一种基于多片AD分时采样的高精度双极性可编程恒流源的制作方法

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种基于多片ad分时采样的高精度双极性可编程恒流源。

背景技术：

1、高精度双极性可编程恒流源主电路由acdc开关电源、预充电电阻、预充电旁路继电器、电容、逆变h桥(q1～q4)、电流采样、电感和输入输出端子等组成。电源需要具备以下功能和技术指标：

2、1)双极性电流输出，不仅可以任意改变电流方向，而且可以零电流输出；

3、2)输出电流可编程，在-25.0000a～+25.0000a内可以任意设置目标输出电流，电流都将从当前电流达到新设置的目标电流；

4、3)高精度电流输出，输出范围0.1ma～25a，分辨率0.1ma；

5、4)峰峰纹波电流≦5ma；

6、5)输出电流精度≦1ma。

7、图1为双极性恒流源电气拓扑图，a1为电流传感器，采样输出电流，总控制器以输出电流为反馈信号，与给定电流比较，形成闭环，pi调节后有序控制h桥输出功率，最终使实际输出电流按给定电流变化。输出电流响应时间可通过修改pi参数优化。闭环控制框图如图2所示。

8、从以上产生恒流输出的方法可以看出，要使电源输出高精度电流，首先得电流采样精度很高，目前较高水平的基本为24位ad采样；且采样速度要高于h桥的开关控制频率。但对于高精度双极性可编程恒流源而言，为达到输出电流精度，开关频率需要设置得比较高，例如h桥开关频率20khz，而24位的ad转换芯片(一般在20khz左右的采样速率)以及与之配套的单片机显然达不到高的采样速度，这就导致输出的直流电流并不是标准的直流波形，而是存在与开关频率相同频率的纹波电流，如图3所示。若ad采样频率不能高于h桥开关频率，而是相同或小于，则会导致电流采样不准确。若每次采样到的值都是正常输出电流纹波的最高点，则会导致总控制器认为输出电流高于了给定电流，将会控制h桥调小输出电流；若采样到的值都是正常输出电流纹波的最低点，则总控制器将调大输出电流。本来正常输出的电流，因为采样值错误，导致输出电流与给定电流出现偏差。

9、从以上可以看出，双极性可编程恒流源能否输出高精度电流，高精度电流采样是关键。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：实现一种高精度双极性可编程恒流源，尤其是以提高电流采样精度来保障恒流源输出高精度电流。

2、为达到上述目的，提供一种基于多片ad分时采样的高精度双极性可编程恒流源，包括双极性acdc开关电源、预充电电阻r1、预充电旁路继电器k1、电容e1、可控逆变h桥、电流采样单元a1、总控制器、电感l1和负载电感l2；acdc开关电源pw1自外部取电；预充电电阻r1、预充电旁路继电器k1两者并联后串入acdc开关电源输出端的直流母线；电容e1跨接在直流母线上；可控逆变h桥从直流母线取电并配置为通过总控制器的闭环控制达到恒流输出，电流采样单元a1用于采集可控逆变h桥的输出电流反馈至总控制器；电感l1、负载电感l2依次串联后跨接在可控逆变h桥输出两端；其中，电流采样单元a1的采样速度配置为高于所述可控逆变h桥开关频率的n倍，n为整数；电流采样单元a1包括控制芯片以及n片ad转换芯片，各片ad转换芯片的输入信号均为可控逆变h桥的输出电流，各片ad转换芯片配置为对该电流信号等间隔的分时的依次采样，且采样的结果依时间先后顺序送入控制芯片；在一轮采样完成后，控制芯片立即开启下一轮等间隔电流采样，并将上一轮采样的数据取平均值作为所述反馈发送给总控制器。

3、进一步的，n配置为大于或等于10。

4、进一步的，所述ad转换芯片采用24位。

5、进一步的，所述可控逆变h桥的开关频率大于或等于20khz。

6、进一步的，所述控制芯片配置为fpga。

7、进一步的，每片ad转换芯片的输入端均设置有跟随器，所述可控逆变h桥的输出电流通过各跟随器进入各片ad转换芯片。

8、本发明优点：

9、1、采样精度高，每一个纹波周期内有多次电流采样，即使个别采样点出错，平均后也不会有多大影响；

10、2、采样速度快，每一个开关周期都有高精度的反馈电流，能大大的提高输出电流的动态响应，可以应对负载急剧变化的情况。

技术特征：

1.一种基于多片ad分时采样的高精度双极性可编程恒流源，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的高精度双极性可编程恒流源，其特征在于：n配置为大于或等于10。

3.根据权利要求1或2所述的高精度双极性可编程恒流源，其特征在于：所述ad转换芯片采用24位。

4.根据权利要求3所述的高精度双极性可编程恒流源，其特征在于：所述可控逆变h桥的开关频率大于或等于20khz。

5.根据权利要求1所述的高精度双极性可编程恒流源，其特征在于：所述控制芯片配置为fpga。

6.根据权利要求1所述的高精度双极性可编程恒流源，其特征在于：每片ad转换芯片的输入端均设置有跟随器，所述可控逆变h桥的输出电流通过各跟随器进入各片ad转换芯片。

技术总结
本发明涉及一种基于多片AD分时采样的高精度双极性可编程恒流源，包括双极性ACDC开关电源、预充电电阻R1、预充电旁路继电器K1、电容E1、可控逆变H桥、电流采样单元A1、总控制器、电感L1和负载电感L2；其中电流采样单元A1的采样速度配置为高于所述可控逆变H桥开关频率的N倍；A1包括控制芯片以及N片AD转换芯片，各片AD转换芯片的输入信号均为可控逆变H桥的输出电流，各片AD转换芯片配置为对该电流信号等间隔的分时的依次采样，且采样的结果依时间先后顺序送入控制芯片；在一轮采样完成后，控制芯片立即开启下一轮等间隔电流采样，并将上一轮采样的数据取平均值作为反馈发送给总控制器。

技术研发人员：廖晓斌,廖世达,李小锋,吴海波,高源
受保护的技术使用者：湖南福德电气有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31