基于數字電源控制器UCD3138的一種新的輸入電流檢測方法(二)

3 讀取三角波的平均值

3.1 測試原理簡(jiǎn)述

在UCD3138 的EAP1/EAN1 引腳(如圖4)接入直流電平信號或三角波信號，然后配置合理的

oversample，averaging 和采集的周期個(gè)數，最終在KI_YN 寄存器可以得到樣本總和。

然后將樣本總和與樣本個(gè)數相除，便得到了樣本的平均值。

3.2 直流電平信號平均值的讀取

在EAP1 引腳接入直流電平信號(如圖9 左中的CH1)，實(shí)測平均值為220mV。

通過(guò)配置oversample 為8 次，averaging 為8 次，在兩個(gè)周期內得到的平均值為-156÷8=-19.5。此時(shí)，DAC_Value 寄存器中寫(xiě)入的值為2048，因此，根據軟件采樣確定的平均值為：

(2048÷16)×1.5625mV - (-19.5)= 219.5mV

該值與實(shí)際值的偏差小于-0.5%。上述公式的含義可以參考“參考文獻5”。

Figure 9. 直流信號平均值讀取

3.3 三角流平均值的讀取

在EAP1 引腳接入三角波信號(如圖10 左中的CH1)，實(shí)測平均值為136mV。

通過(guò)配置oversample 為8 次，averaging 為8 次，在兩個(gè)周期內得到的平均值為466÷8=58.25。此時(shí)，DAC_Value 寄存器中寫(xiě)入的值為2048，因此，根據軟件采樣確定的平均值為：

(2048÷16)×1.5625mV - 58.25= 141.75mV

該值與實(shí)際值的偏差小于5%。

Figure 10. 三角波信號平均值讀取

3.4 軟件流程與代碼

圖11 是整個(gè)數據處理的軟件流程圖，主要包含主程序中的初始化與配置，快中斷程序中的數據處理等兩個(gè)部分。

對快中斷部分，使用周期快中斷，中斷間隔為256 個(gè)周期。每次處理都是連續三次進(jìn)入快中斷，在第一次進(jìn)入快中斷后，配置EADC 和Filter;在第二次進(jìn)入后進(jìn)行數據讀取，此時(shí)在KI_YN 中共有8×256=2048 個(gè)樣本的累加和。(oversample 設置為8)

Figure 11. 軟件處理流程

關(guān)鍵代碼如下：

1. 配置Dpwm0 周期中斷及打開(kāi)中斷功能

2. 快中斷處理程序

僅在第二次和第三次進(jìn)入快中斷后進(jìn)行數據的讀取。

3. 配置函數handle_current_averaging_config()

該函數主要完成EADC1 與Filter1 的連接配置、EADC 的基本配置(包括DAC_VALUE 的寫(xiě)入， AFE_GAIN 的配置，Averaging 的配置等)、Oversample 的配置及Filter 的配置。

4. 配置函數handle_current_averaging()

該函數主要完成KI_YN 寄存器中數據的讀取，Filter 的復位(需要對KI_YN 寄存器清零，不

然該寄存器會(huì )溢出)及Filter 的使能等。

4 實(shí)測單板輸入電流

4.1 測試單板概述

在一款基于UCD3138 的硬開(kāi)關(guān)全橋EVM 板(UCD3138HSFBEVM-029)上進(jìn)行輸入電流的實(shí)際測試。該單板的關(guān)鍵技術(shù)規格如下：

● 輸入電壓：36V~72V

● 輸出功率：12V×30A

● 功率拓撲：?jiǎn)渭売查_(kāi)關(guān)全橋

● 電流互感器：如圖2 所示，T1 的匝比為100:1，Rs 為10 ohm。

為實(shí)現EADC1 和Filter1 讀取和計算輸入電流，需要將電流互感器副邊側的輸出連接到EAP1 和EAN1。單板其余部分保留原有設計。

4.2 實(shí)測數據

1. 輸出電流設定為3A，輸入電壓設定為50V

實(shí)測電流互感器的輸出信號如圖12(左)，其平均值為89.26mV。此時(shí)輸入電流為850mA，二者存在近似比例關(guān)系。比例系數主要由互感器的匝比與采樣電阻決定：0.01×10=0.1。

Figure 12. 實(shí)測波形及實(shí)際讀取數據1

將DAC_VALUE 設定為1024，通過(guò)軟件計算后，讀取到的current_x16 變量(該變量含義參考3.4小節)值為9，如圖12(右)所示。因此，計算出的平均值為：

(1024÷16)×1.5625mV – 9 = 91mV

該值與實(shí)測值的誤差小于5%，與實(shí)際輸入電流的誤差小于7%。

2. 輸出電流設定為3A，輸入電壓設定為55V

實(shí)測電流互感器的輸出信號如圖13(左)，其平均值為82.48mV。此時(shí)輸入電流為780mA。

Figure 13. 實(shí)測波形及實(shí)際數據讀取2

將DAC_VALUE 設定為1024，通過(guò)軟件計算后，讀取到的current_x16 變量值為15，如圖13(右)所示。因此，計算出的平均值為：

(1024÷16)×1.5625mV – 13 = 87mV

該值與實(shí)測值的誤差小于5%，與實(shí)際輸入電流的誤差小于12%。

5 總結

通過(guò)上文描述可知，在對UCD3138 的EADC 和Filter 進(jìn)行相應配置后，可以完成對EAP/EAN 引腳輸入信號平均值的讀取，而且讀取值與實(shí)際值的誤差較小。

同樣，該功能可以應用于單板輸入電流的讀取，實(shí)測結果亦證實(shí)了這一點(diǎn)。受限于輕載條件下實(shí)際輸入電流與電流互感器的輸出存在較大誤差，因此，軟件讀取值與實(shí)際輸入電流存有一定誤差。