CN106357093B - 提高电流采样精度的方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高电流采样精度的方法与系统，获取所述脉冲控制电路的负载功率以及输出电压，采集所述脉冲控制电路输出驱动脉冲的脉宽，当所述脉宽小于预设脉宽阈值时，保持所述负载功率不变，并降低所述输出电压，以使所述脉宽大于或等于所述预设脉宽阈值，对脉宽调整后的驱动脉冲进行电流采样。整个过程中，在确保脉冲控制电路的负载功率不变前提下，降低输出电压，从而增加脉冲控制电路的脉宽，避免出现由于脉宽过小，导致电流采样点在尖峰干扰点或相近位置，出现电流采样不准确的现象，从而能够显著提高对脉冲控制电路中电流采样精度。

Description

提高电流采样精度的方法与系统
技术领域
本发明涉及电流采样技术领域，特别是涉及提高电流采样精度的方法与系统。
背景技术
在设备自动化控制以及自适应调节等领域通常需要进行电流采样，再基于电流采样数据对设备进行反馈/自适应调节。因此，若电流采样不准确，将导致设备无法正常实现反馈调节，影响设备正常运行。
以变频空调室外机的电机驱动和控制为例，在变频空调室外机的电机驱动和控制中主要的电路核心框架是功率因数校正和电机(压缩机)的变频驱动，其中，PFC(PowerFactor Correction，功率因数校正)电路主要起到功率因数校正的功能，PFC输出电压电机驱动电路的输出电压一般固定在一个比输出电压峰值大的值，如400V，PFC电路和电机逆变电路是完全独立分开控制的，在电机的无传感算法里面需要电机的电流参数。
对此，需要采集电流参数，然而，在电机输入电压(PFC输出电压)不变的情况下和电机运转频率较低，负载功率较轻的时候，这个时候的调整输出来的脉宽就非常小，采样时刻往往处在开关的尖峰干扰点或者非常近，这样容易造成误采样，从而导致反馈调节故障和误动作。
发明内容
基于此，有必要针对脉冲波形中电流采样不准确导致设备反馈调节故障和误动作的问题，提供一种提高脉冲波形中电流采样精度的方法与系统，避免出现反馈调节故障与误动作。
一种提高电流采样精度的方法，用于提高脉冲控制电路中电流采样精度，包括步骤：
获取脉冲控制电路的负载功率以及输出电压；
采集脉冲控制电路输出驱动脉冲的脉宽；
当脉宽小于预设脉宽阈值时，保持负载功率不变，并降低输出电压，以使脉宽大于或等于预设脉宽阈值；
对脉宽调整后的驱动脉冲进行电流采样。
一种提高电流采样精度的系统，用于提高脉冲控制电路中电流采样精度，包括：
获取模块，用于获取脉冲控制电路的负载功率以及输出电压；
采集模块，用于采集脉冲控制电路输出驱动脉冲的脉宽；
电压调整模块，用于当脉宽小于预设脉宽阈值时，保持负载功率不变，并降低输出电压，以使脉宽大于或等于预设脉宽阈值；
电流采样模块，用于对脉宽调整后的驱动脉冲进行电流采样。
本发明提高电流采样精度的方法与系统，获取脉冲控制电路的负载功率以及输出电压，采集脉冲控制电路输出驱动脉冲的脉宽，当脉宽小于预设脉宽阈值时，保持负载功率不变，并降低输出电压，以使脉宽大于或等于预设脉宽阈值，对脉宽调整后的驱动脉冲进行电流采样。整个过程中，在确保脉冲控制电路的负载功率不变前提下，降低输出电压，从而增加脉冲控制电路的脉宽，避免出现由于脉宽过小，导致电流采样点在尖峰干扰点或相近位置，出现电流采样不准确的现象，从而能够显著提高对脉冲控制电路中电流采样精度。
附图说明
图1为本发明提高电流采样精度的方法其中一个实施例的流程示意图；
图2为本发明提高电流采样精度的方法其中一个应用场景示意图；
图3(a)为未应用本发明提高电流采样精度的方法进行电流采样时，采样时刻与脉宽之间关系图；
图3(b)为应用本发明提高电流采样精度的方法进行电流采样时，采样时刻与脉宽之间关系图；
图4为本发明提高电流采样精度的系统其中一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
脉冲波的功率计算公式：脉冲波平均功率＝峰值功率*脉冲宽度*重复频率，而峰值功率与输出电压存在正向关系，即当输出电压越大时，峰值功率越大；当输出电压越小时，峰值功率越小。因此在负载功率(脉冲波平均功率)恒定情况下，可以通过降低峰值功率(输出电压)来增加输出的驱动脉冲的脉宽。
本发明提高电流采样精度的方法，用于提高脉冲控制电路中电流采样精度。脉冲控制电路是指采用驱动脉冲去控制待控制对象的电路，常见的脉冲控制电路有PFC电路，其控制对象具体可以为电机驱动电路。在PFC电路与电机驱动电路组成的设备中，PFC电路可以通过PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)实现对电机功率的控制。为了便于解释说明本发明提高电流采样精度的方法的技术方案，下面将以PFC电路为脉冲控制电路并且以电机驱动电路为被控对象进行详细说明。
如图1所示，本发明提高电流采样精度的方法包括步骤：
S200：获取脉冲控制电路的负载功率以及输出电压。
获取PFC电路的负载功率以及输出电压。
S400：采集脉冲控制电路输出驱动脉冲的脉宽。
可以借助仪器设备采集PFC电路输出的脉宽。非必要的，可以周期性采集PFC电路输出的脉宽。
S600：当脉宽小于预设脉宽阈值时，保持负载功率不变，并降低输出电压，以使脉宽大于或等于预设脉宽阈值。
预设脉宽阈值可以理解为能够准确电流采样时，驱动脉冲最小的脉宽，预设脉宽阈值可以基于历史经验数据或者实际应用场景需要进行设定。非必要的，预设脉宽阈值可以为0.2微秒。若脉宽小于预设脉宽阈值，说明此时脉宽无法满足准确电流采样的需求，需要增加脉宽，此时保持负载功率不变，降低PFC电路输出电压，即降低输入至电机驱动电路的输入电压，从而间接调整脉宽。多次调整脉宽直至最新的脉宽大于或等于预设脉宽阈值，调整之后的脉宽能够尽量减小电流采样出现在尖峰时刻或非常靠近的可能性，确保后续电流采样的精度。另外，当输出电压降低时，控制对象(电机驱动电路)中开关器件的损耗也会减小，控制对象(电机驱动电路)在低速和轻载的效率也能显著提高。
S800：对脉宽调整后的驱动脉冲进行电流采样。
对脉宽调整后的驱动脉冲进行电流采样，能够精确采集PFC电路输出至电机驱动电路的电流值。非必要的，为确保更进一步减小电流采样出现在尖峰时刻或非常靠近的可能性，可以对脉宽调整后的驱动脉冲的脉宽中间进行电流采样。
本发明提高电流采样精度的方法，获取脉冲控制电路的负载功率以及输出电压，采集脉冲控制电路输出驱动脉冲的脉宽，当脉宽小于预设脉宽阈值时，保持负载功率不变，并降低输出电压，以使脉宽大于或等于预设脉宽阈值，对脉宽调整后的驱动脉冲进行电流采样。整个过程中，在确保脉冲控制电路的负载功率不变前提下，降低输出电压，从而增加脉冲控制电路的脉宽，避免出现由于脉宽过小，导致电流采样点在尖峰干扰点或相近位置，出现电流采样不准确的现象，从而能够显著提高对脉冲控制电路中电流采样精度。
为更进一步详细解释本发明电流采样精度的方法的技术方案及其带来的效果，下面将采用将本发明电流采样精度的方法应用于PFC电路与电机驱动电路这一具体应用实例，并结合图2电路结构示意进行详细描述。
如图2所示，B1、R6、L1、D1、Q4以及EC1组成PFC(功率因数校正)拓扑电路，主控制器通过R1和R2对VDC分压后进行输出电压采样，通过R6对电流进行采样，控制Q4开关工作，最终达到稳定输出电压和电流追踪AC电压波形的目的，Q1、Q2、Q3、Q5、Q6以及Q7组成全桥逆变电路，主控制器通过对R3，R4，R5电流采样的反馈，控制Q1、Q2、Q3、Q5、Q6以及Q7的动作时序，最终达到调节电机转速的目的。本发明电流采样精度的方法通过对输出电压的控制，在低转速和轻载的工况下输出电压大小随电机的转速大小在一定的范围内线性变化，当电机的转速较低或轻载的时候，需要前端输送的能量较小，即主控制器对电机逆变电路的输出PWM脉宽会非常小，这个时候如果调整PFC电路的输出电压使其适当变小，那么主控器控制根据由于输出电压的变小，对Q1、Q2、Q3、Q5、Q6以及Q7的输出PWM脉宽就会变大，这个时刻的电流采样点就能避免出现在尖峰时刻，有效的避免电流采样的错误，提高电流采样精度。另外，同时由于输入电压的降低，Q1、Q2、Q3、Q5、Q6以及Q7的开关损耗也会减小，电机驱动电路在低速和轻载的效率也能显著提高。
具体的采样效果如图3(a)与图3(b)所示，其中，图3(a)为未进行脉宽调整之前对脉宽进行电流采样的情况，图3(b)为进行脉宽调整之后对脉宽进行电流采样的情况，更进一步来说，同样是针对脉宽中间进行电流采样，图3(a)采集到尖峰时刻，即采集到的电流数据是不准确的，而在图3(b)中采集时刻不是尖峰时刻，采集到的电流数据是准确的，可见，采用上述方法能够显著提高电流采样精度。
在其中一个实施例中，当脉宽小于预设脉宽阈值时，保持负载功率不变，并降低输出电压，以使脉宽大于或等于预设脉宽阈值的步骤包括：
步骤一：当脉宽小于预设脉宽阈值时，保持负载功率不变，逐步降低输出电压，并随着输出电压降低次数增加，增大输出电压降低幅度。
步骤二：每次降低输出电压时，重新采集脉宽。
步骤三：当脉宽大于或等于预设脉宽阈值时，停止降低输出电压。
在本实施例中，采用逐步降低的方式来调整输出电压，在逐步调整过程中随着输出电压降低次数增加，增大输出电压降低幅度，即第一次调整输出电压调整幅度较小，第二次输出电压调整幅度比第一次的要大，随着调整次数增加调整幅度逐步增大。采用逐步降低输出电压，从而间接来逐步增加脉宽，可以避免输出电压突变对驱动对象中(电机驱动电路)器件的影响，延长驱动对象的使用寿命，并且输出电压降低幅度会随着次数越来越大，从而能够更加快速的间接调整脉宽，减少调整次数，缩短调整时间，提高效率。
为更进一步说明上述调整脉宽的方式，下面将采用实施例一来进行说明。
实施例一
当脉宽M小于预设脉宽阈值M阈值时，保持负载功率P不变，进行第一次输出电压调整，将U降低A，采集脉宽为M1，当M1大于或等于M阈值时，停止降低输出电压，即此时输出电压为U-A；当M1还小于M阈值时，进行第二次输出电压调整，将输出电压从U-A再降低B(B大于A)，此时脉宽为M2，当M2大于或等于M阈值时，停止降低输出电压，即此时输出电压为U-A-B；当M1还小于M阈值时，进行下一次输出电压调整，直至第N次调整后MN大于或等于M阈值。
在其中一个实施例中，当脉宽小于预设脉宽阈值时，保持负载功率不变，并降低输出电压，以使脉宽大于或等于预设脉宽阈值的步骤包括：
步骤一：当脉宽小于预设脉宽阈值时，保持负载功率不变，将输出电压降低预设调整电压值。
步骤二：重新采集脉宽。
步骤三：当脉宽小于预设脉宽阈值时，返回保持负载功率不变，将输出电压降低预设调整电压值的步骤。
步骤四：当脉宽大于或等于预设脉宽阈值时，停止降低输出电压。
在本实施例中，采用等值调整方式来降低输出电压，从而间接来调整脉宽，这样可以避免输出电压突变对驱动对象中(电机驱动电路)器件的影响，延长驱动对象的使用寿命。另外，采用等值调整方式降低输出电压，简化调整过程中处理过程，更容易实现脉宽调整。
为更进一步说明上述调整脉宽的方式，下面将采用实施例二来进行说明。
实施例二
当脉宽M小于预设脉宽阈值M阈值时，保持负载功率P不变，进行第一次输出电压调整，将U降低A，采集脉宽为M1，当M1大于或等于M阈值时，停止降低输出电压，即此时输出电压为U-A；当M1还小于M阈值时，进行第二次输出电压调整，将输出电压从U-A再降低A，此时脉宽为M2，当M2大于或等于M阈值时，停止降低输出电压，即此时输出电压为U-2A；当M1还小于M阈值时，进行下一次输出电压调整，直至第N次调整后MN大于或等于M阈值，进行第N次调整后输出电压为U-NA。
如图4所示，一种提高电流采样精度的系统，用于提高脉冲控制电路中电流采样精度，包括：
获取模块200，用于获取脉冲控制电路的负载功率以及输出电压。
采集模块400，用于采集脉冲控制电路输出驱动脉冲的脉宽。
电压调整模块600，用于当脉宽小于预设脉宽阈值时，保持负载功率不变，并降低输出电压，以使脉宽大于或等于预设脉宽阈值。
电流采样模块800，用于对脉宽调整后的驱动脉冲进行电流采样。
本发明提高电流采样精度的系统，获取模块200获取脉冲控制电路的负载功率以及输出电压，采集模块400采集脉冲控制电路输出驱动脉冲的脉宽，当脉宽小于预设脉宽阈值时，电压调整模块600保持负载功率不变，并降低输出电压，以使脉宽大于或等于预设脉宽阈值，电流采样模块800对脉宽调整后的驱动脉冲进行电流采样。整个过程中，在确保脉冲控制电路的负载功率不变前提下，降低输出电压，从而增加脉冲控制电路的脉宽，避免出现由于脉宽过小，导致电流采样点在尖峰干扰点或相近位置，出现电流采样不准确的现象，从而能够显著提高对脉冲控制电路中电流采样精度。
在其中一个实施例中，电压调整模块600包括：
第一调整单元，用于当脉宽小于预设脉宽阈值时，保持负载功率不变，逐步降低输出电压，并随着输出电压降低次数增加，增大输出电压降低幅度。
第一采集控制单元，用于每次降低输出电压时，控制采集模块400重新采集脉宽。
第一处理单元，当脉宽大于或等于预设脉宽阈值时，停止降低输出电压。
在其中一个实施例中，电压调整模块600包括：
第二调整单元，用于当脉宽小于预设脉宽阈值时，保持负载功率不变，将输出电压降低预设调整电压值。
第二采集控制单元，用于控制采集模块400重新采集脉宽；
返回单元，用于当脉宽小于预设脉宽阈值时，控制第二调整单元重新执行保持负载功率不变，将输出电压降低预设调整电压值的操作。
第二处理单元，用于当脉宽大于或等于预设脉宽阈值时，停止降低输出电压。
在其中一个实施例中，采集模块400周期性采集脉冲控制电路输出驱动脉冲的脉宽。
在其中一个实施例中，电流采样模块800在脉宽调整后的驱动脉冲的脉宽中间进行电流采样。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种提高电流采样精度的方法，用于提高脉冲控制电路输出至负载的电流采样精度，其特征在于，包括步骤：
获取所述脉冲控制电路的负载功率以及输出电压；
采集所述脉冲控制电路输出电压对应的驱动脉冲的脉宽；
当所述脉宽小于预设脉宽阈值时，保持所述负载功率不变，并降低所述输出电压，以使所述脉宽大于或等于所述预设脉宽阈值；
对脉宽调整后的驱动脉冲进行电流采样。
2.根据权利要求1所述的提高电流采样精度的方法，其特征在于，所述当所述脉宽小于预设脉宽阈值时，保持所述负载功率不变，并降低所述输出电压，以使所述脉宽大于或等于所述预设脉宽阈值的步骤包括：
当所述脉宽小于预设脉宽阈值时，保持所述负载功率不变，逐步降低所述输出电压，并随着所述输出电压降低次数增加，增大输出电压降低幅度；
每次降低所述输出电压时，重新采集所述脉宽；
当所述脉宽大于或等于所述预设脉宽阈值时，停止降低所述输出电压。
3.根据权利要求1所述的提高电流采样精度的方法，其特征在于，所述当所述脉宽小于预设脉宽阈值时，保持所述负载功率不变，并降低所述输出电压，以使所述脉宽大于或等于所述预设脉宽阈值的步骤包括：
当所述脉宽小于预设脉宽阈值时，保持所述负载功率不变，将所述输出电压降低预设调整电压值；
重新采集所述脉宽；
当所述脉宽小于所述预设脉宽阈值时，返回所述保持所述负载功率不变，将所述输出电压降低预设调整电压值的步骤；
当所述脉宽大于或等于所述预设脉宽阈值时，停止降低所述输出电压。
4.根据权利要求1所述的提高电流采样精度的方法，其特征在于，所述采集所述脉冲控制电路输出电压对应的驱动脉冲的脉宽的步骤包括：
周期性采集所述脉冲控制电路输出电压对应的驱动脉冲的脉宽。
5.根据权利要求1所述的提高电流采样精度的方法，其特征在于，所述对脉宽调整后的所述驱动脉冲进行电流采样的步骤包括：
在脉宽调整后的驱动脉冲的脉宽中间进行电流采样。
6.一种提高电流采样精度的系统，用于提高脉冲控制电路输出至负载的电流采样精度，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取所述脉冲控制电路的负载功率以及输出电压；
采集模块，用于采集所述脉冲控制电路输出电压对应的驱动脉冲的脉宽；
电压调整模块，用于当所述脉宽小于预设脉宽阈值时，保持所述负载功率不变，并降低所述输出电压，以使所述脉宽大于或等于所述预设脉宽阈值；
电流采样模块，用于对脉宽调整后的驱动脉冲进行电流采样。
7.根据权利要求6所述的提高电流采样精度的系统，其特征在于，所述电压调整模块包括：
第一调整单元，用于当所述脉宽小于预设脉宽阈值时，保持所述负载功率不变，逐步降低所述输出电压，并随着所述输出电压降低次数增加，增大输出电压降低幅度；
第一采集控制单元，用于每次降低所述输出电压时，控制所述采集模块重新采集所述脉宽；
第一处理单元，当所述脉宽大于或等于所述预设脉宽阈值时，停止降低所述输出电压。
8.根据权利要求6所述的提高电流采样精度的系统，其特征在于，所述电压调整模块包括：
第二调整单元，用于当所述脉宽小于预设脉宽阈值时，保持所述负载功率不变，将所述输出电压降低预设调整电压值；
第二采集控制单元，用于控制所述采集模块重新采集所述脉宽；
返回单元，用于当所述脉宽小于所述预设脉宽阈值时，控制所述第二调整单元重新执行所述保持所述负载功率不变，将所述输出电压降低预设调整电压值的操作；
第二处理单元，用于当所述脉宽大于或等于所述预设脉宽阈值时，停止降低所述输出电压。
9.根据权利要求6所述的提高电流采样精度的系统，其特征在于，所述采集模块周期性采集所述脉冲控制电路输出电压对应的驱动脉冲的脉宽。
10.根据权利要求6所述的提高电流采样精度的系统，其特征在于，所述电流采样模块在脉宽调整后的驱动脉冲的脉宽中间进行电流采样。
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