一种在buck电路输出端使用采样电阻的电路和方法与流程

1.本发明属于电力电子电路技术领域，尤其涉及一种在buck电路输出端使用采样电阻的电路和方法。


背景技术：

2.buck变换器常在输出端使用电流传感器的方式进行电流采样，得到相对准确的输出电流值。但是受到成本控制和进口采购限制的制约，采用高精度采样电阻也能达到较好效果。但是，采样电阻会受到温漂和温湿度等环境因素影响，进而影响电流采样值，最终使输出电流误差较大。而通过改进的卡尔曼滤波方法对采样数据进行处理，能有效滤除测量噪声和无效数据，使采样电流精确且稳定，能实现比较好的电流控制效果。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提出了一种在buck电路输出端使用采样电阻的电流采样电路，所述电流采样电路的采样电阻设置在buck电路输出端，采样电阻两端的电压信号经过模拟数字采样芯片执行模拟数字转换a/d后，所述模拟数字采样芯片输出的数字采样信号输入到作为控制器的微处理器模块的信号输入端，通过微处理器对数字采样信号进行kalman滤波处理，进而由微处理器产生控制buck电路控制信号，所述控制信号是控制脉冲宽度调制信号pwm的占空比的信号。
4.进一步的，所述电流采样电路的采样电阻串联在buck电路输出端，由多个高精度小电阻值电阻并联组成。
5.进一步的，所述buck电路由功率mos晶体管组成，电流采样电路的采样电阻串联在mos晶体管的源极；所述模拟数字采样芯片使用ad8414；采样电阻阻值0.005ω，精度1％。
6.进一步的，所述微控制器内置改进的kalman滤波处理程序，在卡尔曼滤波算法的基础上加入滤波收敛性判据，抑制滤波发散，并设置强跟踪滤波调整增益矩阵算法，使滤波器具有强跟踪滤波能力。
7.本发明还提供一种在buck电路输出端使用采样电阻的电流采样方法，所述方法包括以下步骤：
8.步骤1，模拟数字采样芯片对流过采样电阻的电流值采样，执行数字模拟转换，获得的数字采样信号输入到微处理器模块的信号输入端；
9.步骤2，所述微控制器内置改进的kalman滤波处理程序，在卡尔曼滤波算法的基础上加入滤波收敛性判据，抑制滤波发散；
10.步骤3，所述微控制器设置强跟踪滤波调整增益矩阵算法，使滤波器具有强跟踪滤波能力；
11.步骤4，微处理器在对电流采样信号运行kalman滤波后，生成控制buck电路的脉冲宽度调制信号pwm，用于控制buck电路。
12.进一步的，步骤2所述kalman滤波算法包括以下子步骤：
13.步骤2.1，以获得的数字采样信号作为初始估计值，输入到预设的状态模型模块；
14.步骤2.2，根据预设的状态模型生成下一步预测值，并将其输入到观测模型模块；
15.步骤2.3，观测模型模块生成参数估计值用于修正预设的状态模型，并输出控制信号；
16.步骤2.4，观测模型模块生成下一步估计值，执行迭代滤波运算。
17.本发明还要求保护一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存所述的电流采样方法的程序，该程序用于执行改进的kalman滤波算法，控制微处理器生成控制buck电路的脉冲宽度调制信号pwm。
18.本发明的有益效果是：采用简单的高精度采样电阻在buck电路输出端进行采样的电路结构。利用改进的滤波算法对采样数据进行处理，在卡尔曼滤波算法的基础上加入滤波收敛性判据，抑制滤波发散并提高滤波精度和稳定性。同时结合强跟踪滤波思想调整增益矩阵，使滤波器具有强跟踪滤波的特性，提高改进的滤波算法对不确定系统模型的鲁棒性以及对突变状态的滤波处理能力。相较传统采样电阻数据处理时采用均值滤波或者中值滤波方法，本方法得到的采样数据稳定性和采样精度更高，实时性更好。
附图说明
19.图1是本发明采样电阻在buck电路输出端电流采样电路图。
具体实施方式
20.本发明的技术方案是：一种电流采样电路设计，采样电阻设置在buck电路输出端，经过采样芯片后进入控制器进行数据滤波处理，进而控制pwm占空比。
21.以下结合附图1对本发明的具体实施方式作出详细说明。
22.电流采样电阻在输出端的buck电路，包含高精度采样电阻(r13，r54)与电流采样芯片和主控制器系统。所示电流采样模块在主电路中，经采样芯片输出到控制器，控制器直接进行滤波处理，经过计算并调节当前pwm占空比，控制输出电流。
23.在实际应用中，常用采样芯片输出信号直接进控制器，控制器根据采样数值直接或进行中值滤波后进行pwm控制，实现调节电流的目的。但是此时的输出电流纹波较大，输出不稳定，并且与电流设定值存在较大误差，效果较差。其次，常采用电流传感器进行采样，能达到较好效果。但是这种设计成本较大，并受器件进口采购的制约，实现较为繁琐。
24.采用改进的卡尔曼滤波算法处理后的采样数据，经过控制器的计算并输出pwm占空比，使输出电流精确且稳定，此方法实现简单，逻辑合理，效果稳定，整体经济可靠。
25.一种在buck电路输出端使用采样电阻的电流采样电路，电流采样电路的采样电阻设置在buck电路输出端，采样电阻两端的电压信号经过模拟数字采样芯片执行模拟数字转换a/d后，所述模拟数字采样芯片输出的数字采样信号输入到作为控制器的微处理器模块的信号输入端，通过微处理器对数字采样信号进行kalman滤波处理，进而由微处理器产生控制buck电路控制信号，所述控制信号是控制脉冲宽度调制信号pwm的占空比的信号。
26.所述电流采样电路的采样电阻串联在buck电路输出端，由多个高精度小电阻值电阻并联组成。
27.所述buck电路由功率mos晶体管组成，电流采样电路的采样电阻串联在mos晶体管
的源极；所述模拟数字采样芯片使用ad8414；采样电阻阻值0.005ω，精度1％。
28.所述微控制器内置改进的kalman滤波处理程序，在卡尔曼滤波算法的基础上加入滤波收敛性判据，抑制滤波发散，并设置强跟踪滤波调整增益矩阵算法，使滤波器具有强跟踪滤波能力。
29.本发明还公开了一种在buck电路输出端使用采样电阻的电流采样方法，包括以下步骤：
30.步骤1，模拟数字采样芯片对流过采样电阻的电流值采样，执行数字模拟转换，获得的数字采样信号输入到微处理器模块的信号输入端；
31.步骤2，所述微控制器内置改进的kalman滤波处理程序，在卡尔曼滤波算法的基础上加入滤波收敛性判据，抑制滤波发散；
32.步骤3，所述微控制器设置强跟踪滤波调整增益矩阵算法，使滤波器具有强跟踪滤波能力；
33.步骤4，微处理器在对电流采样信号运行kalman滤波后，生成控制buck电路的脉冲宽度调制信号pwm，用于控制buck电路。
34.kalman滤波算法包括以下子步骤：
35.步骤2.1，以获得的数字采样信号作为初始估计值，输入到预设的状态模型模块；
36.步骤2.2，根据预设的状态模型生成下一步预测值，并将其输入到观测模型模块；
37.步骤2.3，观测模型模块生成参数估计值用于修正预设的状态模型，并输出控制信号；
38.步骤2.4，观测模型模块生成下一步估计值，执行迭代滤波运算。
39.本发明采用简单的高精度采样电阻在buck电路输出端进行采样的电路结构。利用改进的滤波算法对采样数据进行处理，在卡尔曼滤波算法的基础上加入滤波收敛性判据，抑制滤波发散并提高滤波精度和稳定性。同时结合强跟踪滤波思想调整增益矩阵，使滤波器具有强跟踪滤波的特性，提高改进的滤波算法对不确定系统模型的鲁棒性以及对突变状态的滤波处理能力。相较传统采样电阻数据处理时采用均值滤波或者中值滤波方法，本方法得到的采样数据稳定性和采样精度更高，实时性更好。
40.最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。