CN106612084B - 电流采样处理电路及采样处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及采样电路及方法技术领域，具体公开一种电流采样处理方法，用于对一由PWM开关电源电压供电的待测设备进行电流采样。方法包括步骤：在每次侦测到为待测设备供电的PWM开关电源电压中间点时产生一触发信号，其中，中间点为PWM开关电源电压的高电平时段或低电平时段的中点；在接收到触发信号时以N倍PWM开关电源电压的频率对待测设备的电流进行采样；获取采样得到的电流采样值；根据PWM开关电源电压的占空比及获取的对应PWM周期内的N个采样值确定一最佳采样值。本发明还提供一种电流采样处理电路。本发明的电流采样处理方法及电流采样处理电路，可避免PWM开关电源电压切换时产生的毛刺和纹波对电流采样的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种采样电路及方法技术领域，特别涉及一种电流采样处理电路及采样处理方法。
背景技术
众所周知，数字控制的交流伺服驱动器是通过反馈电流实现对转矩的控制，电流环是典型的“位置-速度-电流”三闭环控制系统中决定系统性能的最重要的一环。对电流的实时准确采样，是提高控制系统性能至关重要的技术。
然而，电流采样的难点在于避开或滤除纹波和毛刺。一般而言，施加给电机的直流电源通过高频PWM控制的三相桥式逆变器后输出为高频方波形式的PWM开关电源电压，所述PWM开关电源电压加在电机上时，利用电机自身电感的滤波作用，使得流过电机中的电流为基波为正弦的电流。所述电流包含了三角波形状的纹波，并且在用于产生PWM开关电源电压的PWM开关管切换时，对应也处于正负切换时刻的电机电流也有巨大的尖刺。而PWM开关管的切换频率越小或电机电感越小，纹波和毛刺幅度会越大，大大降低了电流采样的精准度。因此，在对电机电流进行采样时，如何避免受到纹波和毛刺的影响，是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明旨在克服现有电流采样技术的缺陷，能极大程度地避免采样过程中受到纹波和毛刺的影响，提高采样精准度。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电流采样处理电路，用于对一由PWM开关电源电压供电的待测设备进行电流采样，其中，所述电流采样处理电路包括同步处理单元、电流采样单元以及采样值获取分析单元。所述同步处理单元用于在每次侦测到PWM开关电源电压的中间点时产生一触发信号，其中，所述PWM开关电源电压的中间点为所述PWM开关电源电压的PWM周期内的高电平时段或低电平时段的中点。所述电流采样单元与待测设备耦接，用于在接收到所述触发信号时以N倍PWM开关电源电压的频率对所述待测设备的电流进行采样。所述采样值获取分析单元连接于所述同步处理单元以及所述电流采样单元之间，用于获取所述电流采样单元采样得到的电流采样值，并存储所述电流采样值。其中，所述同步处理单元还用于根据所述PWM开关电源电压的占空比及所述采样值获取分析单元获取的对应PWM周期内的N个采样值确定一代表所述待测设备在所述PWM周期内的电流的最佳采样值。
其中，同步处理单元在判断所述PWM开关电源电压的占空比大于20％时，选取所述N个采样值的最中间的一个作为最佳采样值，所述同步处理单元在判断所述PWM开关电源电压的占空比小于等于20％时，选取前M个采样值的最中间的一个作为最佳采样值，其中M小于N。
其中，所述同步处理单元包括PWM计数器，所述PWM计数器在PWM开关电源电压的高电平时段的中间点产生上升沿形式的触发信号。
其中，所述电流采样单元为Σ-Δ型AD转换器，对所述待测设备(200)的电流进行低通滤波以及采样和量化。
其中，所述采样值获取分析单元为一FPGA(Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)芯片，所述同步处理单元为一DSP(digital signal processor，数字信号处理器)单元，所述采样值获取分析单元与所述同步处理单元通过GPIO(GeneralPurpose Input Output，通用输入/输出)引脚进行通信
其中，所述电流采样单元的采样频率为所述PWM开关电源电压频率的5倍。
一种电流采样处理方法，用于对一由PWM开关电源电压供电的待测设备进行电流采样，其特征在于，所述方法包括步骤：在每次侦测到为待测设备供电的PWM开关电源电压中间点时产生一触发信号，其中，所述中间点为所述PWM开关电源电压的PWM周期内的高电平时段或低电平时段的中点；在接收到所述触发信号时以N倍PWM开关电源电压的频率对所述待测设备的电流进行采样；获取所述采样得到的电流采样值，并存储所述电流采样值；根据所述PWM开关电源电压的占空比及所述获取的对应PWM周期内的N个采样值确定一代表所述待测设备在所述PWM周期内的电流的最佳采样值。
其中，所述步骤“根据所述PWM开关电源电压的占空比及所述获取的对应PWM周期内的N个采样值确定一代表所述待测设备在所述PWM周期内的电流的最佳采样值”包括：在判断所述PWM开关电源电压的占空比大于20％时，选取所述N个采样值的最中间的一个作为最佳采样值；以及在判断所述PWM开关电源电压的占空比小于等于20％时，选取前M个采样值的最中间的一个作为最佳采样值，其中M小于N。
其中，所述N等于5。
本发明的有益效果在于：通过将所述电流采样单元的开始采样时间固定对应到所述PWM开关电源电压每个周期内的固定时间点，并以N倍PWM开关电源电压频率的采样频率进行采样，使得最终被选择的采样值对应的时刻避开所述PWM开关电源电压的电压切换时刻，从而可很好的避免受到毛刺和纹波的影响。
附图说明
图1为本发明一实施方式中的可提高采样精准度的电流采样处理电路的模块架构图。
图2为本发明一实施方式中触发信号及电流采样、存储的时序图。
图3为本发明一实施方式中的电流采样处理方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
请参考图1，图1示出了本发明一实施方式中的可提高采样精准度的电流采样处理电路100(以下称为：电流采样处理电路100)。
电流采样处理电路100包括同步处理单元10、电流采样单元20以及采样值获取分析单元30。如背景技术中所描述，待测设备200通过PWM开关电源电压300供电。同步处理单元10用于在每次侦测到PWM开关电源电压300的中间点时产生一触发信号。其中，PWM开关电源电压300的中间点为PWM开关电源电压300的PWM周期内的高电平时段或低电平时段的中点，从而，在一个PWM周期内，同步处理单元10将产生一个触发信号。在本实施方式中，同步处理单元10为一DSP(digital signal processor，数字信号处理器)单元。同步处理单元10可包括集成于DSP单元内的PWM计数器11。如图2所示，PWM计数器11在PWM开关电源电压300的高电平时段的中间点产生上升沿形式的触发信号。其中，同步处理单元10与电流采样单元20以及采样值获取分析单元30均相连。
电流采样单元20用于与待测设备200耦接，并在接收到触发信号时以N倍PWM开关电源电压300的频率对待测设备200的电流进行采样。即，电流采样单元20从PWM开关电源电压300的高电平时段或低电平时段的中点时刻开始，以N倍PWM开关电源电压300频率的采样频率进行采样。其中，电流采样单元20可为AD(模数)转换器，例如Σ-Δ型AD转换器，对待测设备200的电流进行低通滤波以及采样和量化。待测设备200可为电机。N为大于1的自然数。
请一并参阅图2。在一实施方式中，电流采样单元20的采样频率为PWM开关电源电压300频率的5倍。从而，在PWM开关电源电压300的每一PWM周期内，电流采样单元20将进行D1-D5这五个采样周期的采样。如图2所示，在一实施方式中，PWM开关电源电压300的一个PWM周期为80us(微秒)，频率为12.5KHZ(千赫兹)，电流采样单元20的采样周期为16us，频率为62.5KHZ。显然，在其他实施方式中，电流采样单元20的采样频率可为PWM开关电源电压300频率的3倍、7倍、9倍等合适的值。
采样值获取分析单元30连接于同步处理单元10以及电流采样单元20之间，用于获取电流采样单元20采样得到的电流采样值，并存储电流采样值。如图2所示，采样值获取分析单元20获取的电流采样值滞后于电流采样单元20采样之后一个采样周期。例如，如图2所示，在第一个采样周期D1内采样得到的采样值，在第二个采样周期D2内才被采样值获取分析单元20获取并存储。
同步处理单元10还用于根据PWM开关电源电压300的占空比及采样值获取分析单元30获取的一个PWM周期内的N个采样值确定一代表待测设备200在PWM周期内的电流的最佳采样值。
具体的，同步处理单元10在判断PWM开关电源电压300的占空比大于20％时，选取N个采样值的最中间的一个作为最佳采样值，同步处理单元10在判断PWM开关电源电压300的占空比小于等于20％时，选取前M个采样值的最中间的一个作为最佳采样值，其中M小于N。例如，当N为5时，M可为3。
从而，本发明中，通过将电流采样单元20的开始采样时间固定对应到PWM开关电源电压300每个周期内的固定时间点，即固定在PWM开关电源电压300的高电平时段或低电平时段的中点，并以N倍PWM开关电源电压300频率的采样频率进行采样，使得最终被选择的采样值对应的时刻避开PWM开关电源电压300的电压切换时刻，从而可很好的避免受到毛刺和纹波的影响。
其中，同步处理单元10还将最佳采样值送入“位置-速度-电流”三闭环控制系统中的电流环进行相应的控制，由于控制与现有相同，故不在此赘述。
其中，采样值获取分析单元20为一FPGA(Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)芯片。采样值获取分析单元20与同步处理单元10通过GPIO(GeneralPurpose Input Output，通用输入/输出)引脚进行通信。
请参阅图3，为本发明一实施方式中的电流采样处理方法的流程图。首先，同步处理单元10在每次侦测到为待测设备200供电的PWM开关电源电压300的中间点时产生一触发信号，其中，PWM开关电源电压300的中间点为PWM开关电源电压300的高电平时段或低电平时段的中点(S301)。具体的，同步处理单元30包括PWM计数器11，PWM计数器11在PWM开关电源电压300的高电平时段的中间点产生上升沿形式的触发信号。
电流采样单元20在接收到触发信号时以N倍PWM开关电源电压300的频率对待测设备200的电流进行采样(S303)。其中，电流采样单元20为AD(模数)转换器，对待测设备200的电流进行低通滤波以及采样和量化。
采样值获取分析单元30获取电流采样单元20采样得到的电流采样值，并存储电流采样值(S305)。
同步处理单元10根据PWM开关电源电压300的占空比及采样值获取分析单元30获取的对应PWM周期内的N个采样值确定一代表待测设备200在PWM周期内的电流的最佳采样值(S307)。具体的，同步处理单元10在判断PWM开关电源电压300的占空比大于20％时，选取N个采样值的最中间的一个作为最佳采样值，同步处理单元10在判断PWM开关电源电压300的占空比小于等于20％时，选取前M个采样值的最中间的一个作为最佳采样值，其中M小于N。
其中，方法还包括步骤：同步处理单元10还将最佳采样值送入“位置-速度-电流”三闭环控制系统中的电流环进行相应的控制。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种电流采样处理电路(100)，用于对一由PWM开关电源电压(300)供电的待测设备(200)进行电流采样，其特征在于，所述电流采样处理电路(100)包括：
同步处理单元(10)，用于在每次侦测到PWM开关电源电压(300)的中间点时产生一触发信号，其中，所述PWM开关电源电压(300)的中间点为所述PWM开关电源电压(300)的PWM周期内的高电平时段或低电平时段的中点；
电流采样单元(20)，与待测设备(200)耦接，用于在接收到所述触发信号时以N倍PWM开关电源电压(300)的频率对所述待测设备(200)的电流进行采样；以及
采样值获取分析单元(30)，连接于所述同步处理单元(10)以及所述电流采样单元(20)之间，用于获取所述电流采样单元(20)采样得到的电流采样值，并存储所述电流采样值；
其中，所述同步处理单元(10)还用于根据所述PWM开关电源电压(300)的占空比及所述采样值获取分析单元(30)获取的对应PWM周期内的N个采样值确定一代表所述待测设备(200)在所述PWM周期内的电流的最佳采样值；
同步处理单元(10)在判断所述PWM开关电源电压(300)的占空比大于20％时，选取所述N个采样值的最中间的一个作为最佳采样值，所述同步处理单元(10)在判断所述PWM开关电源电压(300)的占空比小于等于20％时，选取前M个采样值的最中间的一个作为最佳采样值，其中M小于N，N为大于1的自然数。
2.如权利要求1所述的电流采样处理电路(100)，其特征在于，所述同步处理单元(10)包括PWM计数器(11)，所述PWM计数器(11)在PWM开关电源电压(300)的高电平时段的中间点产生上升沿形式的触发信号。
3.如权利要求1所述的电流采样处理电路(100)，其特征在于，所述电流采样单元(20)为Σ-Δ型AD转换器，对所述待测设备(200)的电流进行低通滤波以及采样和量化。
4.如权利要求1所述的电流采样处理电路(100)，其特征在于，所述采样值获取分析单元(30)为一FPGA(Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)芯片，所述同步处理单元(10)为一DSP(digital signalprocessor，数字信号处理器)单元，所述采样值获取分析单元(30)与所述同步处理单元(10)通过GPIO(General Purpose Input Output，通用输入/输出)引脚进行通信。
5.如权利要求4所述的电流采样处理电路(100)，其特征在于，所述电流采样单元(20)的采样频率为所述PWM开关电源电压(300)频率的5倍。
6.一种电流采样处理方法，用于对一由PWM开关电源电压供电的待测设备进行电流采样，其特征在于，所述方法包括步骤：
在每次侦测到为待测设备供电的PWM开关电源电压中间点时产生一触发信号，其中，所述中间点为所述PWM开关电源电压的PWM周期内的高电平时段或低电平时段的中点；
在接收到所述触发信号时以N倍PWM开关电源电压的频率对所述待测设备的电流进行采样；
获取所述采样得到的电流采样值，并存储所述电流采样值；
根据所述PWM开关电源电压的占空比及所述获取的对应PWM周期内的N个采样值确定一代表所述待测设备在所述PWM周期内的电流的最佳采样值；
所述步骤“根据所述PWM开关电源电压的占空比及所述获取的对应PWM周期内的N个采样值确定一代表所述待测设备在所述PWM周期内的电流的最佳采样值”包括：
在判断所述PWM开关电源电压的占空比大于20％时，选取所述N个采样值的最中间的一个作为最佳采样值；以及
在判断所述PWM开关电源电压的占空比小于等于20％时，选取前M个采样值的最中间的一个作为最佳采样值，其中M小于N，N为大于1的自然数。
7.如权利要求6所述的电流采样处理方法，特征在于，所述N等于5。
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