快捷搜索:  as  test  1111  test aNd 8=8  test++aNd+8=8  as++aNd+8=8  as aNd 8=8

手机BET365客户端_酒文化网进入



作者:ADI公司Jens Sorensen、Dara O’Sullivan、Shane O’Meara

在高机能电机和伺服驱动器中,基于隔离式sigma-delta(-)的模数转换器(ADC)已成为首选的相电流丈量措施。这些转换器以其强大年夜的电流隔离和卓越的丈量机能而驰誉。跟着新一代ADC的推出,其机能也在赓续前进,然则,要充分使用最新的ADC的功能,就必要对其他的电机驱动器进行响应的设计。

简介

电机驱动器制造商赓续前进其产品的机能和鲁棒性。一些改进是经由过程采纳更先辈的节制算法和更高的谋略能力实现的。其他改进则经由过程最小化反馈电路中的非抱负效应来实现,比如延迟、倾斜和温度漂移。1

就电机节制算法的反馈而言,最关键的部分是相电流的丈量。跟着节制机能前进,系统对时序精度、偏移/增益偏差、多反馈通道的同步等非抱负效应越来越敏感。多年来,半导体公司不停致力于削减反馈旌旗灯号链中的这些非抱负效应,而且这种趋势很可能会持续下去。ADuM7701便是为丈量相电流而优化的最新一代隔离式- ADC示例。虽然ADC的机能很紧张,但也很可能在反馈路径的另外部分造成非抱负效应。本文不斟酌ADC,主要评论争论反馈路径的另外部分。虽然本文着重先容电机节制利用,但它也适用于任何必要- ADC慎密同步的其他系统。

应用- ADC时的范例旌旗灯号链如图1所示。模拟输入电压经由过程让相电流畅过一个电阻分流器来孕育发生。- ADC将模手机BET365客户端拟旌旗灯号转换成1位数据流,并供给电气隔离,是以ADC之后的统统都与电机相电位隔离。转换器之后是经由过程滤波要领履行的解调。该滤波器将1位旌旗灯号转换为多位(M位)旌旗灯号,并经由过程抽取历程低落数据更新速度。虽然滤波器抽取低落了数据速度,但速度平日仍旧过高,无法匹配节制算法的更新速度。为了办理这个问题,我们增添了着末的降采样阶段。

本文假设滤波器和抽取级在FPGA中实现,并且滤波器是一个三阶sinc滤波器(sinc3)。

图1.一种用于丈量相电流的∑-∆旌旗灯号链。

图2.(a)滤波器抽取率为5的sinc滤波器脉冲相应。(b)Sinc滤波器的阶跃相应以及与脉冲相应的关系。

Sinc滤波器同步

- ADC和sinc滤波器的缺陷在于很难在同一个时域中进行节制,并且缺少指定的采样时候。2与具备专用的采样维持电路的传统ADC比拟,这两种滤波器都有一些令人担忧的地方。不过也有法子办理这个问题。如本节所示,将sinc滤波器与系统的另外部分同步,并在适当的时候采样相电流至关紧张。假如未能精确做到这一点,丈量结果将会大年夜幅掉真。

sinc滤波器的输出并不代表该时候- ADC的输入。相反,输出因此前窗口时代输入的加权匀称值。这是由滤波器的脉冲相应造成的。图2a显示了抽取率为5时sinc3的脉冲相应。从图中可以看出,滤波器输出若何成为输入序列的加权和,中心的手机BET365客户端采样得到较大年夜权重,而序列开始/停止时的采样权重较低。

在继承评论争论之前,必要给出几个基础定义。- ADC时钟,又称为调制器时钟,表示为fmod。抽取率(DR)抉择抽取频率(fdec),并与fmod关联,如公式1所示:

图2右侧显示了脉冲相应对滤波器阶跃相应的影响。利用该步骤时,滤波器输出不受影响,滤波器在3个完备的抽取周期之后达到稳定状态。是以,sinc3滤波器的一些紧张特点可以表述为:

群延迟为1.5个抽取周期

建立光阴为3个抽取周期

在将滤波器与节制系统同步时,这些属性异常紧张,本文将始终会用到。

在评论争论sinc滤波器同步之前,必须先定义输入旌旗灯号的特点。这反过来又会定义滤波器的同步特点。

图3显示了由电压源逆变器驱动的3相永磁电机的模拟相电流。调制要领为空间矢量PWM3,开关频率为10 kHz。将电机加载到5 A峰值相电流和3000 rpm转速。这种设置加上3个极对数,可以获得6.67 ms电气基础周期。

图3.采纳空间矢量脉宽调制时的电机相电流。

相电流可以看作由两个分量组成:匀称分量和开关分量。出于节制目的,仅关注电流的匀称分量,是以必须完全去除开关分量。要提取匀称分量,最常见的措施是对与PWM同步的旌旗灯号(用于电机终端)进行采样。如图4所示。最上面的旌旗灯号显示相电流的开关波形,中心的旌旗灯号显示对应的逆变器相位臂的高端PWM,最下面的旌旗灯号显示来自PWM准时器的同步旌旗灯号。PWM同步旌旗灯号在PWM周期的开始和中心进行置位。为简明起见,假设所有三相的占空比都是50%,意味着电流只有一个上升斜坡和一个下降斜坡。在PWM同步旌旗灯号的上升沿,电流取其匀称值,是以假如正好在那一刻采样电流,开关分量将被完全抑制。实际上,采样维持电路相称于一个在开关频率上具有无限衰减的滤波器。

图4.在PWM周期的肇端点和中间点处丈量相电流会减弱电流纹波。

图5显示了将这种采样利用于图3中所示波形时的结果。右侧所示是实际相电流和采样电流的波形放大年夜图。留意采样维持历程若何完全打消纹波。

采样电流以每单位表示,此中0 A映射到0.5,全比例值为8 A。选择这个比例是为了更轻易与后面的∑-∆丈量值进行对照。图5所示的结果为抱负场景,采样后只剩下基波分量。是以,可以将这些数据当做对照∑-∆丈量值的基准值。

∑-∆丈量和混叠

在抱负的采样维持ADC中,因为严格节制采样时候,以是能够提取基波分量。然而,-∆转换是一个继续的采样历程,纹波分量将弗手机BET365客户端成避免地成为丈量的一部分。

在-∆转换中,抽取率与信噪比(SNR)之间存在亲昵联系。抽取率越高,输出的有效位数(ENOB)越多。毛病是,跟着抽取率增添,群延迟也会增添,是以设计者必须在旌旗灯号分辨率和反馈链的延迟之间折中考量。一样平常来说,与节制周期比拟,应将延迟维持在较小范围。对付电机节制,范例的抽取率在128到256之间,这可以很好地平衡信噪比和群延迟。

在数据手册规范中,平日应用256作为抽取率。例如,ADuM7701的ENOB为14位,抽取率为256。EN手机BET365客户端OB值如斯高时,估计可以获得异常准确的丈量结果。为了验证这一点,假设图3所示的相电流是采纳- ADC在20 MHz时丈量所得,数据流则由应用256抽取率的sinc3进行解调。结果如图6a所示。

图5.抱负的相电流采样:(a)抱负的采样相电流的基波周期,(b)相电流和采样相电流的波形放大年夜图。

图6.(a)sinc滤波器的输出。(B)实际的相电流和sinc滤波器抽取输出的波形放大年夜图。

图7.(a)sinc滤波器的采样输出。(b)丈量偏差。

相电流的基波分量异常显着,但与图5a所示的抱负采样比拟,丈量旌旗灯号存在很大年夜的噪声。是以,虽然ADC和sinc滤波器本身供给了不错的ENOB数量,但反馈旌旗灯号的质量却很差。从图6b可以看出其缘故原由,该图是sinc滤波器输出和实际的相电流的波形放大年夜图。留意相电流的10 kHz开关分量是若何发生相移,以及险些未被sinc滤波器衰减。现在,假设在每个PWM周期履行一次电机节制算法,并在周期开始时读取最新的sinc滤波器输出。实际上,sinc滤波器的输出会向下采样,以匹配节制算法的更新速度。向下采样和获得的旌旗灯号在图6b中显示为采样sinc输出。图7a显示了按照PWM速度滤波和采样的全部基波周期的结果。

很显着,相电流丈量掉真严重,是以节制机能会异常差。如斯,应该增添扭矩波纹,并且必要低落电流节制环路的带宽。从抱负丈量值(图5a)中减去图7a中的丈量值,就可以获得偏差(图7b)。偏差约为原比例旌旗灯号的7%,与预期的14 ENOB相差甚远。

这个-丈量和混叠场景演示了基于-的非经常见的电流丈量模式,以及它是若何向导设计职员得出“- ADC不得当电机驱动器”这个结论的。然则,这个示例并没有显示出ADC本身的糟糕机能。相反,由于未能精确设置相电流丈量值,以是余下旌旗灯号链的机能欠佳。

ADC在几兆赫(一样平常为10 MHz至20 MHz)下对输入旌旗灯号采样,在抽取率为256时,sinc滤波器有效去除调制噪声。在如斯高的采样率下,滤波器输出中存在相电流纹波分量,在旌旗灯号链的向下采样级,这可能成为一个问题(见图1)。假如纹波分量没有充分衰减,且电机节制算法以PWM速率耗损电流反馈,则结果会由于降采样而孕育发生混叠。

根据标准采样理论,为了避免混叠,旌旗灯号在一半采样频率以上时必须无能量。假如对- ADC输出向下采样至10 kHz,那么5 kHz或更高频率下的噪声将会混叠到丈量值中。如图所示,在sinc滤波器之后,旌旗灯号中还存在大年夜量10 kHz开关噪声。低落10 kHz噪声的一种措施是增添抽取率,然则这样做会导致弗成吸收的长光阴群延迟。我们必要采纳一种不合的措施。

经由过程同步改良丈量

上一节评论争论的抗混叠措施的主要问题如图8所示。sinc滤波器的输手机BET365客户端出在与相电流开关分量无关的某个时候被读取。输出旌旗灯号被读取时,滤波器根据脉冲相应对输入旌旗灯号进行加权匀称。这个加权匀称值无意偶尔超过开关波形的低点,无意偶尔超过高点。是以,用作反馈的旌旗灯号含有显着噪声,频率从0 Hz到PWM频率的一半。

图8.脉冲相应与开关波形无关。

- ADC继续采样,sinc滤波器输出乘以每个PWM周期的丈量值(平日10到20)。因为每次丈量超过3个抽取周期,以是脉冲相应会重叠。为了简化起见,图8中仅显示三个丈量/脉冲相应。

图9.(a)脉冲相应定采纳PWM时,sinc滤波器的采样输出。(b)丈量偏差。

问题的根源在于:脉冲相应没有锁定为电流的开关分量,而开关分量又被锁定为PWM。办理规划是选择抽取率,使每个PWM周期都有固定的整数抽取周期。例如,假如PWM频率为10 kHz,调制器时钟为20 MHz,抽取率为200,那么每个PWM周期恰恰有10个抽取周期。每个PWM周期有固定的采样周期,脉冲相应始终锁定为PWM,用于反馈的丈量值在PWM周期内的同一点被捕获。采纳这种同步规划的相电流丈量如图9a所示。

显然,将相应同步与PWM同步会孕育发生积极的影响。噪声会被打消,且乍一看,丈量结果彷佛与图5a中的抱负丈量值相似。然则,用抱负丈量值减去∑-∆丈量值时,就会得出图9b所示的偏差旌旗灯号。偏差大年夜小与图7b中所示的值相似,但频谱发生了变更。现在,偏差是一阶谐波,相称于增益偏差。导致这种差错模式的缘故原由如图10所示。

图10.脉冲相应被锁定为开关周期内的某个固定点。

虽然打消了白噪声偏差分量,但因为丈量值受到开关分量的影响,旌旗灯号仍旧是掉真的。在图10中,留意sinc滤波器的脉冲相应若何环抱开关波形的峰值给出加权匀称值。根据脉冲相应相对付PWM的相位,误差的大年夜小仅受纹波电流的大年夜小限定。如图3所示,纹波分量的幅值在基波周期内发生变更,基波电流峰值时纹波最高,过零点时纹波最低。是以,丈量偏差为一阶谐波分量。

为了打消一阶谐波丈量偏差,脉冲相应必须始终以PWM周期的肇端点或中间为中间,此时相电流恰恰即是其匀称值。图11显示了以开关周期的肇端点为中间的脉冲相应。在这一点周围,开关波形是对称的,是以,经由过程在每一边都有相同数量的丈量点,纹波分量在这一点周围均为零。

图11.脉冲相应锁定为开关周期,并对准抱负的丈量点。

脉冲相应锁定,以匀称电流的时候为中间时,丈量结果如图12a所示,丈量偏差如图12b所示。作为抱负的采样丈量,该旌旗灯号不存在白噪声和增益偏差。

结果注解,∑-∆丈量值的质量不仅仅取决于抽取率。只有在无混叠时,普遍觉得“增添抽取率会前进ENOB”的这种不雅点才是精确的。节制滤波器相对付输入旌旗灯号的更新率和相位比抽取率更紧张。例如,对照图7(基于256的抽取率)和图12(基于200的抽取率)。低落抽取率可显明改良丈量结果。

图12.(a)脉冲相应锁定采纳PWM,且以匀称电流时候为中间时,sinc滤波器的采样输出。(b)丈量偏差。

结论

综上所述,实现基于∑-∆的优化相电流丈量值的前提如下:

三阶sinc滤波器的脉冲相应光阴为3个抽取周期,这意味着数据必要3个抽取周期才能经由过程滤波器。

滤波器的脉冲相应必须以匀称电流时候为中间。

脉冲相应的1.5个采样周期必须在匀称电流时候之前,别的1.5个采样周期必须在匀称电流时候之后。

sinc滤波器在PWM周期内孕育发生多个输出,但只应用此中一个输出。另外的输出都被轻忽。

参考

1 Jens Sorensen、Dara O’Sullivan:“理解电机驱动器电流环路中非抱负效应影响的系统措施。”Proceedings of PCIM,欧洲,2016年。

2 Jens Sorensen:“用于电机节制的-转换。”Proceedings of PCIM,欧洲,2015年。

3 Ahmet M. Hava、Russel J. Kerkman、Thomas A. Lipo:“适用于基于载波的PWM-VSI驱动器的简单阐发和图形措施。”电气与电子工程师协会汇刊电力电子学卷,1999年1月。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

您可能还会对下面的文章感兴趣: