基于運(yùn)算放大器TLC2274的模數(shù)采樣方案的實(shí)現(xiàn)

引言

在絕大多數(shù)電機(jī)調(diào)速以及其它控制系統(tǒng)中都要用到電流采樣，以用于電流反饋控制。目前在高性能的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)處理品（DSP）越來(lái)越多地被使用。其中以德州儀器（TI）公司TMS320C/LF240（X）為代表的C2000系列的DSP用得較多?，F(xiàn)有的電流采樣方法大多采用文獻(xiàn)［2］的模數(shù)采樣方案，如下圖1所示：

圖1（b）圖1（c）圖1（d）

圖1所示方案的原理是：首先用電流互感器或電流傳感器（如瑞士LEM公司的LTS系列傳感器等）采樣兩相電流值；然后將采樣結(jié)果經(jīng)運(yùn)算放大器使電流值變換到-2.5~+2.5v 的電壓區(qū)間中，最后再加上+2.5v的電壓偏移量形成0~5v的電壓送給DSP采樣。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，但其不足之處是采樣精度低、誤差大。如圖1（b）， 交流相電流的其中一個(gè)峰值轉(zhuǎn)換為直流電壓時(shí)一個(gè)為5v，一個(gè)為0v，由于電壓死區(qū)的存在，使得0v 附近的出現(xiàn)較大誤差。

新的電流采樣方案

新的電流采樣方案中采用的運(yùn)算放大器是TLC2274。TLC2274是德州儀器公司用先進(jìn)的LinCMOS工藝制造，具有Rail-to-Rail輸出能力的高性能四運(yùn)算放大器，它比目前常用的CMOS運(yùn)放有更好的噪聲、功耗和輸入失調(diào)電壓性能。TLC2274所具有的低噪聲和高輸入阻抗非常適宜用于諸如電壓/電流傳感器之類的小信號(hào)的計(jì)算、放大。而且它的最低工作電壓可以低至正負(fù)2.2V 。

基于下列電路，如圖2所示。圖2中為一個(gè)雙減法電流采樣電路，第一路運(yùn)放U8B的輸出電壓為：

選R2 = R1， R3 = Rf1，

則有

圖2 雙減法電流采樣電路

同理可得第二路運(yùn)放U8A的輸出為：

其主要思路為：LEM傳感器輸出的Ui=v，此電壓先后施加到由TLC2274構(gòu)成的兩個(gè)減法電路上，第一路以Ui減去傳感器采樣結(jié)果的中值參考電壓Uref （2.5v）， 然后再線性放大到DSP的A/D采樣所要求的電壓范圍（0~Ud）。對(duì)于TMS320C/F20x和C/F24x 系列的DSP，Ud的值為5v；對(duì)于TMS320LC/F240x Ud為3.3v。第二路則相反，用中值參考電壓Uref 減去傳感器輸出電壓Ui，同樣也線性放大到合適的電壓范圍。Z1，Z2為兩個(gè)3.3v的穩(wěn)壓二極管，對(duì)運(yùn)放輸出電壓起到限幅作用。當(dāng)Ui值大于Uref 時(shí)，Uo1輸出為正電壓，且電壓范圍是0~Ud，而由于二極管D2的存在使得電流不能注入到運(yùn)放中，故而第二路運(yùn)放不能輸出負(fù)電壓，而是鉗位在0v；當(dāng)Ui值小于Uref 時(shí)，Uo2輸出為正電壓，同樣而由于二極管D1的存在使得第一路運(yùn)放不能輸出負(fù)電壓，也是鉗位在0v。在一個(gè)正弦周期內(nèi)的某一時(shí)刻只會(huì)有一路信號(hào)輸出0~Ud的電壓，這比圖1中的方法采樣窗口要寬一倍，從而提高了采樣精度。

兩路輸出分別送給DSP中兩個(gè)A/D采樣通道，但只有一路輸出值是有用的，我們可以編程區(qū)分出有用的信號(hào)。軟件流程如圖3：

圖3 軟件流程圖

這樣兩相電流實(shí)際需要4路A/D通道，比圖1中的方法要多用兩個(gè)A/D采樣通道，而目前DSP提供的A/D采樣通道足夠多的，以TMS320LF2407（A） 為例，其有16路A/D通道。B相電流采樣電路與A相相同，這樣我們就可以用一片TLC2274來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相電流的采樣了。DSP實(shí)現(xiàn)的子程序已附于文后。

電路的改進(jìn)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，TLC2274可以在單電源供電的情況下工作，那么圖2所示的雙減法電路可以做一些改進(jìn)。由于TLC2274是Rail-to-Rail輸出的，所以我們可以直接用系統(tǒng)的3.3v為其提供工作電壓Vcc，而Vdd處可以直接接地。將D1，D2，Z1，Z2去掉后再做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其工作還是正常的。但這樣做以后采樣精度有所降低，所以建議還是用正負(fù)雙電源供電。

附AD 采樣子程序

.bss Uo1， 1

.bss Uo2， 1 ;A相電流中間值

.bss Uo3， 1

.bss Uo4， 1 ;B相電流中間值

.bss Ia， 1 ; A相電流

.bss Ib， 1 ; B相電流

.bss Ic， 1 ; C相電流

; 。.. ;設(shè)上述變量在同一個(gè)DP內(nèi)

ADC_Proc：

CALL　StartADC ;調(diào)用AD采樣程序

CLRC　C

LDP　#Uo1

LACL　Uo1

SUB　Uo2

BCND　AP1， C ;Uo1》Uo2

LACL　Uo2

NEG　　; Uo2取反

B　AP2

AP1： LACL　Uo1

AP2： SACL　Ia ;得到Ia

。..

RET

StartADC：

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