一种基于高性能制造技术

本发明专利技术提供一种基于高性能

【技术实现步骤摘要】
一种基于高性能MCU的电流回采电路及其控制策略


[0001]本专利技术涉及
PWM
电流检测计算
，更具体地，涉及一种基于高性能
MCU
的电流回采电路及其控制策略
。

技术介绍

[0002]随着先进电力电子技术地不断出现，电子设备的应用领域变的越来越广泛，负载用电设备的种类也越来越多，对控制技术的要求也越来越高，脉宽调制技术
(PWM
，
Pulse Width Modulation)
的运用在工业控制里非常广泛，例如使用
PWM
信号控制温度
、
控制比例阀的开度
、
控制电机的转速
、
控制舵机的转向等，而要实现精确的控制，对电流的检测就是其中重要的一部分
。
[0003]PWMi
是指是
PWM
调制的方波电压作用在负载上产生的电流；其中，负载可以是电阻
/
电容
/
电感任一类型负载，如电机
、
比例阀等，然后通过电流输入及转换电路，再通过信号回采进行电流检测，因为
PWM
调制的波形是由控制器输出，但负载电流未知，而进行
PID
控制时需要电流的实时信息进行采集与检测，再进行反馈控制，另外，控制器也需要采集电流来进行过流
、
开路
、
短路等状态判断，所以对电流进行准确的检测是比较基本的要求，然而，从实际电流波形或采样后的波形可以看出
PWM
的波形容易发生畸变，需要进行多倍过采样取平均技术，保证精度
。
[0004]目前已有使用英飞凌公司带电流回采的专用高边
/
低边驱动开关芯片，但专用驱动开关参数固化
、PWM
频率受限，最高频率只能达到
2kHz
，回采响应延时不可调，且电流驱动能力限制在
3A
以内，不足以满足更高要求的场景；另外，现有的电流回采电路使用普通的微控制单元
(Micro Controller Unit
，
MCU)
，不支持数字比较器功能，需要配置独立过流
、
短路保护电路，饱和阈值和响应时间计算复杂，且
MOS
管开通关断瞬间的会造成尖峰干扰，容易导致误触发保护，影响使用体验
。
[0005]现有技术公开了一种新型数字
PWM
变换器低延迟电流采样方法，在单个
PWM
周期的初始点和中点对电流信号进行双次采样，将中点采样结果与初始点采样结果相减，得到电流变化量，将中点采样所得电流与电流变化量相加，对下一个
PWM
周期初始点的电流进行预测，并将预测值作为实时电流反馈信号，实现低延迟的电流采样，但该现有技术中的方法仅仅是使用了两倍的过采样技术，由于
ADC
检测前端的
RC
滤波器会导致相位延迟，两倍过采样可能没有精准的定位到
PWM
起始和中间点，导致精度误差大；若
RC
滤波器设计的截止频率较低，虽然能够降低精度误差，但导致了更严重的相位延迟，造成控制环路动态性能差
。
[0006]现有技术中还公开了一种
PWMi
的检测方法与装置，将电流信号采集单元
ADC
的采样率根据
PWM
频率值的划分区间频率配置，确保一个
PWM
周期内的采样点数可控，考虑一个周期内采样点的适中个数以及
PWM
频率跨度大的问题，将
PWM
频率值的范围按频率由小及大的顺序划分为若干个区间频率段，平衡了
PWM
波形频率的高频部分和低频部分采样，既可以保证精度，又不需要太大的存储空间，针对于采样点，以标识的方式确定一个
PWM
周期精准起始点，快速得到检测结果；但该现有技术中的方法使用了连续的
ADC
采样模式，对各频率
区间段进行了分支判断，非常繁琐，容易出错，程序的可读性和可维护性较差，且仍然使用累加取平均的方式，增加了运算量，可能导致不能在下一周期
PWM
起始前更新
PWM
新占空比值，无法满足控制的时效性要求
。

技术实现思路

[0007]本专利技术为克服上述现有技术中的采样方法参数固化
、
精度低
、
计算量大和实时性差的缺陷，提供一种基于高性能
MCU
的电流回采电路及其控制策略，能够提高精度
、
降低计算量，并提高实时性
。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种基于高性能
MCU
的电流回采电路，包括：高性能
MCU、MOS
管驱动单元
、
电流传感单元
、MOS
管
、
二极管
、
采样电阻和外接负载；
[0010]所述高性能
MCU
中设置有
PWM
输出模块
、ADC
模数转换模块和
ACMP
模拟比较模块；
[0011]所述电流回采电路的连接方式包括高边驱动电路和低边驱动电路；
[0012]当所述电流回采电路的连接方式为高边驱动电路时，
MOS
管为
PMOS
管，所述高性能
MCU
中的
PWM
输出模块与
MOS
管驱动单元的一端电连接，
MOS
管驱动单元的另一端与
MOS
管的栅极电连接，
MOS
管的源极连接外部电源，
MOS
管的漏极分别与二极管的负极和采样电阻的一端电连接，二极管的正极接地，采样电阻的另一端与外接负载的一端电连接，外接负载的另一端接地；
[0013]所述电流传感单元包括正输入端
、
负输入端
、
第一输出端和第二输出端，电流传感单元的正输入端与采样电阻的一端电连接，负输入端与采样电阻的另一端电连接，电流传感单元的第一输出端和第二输出端分别与高性能
MCU
中的
ADC
模数转换模块和
ACMP
模拟比较模块电连接；
[0014]当所述电流回采电路的连接方式为低边驱动电路时，
MOS
管为
NMOS
管，所述高性能
MCU
中的
PWM
输出模块与
MOS
管驱动单元的一端电连接，
MOS
管驱动单元的另一端与
MOS
管的栅极电连接，
MOS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于高性能
MCU
的电流回采电路，其特征在于，包括：高性能
MCU、MOS
管驱动单元
、
电流传感单元
、MOS
管
、
二极管
、
采样电阻和外接负载；所述高性能
MCU
中设置有
PWM
输出模块
、ADC
模数转换模块和
ACMP
模拟比较模块；所述电流回采电路的连接方式包括高边驱动电路和低边驱动电路；当所述电流回采电路的连接方式为高边驱动电路时，
MOS
管为
PMOS
管，所述高性能
MCU
中的
PWM
输出模块与
MOS
管驱动单元的一端电连接，
MOS
管驱动单元的另一端与
MOS
管的栅极电连接，
MOS
管的源极连接外部电源，
MOS
管的漏极分别与二极管的负极和采样电阻的一端电连接，二极管的正极接地，采样电阻的另一端与外接负载的一端电连接，外接负载的另一端接地；所述电流传感单元包括正输入端
、
负输入端
、
第一输出端和第二输出端，电流传感单元的正输入端与采样电阻的一端电连接，负输入端与采样电阻的另一端电连接，电流传感单元的第一输出端和第二输出端分别与高性能
MCU
中的
ADC
模数转换模块和
ACMP
模拟比较模块电连接；当所述电流回采电路的连接方式为低边驱动电路时，
MOS
管为
NMOS
管，所述高性能
MCU
中的
PWM
输出模块与
MOS
管驱动单元的一端电连接，
MOS
管驱动单元的另一端与
MOS
管的栅极电连接，
MOS
管的源极接地，
MOS
管的漏极分别与二极管的正极和采样电阻的一端电连接，二极管的负极连接外部电源，采样电阻的另一端与外接负载的一端电连接，外接负载的另一端连接外部电源；所述电流传感单元包括正输入端
、
负输入端
、
第一输出端和第二输出端，电流传感单元的负输入端与采样电阻的一端电连接，正输入端与采样电阻的另一端电连接，电流传感单元的第一输出端和第二输出端分别与高性能
MCU
中的
ADC
模数转换模块和
ACMP
模拟比较模块电连接
。2.
根据权利要求1所述的一种基于高性能
MCU
的电流回采电路，其特征在于，所述电流传感单元包括：电流传感运算放大器
、
电阻
R1、
电阻
R2、
电阻
R3、
电阻
R4、
电容
C1、
电容
C2、
电容
C3
和电容
C4
；所述电流传感运算放大器包括正输入接线端
、
负输入接线端
、
输出接线端
、
电源接线端和地接线端；所述电容
C2
的两端分别与电流传感运算放大器的正输入接线端和负输入接线端电连接；所述电流传感运算放大器的输出接线端分别连接电阻
R2
和电阻
R4
的一端，电阻
R2
的另一端作为电流传感单元的第一输出端，分别与
ADC
模数转换模块和电容
C3
电连接；电阻
R4
的另一端作为电流传感单元的第二输出端，分别与
ACMP
模拟比较模块和电容
C4
电连接；电容
C3
和电容
C4
的另一端接地；当所述电流回采电路的连接方式为高边驱动电路时，所述电流传感运算放大器的正输入接线端连接电阻
R3
的一端，电阻
R3
的另一端作为电流传感单元的正输入端，与采样电阻的一端电连接；电流传感运算放大器的负输入接线端连接电阻
R1
的一端，电阻
R1
的另一端作为电流传感单元的负输入端，与采样电阻的另一端电连接；电流传感运算放大器的电源接线端接地，地接线端分别连接电容
C1
的一端和外部工作电压，电容
C1
的另一端接地；
当所述电流回采电路的连接方式为低边驱动电路时，所述电流传感运算放大器的负输入接线端连接电阻
R3
的一端，电阻
R3
的另一端作为电流传感单元的负输入端，与采样电阻的一端电连接；电流传感运算放大器的正输入接线端连接电阻
R1
的一端，电阻
R1
的另一端作为电流传感单元的正输入端，与采样电阻的另一端电连接；电流传感运算放大器的地接线端接地，电源接线端分别连接电容
C1
的一端和外部工作电压，电容
C1
的另一端接地
。3.
根据权利要求2所述的一种基于高性能
MCU
的电流回采电路，其特征在于，所述高性能
MCU
具体为芯驰
R5
内核
E3430
芯片，包括
32
个
PWM
输出模块
、3
个
12
位
ADC
模数转换模块和4个
ACMP
模拟比较模块；所述电流传感运算放大器具体为
INA193AIDBVT
芯片
。4.
根据权利要求3所述的一种基于高性能
MCU
的电流回采电路，其特征在于，所述外部电源的电压为
24V
，所述电流传感运算放大器的外部工作电压为
3.3V。5.
一种基于高性能
MCU
的电流回采电路控制策略，基于预设的
PID
控制器控制权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡辉，王权伟，易志刚，吕治国，舒鹏飞，
申请(专利权)人：株洲嘉成科技发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：