CN109085876B - 一种电流控制器及电流处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流控制器及电流处理装置，电流处理装置包括：电流采样芯片和电流控制器，通过将电流控制器的比例路径和积分路径进行分离，并采用具有不同动态特性的反馈电流信号工作，满足了比例项和积分项对不同反馈电流精度的要求，从而使电流控制器在满足稳态精度的同时具有良好的动态性能。

Description

一种电流控制器及电流处理装置
技术领域
本发明涉及电流控制技术领域，更具体的说，涉及一种电流控制器及电流处理装置。
背景技术
传统方案中，电流采样芯片(一般使用Σ-Δ型转换芯片)实时采集具有伺服***的被控制设备(如空调)输出的电流测量值，然后将该电流测量值输出至电流控制器，通过电流控制器对电流测量值进行误差处理，得到接近于期望值的电流，然后将得到的电流输出至被控制设备，实现对被控设备电流的调节。
传统的电流控制器一般采用比例积分控制器，其中，比例(P)部分的功能是抑制快速的负载变化，但对于电流精度要求并不高，因此电流采样芯片的短延迟和低抽取率对比例部分有力；积分(I)部分的功能是确保电流控制器稳态精度，对电流要求精度高，因此电流采样芯片的较长延时和高抽取率对积分部分有力。
然而，在常规的比例积分控制器中，采用的是相同的反馈电流信号，这意味着反馈电流信号的动态特性必须适合两种控制路径(即比例路径和积分路径)，这也成为了传统电流控制器中，单反馈电流采样方式存在的弊病。
发明内容
有鉴于此，本发明公开一种电流控制器及电流处理装置，以实现电流控制器在满足稳态精度的同时具有良好的动态性能。
一种电流控制器，包括：
第一加法器，用于将第一精度反馈电流与期望值进行比较，得到第一偏差信号，其中，所述第一精度反馈电流为电流采样芯片对被控制设备输出的电流测量值按照比例器对电流的精度要求转换后得到；
与所述第一加法器连接的比例器，用于对所述第一加法器输出的所述第一偏差信号进行比例处理，得到比例处理信号；
第二加法器，用于将第二精度反馈电流与所述期望值进行比较，得到第二偏差信号，其中，所述第二精度反馈电流为所述电流采样芯片对所述电流测量值按照积分器对电流的精度要求转换后得到；
与所述第二加法器连接的积分器，用于对所述第二加法器输出的所述第二偏差信号进行积分处理，得到积分处理信号；
分别与所述比例器和所述积分器连接的第三加法器，用于将所述比例处理信号和所述积分处理信号叠加，得到用于输出至所述被控制设备的控制电流信号。
一种电流处理装置，包括上述所述的电流控制器，以及电流采样芯片，所述电流采样芯片具有用于电流精度转换的操作界面；
所述电流采样芯片的输入端与被控制设备的电流输出端连接，所述电流采样芯片的输出端分别与所述电流控制器的第一加法器、第二加法器连接，其中，所述输出端用于向所述第一加法器输出所述电流采样芯片对所述被控设备输出的电流测量值，按照比例器对电流的精度要求转换后得到的第一精度反馈电流，向所述第二加法器输出所述电流采样芯片对所述电流测量值，按照积分器对电流的精度要求转换后得到的第二精度反馈电流。
优选的，还包括：
分别与所述电流采样芯片、所述被控制设备连接，用于将第三精度反馈电流与电流保护阈值进行比较，得到保护信号，并将所述保护信号输出至所述被控制设备，使所述被控设备进行电流保护的电流保护模块，其中，所述第三精度反馈电流为所述电流采样芯片对所述电流测量值按照所述电流保护模块对电流的精度要求转换后得到。
优选的，所述电流保护模块包括：第四加法器。
从上述的技术方案可知，本发明公开了一种电流控制器及电流处理装置，电流处理装置包括：电流采样芯片和电流控制器，通过将电流控制器的比例路径和积分路径进行分离，并采用具有不同动态特性的反馈电流信号工作，满足了比例项和积分项对不同反馈电流精度的要求，从而使电流控制器在满足稳态精度的同时具有良好的动态性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种电流控制器框图；
图2为传统电流控制器框图；
图3为本发明实施例公开的一种电流处理装置的结构示意图；
图4为本发明实施例公开的一种电流处理装置的操作界面示意图；
图5为本发明实施例公开的一种操作界面中功能码的切换流程图；
图6为本发明实施例公开的一种电流处理装置的结构示意图；
图7为本发明实施例公开的一种电流保护模块框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种流控制器及电流处理装置，以实现电流控制器在满足稳态精度的同时具有良好的动态性能。
参见图1，本发明一实施例公开的一种电流控制器框图，该电流控制器包括：第一加法器、第二加法器、比例器、积分器和第三加法器；
其中：
第一加法器，用于将第一精度反馈电流与期望值进行比较，得到第一偏差信号，其中，所述第一精度反馈电流为电流采样芯片(图1中未示出)对被控制设备输出的电流测量值按照比例器(图1中的标记P)对电流的精度要求转换后得到。
具体的，在实际中，电流控制器比例部分的功能是抑制快速的负载变化，但对于电流精度要求并不高，因此，电流采样芯片的抽取率较低，也即电流采样芯片对被控设备输出的电流测量值的采样精度不高时，可以满足电流控制器比例部分的动态响应速度。本实施例中，电流采样芯片能够对采集的被控设备输出的电流测量值的精度进行转换，具体将电流测量值按照比例器对电流的精度要进行转换，以满足电流控制器比例部分(即比例器)对电流精度的要求。
比例器(即图1中的标记P)与所述第一加法器连接，用于对所述第一加法器输出的所述第一偏差信号进行比例处理，得到比例处理信号。
第二加法器，用于将第二精度反馈电流与所述期望值进行比较，得到第二偏差信号，其中，所述第二精度反馈电流为所述电流采样芯片对所述电流测量值按照积分器对电流的精度要求转换后得到；
具体的，在实际中，电流控制器积分部分的功能是确保电流控制器的稳态精度，对电流精度要求高，因此，电流采样芯片的抽取率较高，也即电流采样芯片对被控设备输出的电流测量值的采样精度高时，可以满足电流控制器积分部分稳态精度。本实施例中，电流采样芯片能够对采集的被控设备输出的电流测量值的精度进行转换，具体将电流测量值按照积分器对电流的精度要求进行转换，以满足电流控制器积分部分(及积分器)对电流精度的要求。
积分器(即图1中的I)与所述第二加法器连接，用于对所述第二加法器输出的所述第二偏差信号进行积分处理，得到积分处理信号。
第三加法器分别与所述比例器和所述积分器连接，用于将所述比例处理信号和所述积分处理信号叠加，得到用于输出至所述被控制设备的控制电流信号。
综上可知，本发明通过将电流控制器的比例路径和积分路径进行分离，并采用具有不同动态特性的反馈电流信号工作，满足了比例项和积分项对不同反馈电流精度的要求，从而使电流控制器在满足稳态精度的同时具有良好的动态性能。
为进一步说明本发明公开的电流控制器相比传统方案而言，实现了比例路径和积分路径的分离，本发明还提供了传统电路控制器框图以作比较。如图2所示的传统电流控制器框图，积分器将反馈电流信号与期望值进行比较，产生偏差信号，该偏差信号同时作用于比例器(图2中的标记P)和积分器(图2中的标记I)，换言之，积分器和比例器采用相同的反馈电流信号，因此，该反馈电流信号的动态特性必须同时适合比例路径和积分路径，才能使电流控制器在满足稳态精度的同时具有良好的动态性能。然而，在实际应用中，要选取合适精度的反馈电流信号，以同时满足两种控制路径并不容易，这也成为了单反馈电流采样方式存在的弊病。本发明为解决这一弊病，将电流控制器的比例路径和积分路径进行了分离，并采用具有不同动态特性的反馈电流信号工作，从而满足了比例项和积分项对不同反馈电流精度的要求，使电流控制器在满足稳态精度的同时具有良好的动态性能。
与上述实施例相对应，本发明还公开了一种电流处理装置。
参见图3，本发明实施例公开的一种电流处理装置的结构示意图，该电流处理装置包括图1所示的电流控制器11以及电流采样芯片12，该电流采样芯片12具有用于电流精度转换的操作界面，通过该操作界面更改电流采样芯片的抽取率，实现对电流采样精度的设置。
较优的，在实际中，电流采样芯片12可以选用Σ-Δ型转换芯片，相比传统Σ-Δ型转换芯片而言，本实施例中的Σ-Δ型转换芯片具有用于电流精度转换的操作界面，也即该Σ-Δ型转换芯片的抽取率可以由用户根据实际需要而定。
如图4所示，本发明公开的一种电流处理装置的操作界面示意图，其中，该操作界面中各按键的功能可参见表1，表1具体如下：
表1
在电流处理装置中，电流采样芯片12的输入端与被控制设备10的电流输出端连接，所述电流采样芯片12的输出端分别与所述电流控制器的第一加法器、第二加法器连接，其中，所述输出端用于向所述第一加法器输出所述电流采样芯片12对所述被控设备输出的电流测量值，按照比例器对电流的精度要求转换后得到的第一精度反馈电流，向所述第二加法器输出所述电流采样芯片对所述电流测量值，按照积分器对电流的精度要求转换后得到的第二精度反馈电流。
结合图4和表1，举例说明电流处理装置对被控设备输出的电流测量值进行精度调节的过程，具体如下：
在电流处理装置上电后，图4所示的操作界面显示“rdy”，表示装置已经启动，正在等待电流检测使能信号，不能进行检测，在确定该电流检测使能信号有效后，显示“run”，电流检测使能信号启动，检测开始，具体如表2所示，
表2
功能码为PXX.00，按“MODE”键可切换功能码，如图5所示，按一次“MODE”按键，可切换一次，如将P00.00切换为P01.00，将P01.00切换为P02.00，将P02.00切换为P03.00等。
对于比例器，由于比例分量反馈信号的快速转换时间使相位裕度增加，从而可用于高带宽电流控制，因此，可以设置电流采样芯片的抽取率为64，操作步骤如下：
在选定功能码P02.00之后，按“SET”键进入查看该功能码的数值，按 三个按键进行参数修改，直至将参数修改为64。
在一个开关频率周期内，积分器的电流信号需要低噪声以实现高精度电流控制，因此，可设置电路采样芯片的抽取率为128，操作步骤如下：
在选定功能码P03.00之后，按“SET”键进入查看该功能码的数值，按 三个按键进行参数修改，直至将参数修改为128。
在上述设置结束之后，选定功能码P00.00，按“SET”键进入，设置检测为1，开始检测被控制设备输出的电流测量值。
需要说明的是，在实际应用中，用户可以根据实际需求设置电流采样芯片的抽取率，电流转换芯片所支持的主频可依据实际需要而定，如20MHZ，本发明在此不做限定。
参见图6，本发明另一实施例公开的一种电流处理装置的结构示意图，在图3所示实施例的基础上，还包括：电流保护模块13；
分别与所述电流采样芯片12、所述被控制设备10连接，用于将第三精度反馈电流与电流保护阈值进行比较，得到保护信号，并将所述保护信号输出至所述被控制设备10，使所述被控设备10进行电流保护，其中，所述第三精度反馈电流为所述电流采样芯片12对所述电流测量值按照所述电流保护模块13对电流的精度要求转换后得到。
需要说明的是，本实施例中的电流保护模块13用于过流检测，在实际应用中，可以通过操作界面，将电流采用芯片12的抽取率设置为8～16之间的值，信号精度约为2％，从而可以加快电流精度的转换时间。
操作步骤如下：
在选定功能码P01.00之后，按“SET”键进入查看该功能码的数值，按 三个按键进行参数修改，直至将参数修改为16之后，按“SET”键将参数保存，在按“SET”键退出该功能码。
需要说明的是，电流保护模块13所在的信号通道取代了传统驱动器设计中的离散模拟过流比较器。
较优的，电流保护模块13包括第四加法器，具体如图7所示。
综上，电流采样芯片12能够将被控制设备输出的电流测量值，按照比例器对电流的精度要求转换得到第一精度反馈电流，并输出至电流控制器的第一加法器，将该电流测量值按照积分器对电流的精度要求转换得到第二精度反馈电流，并输出至电流控制器的第二加法器；第一加法器将第一精度反馈电流与期望值进行比较，得到第一偏差信号，并将其输出至电流控制器的比例器，第二加法器将第二精度反馈电流与期望值进行比较，得到第二偏差信号，并将其输出值电流控制器的积分器；将该电流测量值按照电流保护模块13对电流的精度要求转换得到第三精度反馈电流，并输出值电流保护模块13，从而实现对被控制设备10的过流保护。换言之，本发明将电流控制器的比例路径和积分路径进行了分离，并采用具有不同动态特性的反馈电流信号工作，以满足比例项和积分项对不同反馈电流精度的要求，使电流控制器在满足稳态精度的同时具有良好的动态性能，同时，还可以实现对被控设备10的过流保护。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种电流控制器，其特征在于，包括：
第一加法器，用于将第一精度反馈电流与期望值进行比较，得到第一偏差信号，其中，所述第一精度反馈电流为电流采样芯片对被控制设备输出的电流测量值按照比例器对电流的精度要求转换后得到；
与所述第一加法器连接的比例器，用于对所述第一加法器输出的所述第一偏差信号进行比例处理，得到比例处理信号；
第二加法器，用于将第二精度反馈电流与所述期望值进行比较，得到第二偏差信号，其中，所述第二精度反馈电流为所述电流采样芯片对所述电流测量值按照积分器对电流的精度要求转换后得到；
与所述第二加法器连接的积分器，用于对所述第二加法器输出的所述第二偏差信号进行积分处理，得到积分处理信号；
分别与所述比例器和所述积分器连接的第三加法器，用于将所述比例处理信号和所述积分处理信号叠加，得到用于输出至所述被控制设备的控制电流信号。
2.一种电流处理装置，其特征在于，包括权利要求1所述的电流控制器，以及电流采样芯片，所述电流采样芯片具有用于电流精度转换的操作界面；
所述电流采样芯片的输入端与被控制设备的电流输出端连接，所述电流采样芯片的输出端分别与所述电流控制器的第一加法器、第二加法器连接，其中，所述输出端用于向所述第一加法器输出所述电流采样芯片对被控设备输出的电流测量值，按照比例器对电流的精度要求转换后得到的第一精度反馈电流，向所述第二加法器输出所述电流采样芯片对所述电流测量值，按照积分器对电流的精度要求转换后得到的第二精度反馈电流。
3.根据权利要求2所述的电流处理装置，其特征在于，还包括：
分别与所述电流采样芯片、所述被控制设备连接，用于将第三精度反馈电流与电流保护阈值进行比较，得到保护信号，并将所述保护信号输出至所述被控制设备，使所述被控设备进行电流保护的电流保护模块，其中，所述第三精度反馈电流为所述电流采样芯片对所述电流测量值按照所述电流保护模块对电流的精度要求转换后得到。
4.根据权利要求3所述的电流处理装置，其特征在于，所述电流保护模块包括：第四加法器。
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