CN111947713B - 一种采样方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采样方法及系统，采用设置的采样周期对功率回路中的信号进行采样，所述方法包括：对所述采样周期或所述功率回路的开关周期进行微调，使得所述采样周期与所述功率回路的开关周期的最小公倍数为所述采样周期与所述功率回路的开关周期的乘积。采用本发明的技术方案，可降低采样时产生的拍频干扰。

Description

一种采样方法及系统
技术领域
本发明涉及带有模数转换器采样同时具有功率开关管的电力电子产品领域，具体涉及一种可降低拍频干扰的采样方法及系统。
背景技术
一般开关电源工作时需要采集电压电流、温度等数据，一般通过MCU的ADC模数转换通道采集采样电路的电压，软件做滤波处理，再进行相关计算，得出接近真实值的数据。
当功率回路工作时，功率开关管开通关断瞬间会产生开关噪声，由于管子开关频率一定，则噪声频率一定，当MCU采样的频率与开关频率有倍频关系时，容易形成拍频，MCU在采样时会有开关噪声干扰采样回路，影响采样结果。
如图1所示，图1是现有技术中功率回路的开关噪声干扰ADC采样的示意图。采样的MCU与控制功率回路的DSP芯片使用的是同频率的晶振时，DSP芯片与MCU的机器时钟运行周期理论上相同。
因功率控制原理，与采样函数的习惯用法，功率回路的开关频率a与采样的频率b一般为整数，基于以下最小公倍数公式：
最小公倍数（a,b）=(a*b)/最大公约数（a,b） （1）
根据最小公倍数公式，功率回路的开关频率与采样的频率存在最小公倍数，如果存在得最小公倍数绝对值比较小，这就容易形成高频率得拍频干扰。如图1所示，在某一次采样时落入干扰时区，则下一次采样仍会在干扰时区。
因晶振个体存在差异，采样芯片的机器时钟运行周期与控制功率的DSP芯片的机器时钟运行周期存在细小的时间差△T，每次采样的时间点相对开关管的时间轴会偏移，采样的时间点会周期性脱离干扰时区。当采样在干扰时区时，ADC采集到的数据受开关噪声干扰远远偏离实际值。脱离干扰区后采样的值则接近真实值，表现为采样值不规则跳变。
因晶振一般精度极高，从0.1PPM到200PPM有多种规格，精度越高，△T越小，落入干扰时区后越难脱离。而电力电子系统往往要求晶振精度较高，在这个系统里反而会导致采样更容易落入干扰区。功率回路的开关噪声干扰能力大，靠滤波无法完全滤去干扰。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种可降低拍频干扰的采样方法及系统。
本发明实施例中，提供了一种采样方法，采用设置的采样周期对功率回路中的信号进行采样，其特征在于，所述方法包括：
对所述采样周期或所述功率回路的开关周期进行微调，使得所述采样周期与所述功率回路的开关周期的最小公倍数为所述采样周期与所述功率回路的开关周期的乘积。
本发明实施例中，所述的采样方法具体包括：
判断所述采样周期与所述功率回路的开关周期之间的最小公倍数是否为所述采样周期与所述功率回路的开关周期的乘积；
是则，维持所述采样周期与所述功率回路的开关周期不变；
否则，对所述采样周期或所述功率回路的开关周期进行微调，使得所述采样周期与所述功率回路的开关周期的最小公倍数为所述采样周期与所述功率回路的开关周期的乘积。
本发明实施例中，采用AD转换器进行采样。
本发明实施例中，还提供了一种采样系统，其采用上述的采样方法进行采样。
与现有技术相比较，采用本发明的采样方法及系统，采用设置的采样周期对功率回路中的信号进行采样时，对所述采样周期或所述功率回路的开关周期进行微调，使得所述采样周期与所述功率回路的开关周期的最小公倍数为所述采样周期与所述功率回路的开关周期的乘积，使得所述采样功率回路的开关频率与采样频率得最小公倍数得绝对值比较大，降低了形成拍频干扰的频率，从而可有效地防止拍频干扰对采样的影响。
附图说明
图1是现有技术中功率回路的开关噪声干扰ADC采样的示意图。
图2是本发明实施例的采样方法的流程图。
图3为采样周期与开关周期的最小公倍数不为两者乘积的软件仿真结果图。
图4为采样周期与开关周期的最小公倍数为两者乘积的软件仿真结果图。
图5为100us采样周期在实际电路中采集的温度AD值。
图6 为100.03us采样周期在实际电路中采集的温度AD值。
图7为100us采样周期在实际电路中采集的温度统计正态分布直方图。
图8 为100.03us采样周期在实际电路中采集的温度统计正态分布直方图。
具体实施方式
为解决采样时存在拍频干扰的技术问题，本发明实施例采用的技术方案是：在功率回路开关频率不变的情况下，调整采样频率避开功率回路的开关噪声干扰时区，从而减少功率回路的干扰。
如图2所示，本发明实施例提供的采样方法，具体包括：
判断所述采样周期与所述功率回路的开关周期之间的最小公倍数是否为所述采样周期与所述功率回路的开关周期的乘积；
是则，维持所述采样周期与所述功率回路的开关周期不变；
否则，对所述采样周期或所述功率回路的开关周期进行微调，使得所述采样周期与所述功率回路的开关周期的最小公倍数为所述采样周期与所述功率回路的开关周期的乘积。
图3为采样周期与开关周期的最小公倍数不为两者乘积的软件仿真结果图（从上到下依次为采样结果，采样周期，开关干扰），仿真增加了开关管的干扰时区，噪声干扰周期为80KHz，采样周期为10KHz，仿真显示结果为采样值呈现不同幅值的波动。
采样频率10K，周期
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
开关管开关频率80K，周期为，
Figure 698126DEST_PATH_IMAGE002
，
两者的最小公倍数为100us，每次采样都会和开关时间点重叠，必定会产生高频率的拍频干扰。
为避免与开关频率拍频，在本发明实施例的技术方案中，应使采样周期与功率管子的开关周期最小整数公倍数为两者的乘积，例如，可将采样周期增加0.03us，从而降低采样点与开关时间点重叠的几率。
采样周期增加0.03us后，最小整数公倍数为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，即每采样100次有1次会与开关时间点重叠受干扰，其余时刻避开了开关时间点而能采样到真实值。
图4为采样周期增加0.03us后的仿真结果，图4从上到下依次为采样结果，采样周期，开关干扰。从采样结果可以得出在重叠点前后几次采样都在干扰区采样，采样值有波动，其余时刻采样都是稳定的真实值，跟图3的对比可以看出，通过偏移采样周期的方式，可以大大降低采样的拍频干扰。
为验证上述理论推论，申请人同时在实际电路中做了如下得物理实验证明，基于DSP芯片，其它条件保持一致，通过测试对比采样时间为100us 和100.03us得采样结果。其具体采样结果如下：
图5为100us采样周期在实际电路中采集的温度AD值。
图6 为100.03us采样周期在实际电路中采集的温度AD值。与图5相比，从采样结果来看可以初步判定采样AD抖动幅度和频率都有变小的趋势。
运用数学统计方法处理图5和图6两种采样周期得到的采样数据，可以得到图7和图8所示的分别在100us采样周期和100.03us采样周期中采集到的温度统计正态分布直方图。
其中，正态分布曲线公式如下：
Figure 637263DEST_PATH_IMAGE004
，
由正态分布曲线特性可知，δ越小，数据越集中。从统计结果来看，采样周期为100us的数据得出δ=2.5，极差36，采样周期为100.03us的数据得出δ=1.7，极差23，可见采样周期加入0.03us后，采集到的AD值更加集中，意味着受到的干扰减少了。
需要说明的是，由于修改采样周期的影响比较小，优先推荐修改采样周期，但是在一些不易修改采样周期的情况下，也可以通过修改功率回路开关周期，降低采样点与开关时间点重叠的几率，减少拍频的影响。
综上所述，采用本发明的采样方法及系统，采用设置的采样周期对功率回路中的信号进行采样时，对所述采样周期或所述功率回路的开关周期进行微调，使得所述采样周期与所述功率回路的开关周期的最小公倍数为所述采样周期与所述功率回路的开关周期的乘积，使得所述采样功率回路的开关频率与采样频率得最小公倍数得绝对值比较大，降低了形成拍频干扰的频率，从而可有效地防止拍频干扰对采样的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种采样方法，采用设置的采样周期对功率回路中的信号进行采样，其特征在于，所述方法包括：
对所述采样周期或所述功率回路的功率开关管开关周期进行微调，使得所述采样周期与所述功率回路的功率开关管开关周期的最小公倍数为所述采样周期与所述功率回路的功率开关管开关周期的乘积。
2.如权利要求1所述的采样方法，其特征在于，所述方法具体包括：
判断所述采样周期与所述功率回路的功率开关管开关周期之间的最小公倍数是否为所述采样周期与所述功率回路的功率开关管开关周期的乘积；
是则，维持所述采样周期与所述功率回路的功率开关管开关周期不变；
否则，对所述采样周期或所述功率回路的功率开关管开关周期进行微调，使得所述采样周期与所述功率回路的功率开关管开关周期的最小公倍数为所述采样周期与所述功率回路的功率开关管开关周期的乘积。
3.如权利要求1所述的采样方法，其特征在于，采用AD转换器进行采样。
4.一种采样系统，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的采样方法进行采样。
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