为模拟信号。
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN101366211A (zh) * | 2005-09-30 | 2009-02-11 | 飞思卡尔半导体公司 | 用于调整输出信号的幅度的功率控制反馈回路 |
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Family Cites Families (4)
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101366211A (zh) * | 2005-09-30 | 2009-02-11 | 飞思卡尔半导体公司 | 用于调整输出信号的幅度的功率控制反馈回路 |
| CN103765745A (zh) * | 2011-06-29 | 2014-04-30 | 德克萨斯仪器股份有限公司 | 转换器的初级电压感测和控制 |
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