纯电动汽车用ad采样电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种纯电动汽车用AD采样电路，包括传感器、减法电路、DSP芯片、比较电路和参考电压电路；所述DSP芯片包括AD采样模块和PWM输出模块；所述传感器的输出端分别与减法电路、比较电路的输入端连接，所述减法电路的输出端与DSP芯片的AD采样模块连接，DSP芯片的PWM输出模块与所述比较电路的输入端连接，所述比较电路的输出端分别与DSP芯片的IO口和参考电压电路的输入端连接，所述参考电压电路的输出端与减法电路的输入端连接；本发明能够减少AD转换的增益误差和偏移,并且无需程序做过多偏移计算，能提高采样的精确性、时效性。
【专利说明】纯电动汽车用AD采样电路
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电动汽车电机控制器技术，具体涉及一种纯电动汽车用AD采样电路。【背景技术】
[0002]目前，数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)已经成为信号处理技术的主流。TMS320系列DSP芯片具有价格低廉、简单易用、功能强大等特点，已经成为目前最有影响的DSP系列处理器之一。面向数字控制、运动控制的TMS320系列，拥有丰富的片上外设，集成了 ADC模块，为12位内核，内置双采样保持器(S/H)，16通道，多路选择输入，能满足纯电动汽车电机控制器电流、电压等模拟信号的采集、转化功能。
[0003]纯电动车是研究和开发的热门领域，而DSP在电动车电机控制器上的应用日趋广泛。纯电动车电机控制器的电流信号和电压信号的准确性和实效性，对于纯电动车的电机控制十分关键。
[0004]虽然目前DSP的TMS320系列可以满足纯电动车电流、电压、温度等信号的采集、转化、处理等工作，但是，在实际应用中，往往会因为工艺或者硬件布线等问题导致AD转换存在许多误差，并且TMS320系列本身的AD转换器也存在一定的偏移误差。因此，提高AD转换精度对提高整个控制系统的精度是很有必要的。
[0005]针对AD转换存在误差这一现象，一般多采用采集两路已知参考电压，再在DSP内进行程序计算，算出增益误差偏移系数和偏移参数，此方法会多占用两路AD通道，且需要花费一定时间来计算增益误差偏移系数和偏移参数。
[0006]一般处理方法:如图1。
[0007]常用方法是为了消除增益误差和偏移误差而在AD采样模块中，加入两路参考电压进行采值计算。如图1所示，参考电压2V和1.5V。这种方法的基本思路是增益系数和偏移系数的计算:
如图2所示,增益系数K= (Ha-La)/(Hr-Lr), Hr为参考高电压，Lr为参考低电压，Ha为对应的采样高电压值，La为对应的采样低电压值。偏移系数P=La-KLr, K为增益系数。
[0008]这样AD转换得到的数字值可以用下式进行校正:U=KUs+P，U为校正后的电压值。Us为采样值。
[0009]现有方法存在以下三个不足之处:
(O需要多占用两路采样通道做参考电压输入；
(2)每次AD采样转化之前，需要先根据两路参考电压采样值进行计算，计算增益系数和偏移系数，这样无疑增加了程序的运算量且增加了程序时长；
(3)如果由于系统不稳定或者硬件问题造成的偶发性AD采样偏移，上述方法不能解决。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种纯电动汽车用AD采样电路，能减少AD转换的增益误差和偏移，并且无需程序做过多偏移计算，能提高采样的精确性、时效性。
[0011]本发明所述的纯电动汽车用AD采样电路，包括传感器、减法电路、DSP芯片、比较电路和参考电压电路；
所述DSP芯片包括AD采样模块和PWM输出模块；
所述传感器的输出端分别与减法电路、比较电路的输入端连接，所述减法电路的输出端与DSP芯片的AD采样模块连接，DSP芯片的PWM输出模块与所述比较电路的输入端连接，所述比较电路的输出端分别与DSP芯片的IO 口和参考电压电路的输入端连接，所述参考电压电路的输出端与减法电路的输入端连接；
所述传感器将采集的模拟电压值A分别输入减法电路和比较电路，经减法电路修正后输出的修正电压值AO进入DSP芯片的AD采样模块，并通过PWM输出模块输出一个模拟电压值Al，模拟电压值Al和模拟电压值A进入比较电路进行比较，当模拟电压值Al大于模拟电压值A时，比较电路输出高电平并经参考电压电路分压后输出参考电压VCE，参考电压VCE再与原模拟电压A共同组成减法电路的输入进行下一轮反馈调节，直到模拟电压值Al小于等于原模拟电压值A，此时，比较电路输出低电平，DSP芯片通过IO 口检测到该低电平时控制AD采样模块采集此时的修正电压值A0。
[0012]所述DSP芯片为TMS320C28XX系列。
[0013]所述减法电路的输出端还连接一反相电路，所述传感器采集的模拟电压值A和后级反馈的参考电压VCE作为减法电路的输入，经减法电路、反相电路后输出修正电压值A0，且 AO=A-VCE。
[0014]所述DSP芯片的PWM输出模块的输出端还连接一低通滤波器，所述修正电压值AO依次经AD采样模块、PWM输出模块和低通滤波器处理后得到模拟电压值Al。所述修正电压值AO经AD采样模块转化得到一个数字值，并将该数字值除以4095后赋给PWM输出模块作为一个PWM占空比输出，最后经低通滤波器滤波后得到模拟电压值Al。
[0015]所述比较电路的同相端与DSP芯片的PWM输出模块连接，所述比较电路的反相端与传感器连接，当模拟电压值Al大于模拟电压值A时，比较电路输出电压值为B的高电平，当模拟电压值Al小于等于模拟电压值A时，比较电路输出接近于OV的低电平。
[0016]所述参考电压电路为一分压电路，所述比较电路输出的电压值B经分压电路分压后得出VCE。
[0017]本发明具有以下优点:传感器传回的模拟电压A和后级反馈的参考电压VCE进入减法电路，减法电路输出的修正电压值AO进入DSP芯片的AD采样模块，并通过由PWM输出模块构成的DA电路得到一个模拟电压值Al，模拟电压值Al和模拟电压值A进入比较电路，比较电路根据模拟电压值Al和模拟电压值A的大小决定是否输出参考电压VCE或者输出0，参考电压值VCE再与模拟电压值A共同组成减法电路的输入，整个电路构成一个闭环电路，输出模拟电压值Al可动态调节，直到达到一个平衡点，即模拟电压值Al等于修正电压值A0，最终使采样得到的曲线无限逼近于理想曲线，达到动态平衡；本发明能够有效减少AD转换的增益误差和偏移，并且无需程序做过多偏移计算，大大提高了采样的精确性、时效性；并且该电路简单、实用、易于实施。
【专利附图】
【附图说明】[0018]图1是现有AD采样电路框图；
图2是现有AD采样误差图(即:ADC输出曲线)；
图3是本发明的结构框图；
图4是本发明中减法电路原理图；
图5是本发明中PWM模块的DA输出原理图；
图6是本发明中比较电路原理图；
图7是本发明中参考电压电路原理图；
图8是本发明AD采样修正示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明作进一步说明:
如图3所示的纯电动汽车用AD采样电路，包括传感器1、减法电路2、DSP芯片、比较电路6和参考电压电路3 ；
所述DSP芯片为TMS320C28XX系列，所述DSP芯片包括AD采样模块4和PWM输出模块5 ;所示AD采样模块4为12位内核，内置双采样保持器(S/H)，模拟输入要求在O到3V内，有16个通道，多路选择输入；
所述传感器I的输出端分别与减法电路2、比较电路6的输入端连接，所述减法电路2的输出端与DSP芯片的AD采样模块4连接，DSP芯片的PWM输出模块5与所述比较电路6的输入端连接，所述比较电路6的输出端分别与DSP芯片的IO 口和参考电压电路3的输入端连接，所述参考电压电路3的输出端与减法电路2的输入端连接；
所述传感器I将采集的模拟电压值A分别输入减法电路2和比较电路6，经减法电路2修正后输出的修正电压值AO进入DSP芯片的AD采样模块4，并通过PWM输出模块5输出一个模拟电压值Al，模拟电压值Al和模拟电压值A进入比较电路6进行比较，当模拟电压值Al大于模拟电压值A时，比较电路6输出高电平并经参考电压电路3分压后输出参考电压VCE,参考电压VCE再与原模拟电压值A共同组成减法电路2的输入进行下一轮反馈调节，直到模拟电压值Al小于等于原模拟电压值A，此时，比较电路6输出低电平，DSP芯片通过IO 口检测到该低电平时控制AD采样模块4采集此时的修正电压值AO ;整个电路构成一个闭环电路，输出模拟电压值Al可动态调节，直到达到一个平衡点，最终结果是采样得到的曲线无限逼近于理想曲线，达到动态平衡。
[0020]如图4所示，所述减法电路2的输出端还连接一反相电路，在减法电路2和反相电路之间还设有一 RC滤波电路，所述减法电路包括运放和电阻Rl、R2、R3、R4，所述RC滤波电路包括电阻R5和电容Cl，所述反相电路包括电阻运放和电阻R6、R7、R8，其中运放采用AD822或者其它汽车级运放，减法电路输出电压Uo= (R2/R1) (VCE-A)，本实例中，Rl、R2、R3、R4均为1K，故Uo= VCE-A ;Uo经RC滤波电路滤波后作为反相电路的输入，经反相电路反相后输出电压A0=-(R7/R6) Uo，本实例中，R6、R7均为1K，故AO=A- VCE0
[0021]如图5所示，所述DSP芯片的PWM输出模块5的输出端还连接一低通滤波器，所述修正电压值AO经AD采样模块4转化得到一个数字值，并将该数字值除以4095后赋给PWM输出模块5作为一个PWM占空比输出，最后经低通滤波器滤波后得到模拟电压值Al。
[0022]所述低通滤波器包括斯密特触发器SN74LVC2G14、电阻R9和电容C2、C3、C4，其中，电阻R9和电容C4构成一个一阶滤波电路，施密特触发器SN74LVC2G14的作用是保持PWM波形稳定，消除毛刺。实现PWM信号到D/A转换输出的方法:采用模拟低通滤波器滤掉PWM输出的高频部分，保留低频段的直流分量，即可得到对应的D/A输出，并且，低通滤波器的带宽决定了 D/A输出的带宽范围。即:只要改变PWM信号的占空比，就能得到电压范围为O到3.3V的D/A转换输出。
[0023]如图6所示，所述比较电路6包括比较器LM193D、电阻R10、R11和电容C5、C6、C7，所述比较电路6的同相端与DSP芯片的PWM输出模块5连接，所述比较电路6的反相端与传感器I连接，模拟电压值A经电阻R10、电容C5滤波后进入比较器LM193D的第二脚，模拟电压值Al经电阻R11、电容C6滤波后进入比较器LM193D的第三脚，当模拟电压值Al大于模拟电压值A时，比较电路6输出电压值为B的高电平，B为比较器LM193D的供电电压，本实施例中比较器LM193D的供电电压为5V，当模拟电压值Al小于等于模拟电压值A时，比较电路6输出接近于OV的低电平，大约lOOmv。
[0024]如图7所示，所述参考电压电路3为一分压电路，该分压电路包括电阻R12、R13、R14，对所述比较电路6输出的电压值B进行分压处理，图7中的虚断点是减法电路2中的一个输入级，由于功放的虚断特性，所述比较电路6的输出端到参考电压电路3的GNDC构成一个回路，VCE= (R14/ (R12+R13+R14)) *B，其中，R12 为 48K，R13 为 1K，R14 为 1K，当模拟电压值Al大于模拟电压值A时，B为5V，即VCE=0.1V ;当模拟电压值Al小于等于模拟电压值A时，比较电路6输出接近于OV的低电平，大约lOOmv，因为经分压电路分压之后非常接近O,所以这个IOOmv不会影响到后级反馈。
[0025]如图8所示，以下以输入模拟电压值A为2V对本发明进行具体说明，模拟电压值A进入DSP芯片的AD采样模块4后，得到数字信号，经过DA转化得到模拟量Y1>2V，此时Yl反应的是一个真实AD转化值加一个误差值。但是按照理想AD曲线输出应该也是2V，所以把这个误差值Y1-2算出来，作为一个减法器的输入，与原模拟电压值A做差，得到新的输入信号即修正电压值A0=X1=2- (Y1-2)，修正电压值AO再经DSP芯片处理后输出模拟电压值Al,此时,模拟电压值Al再与原模拟电压值A作为差分输入比较器,若模拟电压值Al仍大于模拟电压值A，则进入下一轮反馈调节，继续通过参考电压VCE来减少输入修正电压值AO的大小；如经过调节，模拟电压值Al小于等于原模拟电压值A，则比较器输出低电平，此时，参考电压VCE输出为O。此时，接入比较器输出的低电平信号经过DSP的IO接口识别，DSP内部采集到的数字变量即图8中的G点，即为真实采样值，且与理想曲线一致。
【权利要求】
1.一种纯电动汽车用AD采样电路，其特征在于:包括传感器(I)、减法电路(2)、DSP芯片、比较电路(6)和参考电压电路(3)； 所述DSP芯片包括AD采样模块(4 )和PWM输出模块(5 ); 所述传感器(I)的输出端分别与减法电路(2)、比较电路(6)的输入端连接，所述减法电路(2)的输出端与DSP芯片的AD采样模块(4)连接，DSP芯片的PWM输出模块(5)与所述比较电路(6)的输入端连接，所述比较电路(6)的输出端分别与DSP芯片的IO 口和参考电压电路(3)的输入端连接，所述参考电压电路(3)的输出端与减法电路(2)的输入端连接； 所述传感器(I)将采集的模拟电压值A分别输入减法电路(2 )和比较电路(6 )，经减法电路(2)修正后输出的修正电压值AO进入DSP芯片的AD采样模块(4)，并通过PWM输出模块(5)输出一个模拟电压值Al，模拟电压值Al和模拟电压值A进入比较电路(6)进行比较，当模拟电压值Al大于模拟电压值A时，比较电路(6)输出高电平并经参考电压电路(3)分压后输出参考电压VCE，参考电压VCE再与原模拟电压值A共同组成减法电路(2)的输入进行下一轮反馈调节，直到模拟电压值Al小于等于原模拟电压值A，此时，比较电路(6)输出低电平，DSP芯片通过IO 口检测到该低电平时控制AD采样模块(4)采集此时的修正电压值AO0
2.根据权利要求1所述的纯电动汽车用AD采样电路，其特征在于:所述DSP芯片为TMS320C28XX 系列。
3.根据权利要求1或2所述的纯电动汽车用AD采样电路，其特征在于:所述减法电路(2)的输出端还连接一反相电路，所述传感器(I)采集的模拟电压值A和后级反馈的参考电压VCE作为减法电路(2)的输入，经减法电路(2)、反相电路后输出修正电压值A0，且AO=A-VCE。
4.根据权利要求1或2所述的纯电动汽车用AD采样电路，其特征在于:所述DSP芯片的PWM输出模块(5)的输出端还连接一低通滤波器,所述修正电压值AO依次经AD米样模块(4)、PWM输出模块(5)和低通滤波器处理后得到模拟电压值Al。
5.根据权利要求1或2所述的纯电动汽车用AD采样电路，其特征在于:所述比较电路(6)的同相端与DSP芯片的PWM输出模块(5)连接，所述比较电路(6)的反相端与传感器(I)连接，当模拟电压值Al大于模拟电压值A时，比较电路(6)输出电压值为B的高电平，当模拟电压值Al小于等于模拟电压值A时，比较电路(6)输出接近于OV的低电平。
6.根据权利要求1或2所述的纯电动汽车用AD采样电路，其特征在于:所述参考电压电路(3)为一分压电路，所述比较电路(6)输出的电压值B经分压电路分压后得出VCE。
【文档编号】G05F1/56GK103472751SQ201310421097
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】万艳宽, 薛山, 郝成芳 申请人:重庆长安汽车股份有限公司