基于FPGA的V/F转换电路温度补偿技术研究
发布时间：2021-11-07 03:43
针对温度对V/F转换电路工作性能的影响,分析了主要电子元器件的温度影响因子,阐述了转换电路的温度补偿原理。在电路中采用基于FPGA的数字式温度补偿方案进行温度补偿的标定、设计与试验,结果表明采用数字式温度补偿方式改善了温度因素对V/F转换电路的影响,使得电路满足温度稳定性要求。
【文章来源】：导航定位与授时. 2016,3(06)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
转换电路组成框图
电压。反馈基准电压输出到桥式电流反馈开关电路单元中，那么，通过直接并联引入一个电压量(串联电阻)，等效为引入一个IΔ，即可改变反馈基准电流值，进而改变转换电路输出频率f，达到对输出频率进行补偿的目的。3数字式温度补偿方案数字式温度补偿方案的原理是根据温度传感器测试得到的环境温度值，输出相应的数字信号，经过D/A转换后调整反馈基准电流，实时改变转换电路输出频率，减小温度变化对输出频率产生的影响。温度补偿电路主要包括测温电路、中央处理电路和D/A转换电路3个单元。数字式温度补偿流程如图2所示。图2数字式温度补偿流程图Fig.2Theflowchartofdigitaltemperaturecompensation测温电路单元的功能是采集电路板温度信息，提供给中央处理电路。中央处理电路单元中的温度采集模块获取温度信息后，提供给查表模块进行判温处理、补偿数据的查表运算，然后控制D/A控制模块输出相应的补偿数字量到补偿电路单元［6-7］。补偿电路单元的作用是根据输出补偿数据产生输出电压，对反馈基准电压进行补偿。数字式温度补偿的措施是，首先在全温范围内对V/F转换电路进行标定，在一定间隔的温度点上分别测试并计算得到每一转换通道的标度因数平均值(或者等效值)。一般以常温时的标度因数平均值(或者等效值)作为基准点，计算出其他温度点的标度因数平均值与基准点的偏差，以此作为补偿依据，得到每个温度点所需的补偿值，预先写入中央处理电路。这样，温度传感器实时测量环境温度并传给中央处理电路，中央处理电路根据温度值进行查表或插值计算，确定在此环境温度下所需的补偿值，最后通过D/A转换器对反馈基准电压进行补偿，也即对转换电路输出频率进行温度补偿。4温度补偿方案的应用某产品要求V/F转换模块的?
通道的温度曲线如图3、图4所示，其中横坐标代表温度，纵坐标代表标度因数补偿值。Y、Z路正向的温度曲线与X类似。补偿曲线应当使所有温度的数据都向常温的数据靠拢，理想结果是一条水平直线。表3在不同温度点的3路输入共6通道的标度因数补偿表Tab.3Thescalefactorcompensationfor3inputs＆6outputsatdifferenttemperatures通道温度/℃AX+AX－AY+AY－AZ+AZ－－4050－6856－6066－66－2039－5443－4849－52－1032－4535－3940－441017－2418－2121－323000000050－1527－1723－212770－4056－4348－5058图3AX+通道的补偿曲线与公式Fig.3CompensationcurveandformulaforAX+channel图4AX－通道的补偿曲线与公式Fig.4CompensationcurveandformulaforAX－channel然后，对图3、图4中的数据分别进行二次曲线拟合，获得二次曲线公式分别为:y=－0.0026x2－0.7316x+5.235(4)y=0.004x2+1.0176x－34.36(5)式中，x表示温度(℃)，y表示补偿值(范围在－128～+127)。最后，根据拟合公式，以每2℃为一个温度点，进行插值运算。由于电路在温度标定前已经预先给定补偿电路单元的基础电压值，由于D/A器件在未补偿时输出固定的基础电压值为一个中间值(2.5V为0V～5V的中间值)，对应的数字量为128(范围在0～255)，所以计算的温度补偿值应当叠加一个数字基础值128，使得补偿值的范围在0～255。4.3测温电路的设计测温电路采用单线数据传输式器件DS1820作为温度传感器，它可以通过1根连线与FPGA连接，只占用1个I/O口资源，测温范围为－55℃～+125℃，可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，实现高精度测温。该传感器的温度数据由低8位和高8位共2个字节(第0～15位)构成。以12位
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于V/F转换的大动态范围测温电路设计[J]. 谢运涛,程玉宝,张恺,倪家正. 中国电子科学研究院学报. 2013(04)
[2]基于恒流源和V/F转换的多路测温系统的设计[J]. 夏本源,孙立宁,夏瑜. 自动化技术与应用. 2012(11)
[3]高精度V/F转换电路的温度补偿方法[J]. 董明杰,汪渤,石永生,高志峰. 兵工学报. 2011(06)
[4]多路高精度热电偶采集板研制[J]. 袁建挺,姜周曙,黄国辉. 机电工程. 2011(01)
[5]SmartFusion—内嵌FPGA的CortexM3[J]. 电子产品世界. 2010(04)
[6]基于V/F变换器实现快速A/D转换的探讨[J]. 李长安,李琦,曾锐利,符峰钊. 电子科技. 2008(06)
本文编号：3481092
【文章来源】：导航定位与授时. 2016,3(06)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
转换电路组成框图
电压。反馈基准电压输出到桥式电流反馈开关电路单元中，那么，通过直接并联引入一个电压量(串联电阻)，等效为引入一个IΔ，即可改变反馈基准电流值，进而改变转换电路输出频率f，达到对输出频率进行补偿的目的。3数字式温度补偿方案数字式温度补偿方案的原理是根据温度传感器测试得到的环境温度值，输出相应的数字信号，经过D/A转换后调整反馈基准电流，实时改变转换电路输出频率，减小温度变化对输出频率产生的影响。温度补偿电路主要包括测温电路、中央处理电路和D/A转换电路3个单元。数字式温度补偿流程如图2所示。图2数字式温度补偿流程图Fig.2Theflowchartofdigitaltemperaturecompensation测温电路单元的功能是采集电路板温度信息，提供给中央处理电路。中央处理电路单元中的温度采集模块获取温度信息后，提供给查表模块进行判温处理、补偿数据的查表运算，然后控制D/A控制模块输出相应的补偿数字量到补偿电路单元［6-7］。补偿电路单元的作用是根据输出补偿数据产生输出电压，对反馈基准电压进行补偿。数字式温度补偿的措施是，首先在全温范围内对V/F转换电路进行标定，在一定间隔的温度点上分别测试并计算得到每一转换通道的标度因数平均值(或者等效值)。一般以常温时的标度因数平均值(或者等效值)作为基准点，计算出其他温度点的标度因数平均值与基准点的偏差，以此作为补偿依据，得到每个温度点所需的补偿值，预先写入中央处理电路。这样，温度传感器实时测量环境温度并传给中央处理电路，中央处理电路根据温度值进行查表或插值计算，确定在此环境温度下所需的补偿值，最后通过D/A转换器对反馈基准电压进行补偿，也即对转换电路输出频率进行温度补偿。4温度补偿方案的应用某产品要求V/F转换模块的?
通道的温度曲线如图3、图4所示，其中横坐标代表温度，纵坐标代表标度因数补偿值。Y、Z路正向的温度曲线与X类似。补偿曲线应当使所有温度的数据都向常温的数据靠拢，理想结果是一条水平直线。表3在不同温度点的3路输入共6通道的标度因数补偿表Tab.3Thescalefactorcompensationfor3inputs＆6outputsatdifferenttemperatures通道温度/℃AX+AX－AY+AY－AZ+AZ－－4050－6856－6066－66－2039－5443－4849－52－1032－4535－3940－441017－2418－2121－323000000050－1527－1723－212770－4056－4348－5058图3AX+通道的补偿曲线与公式Fig.3CompensationcurveandformulaforAX+channel图4AX－通道的补偿曲线与公式Fig.4CompensationcurveandformulaforAX－channel然后，对图3、图4中的数据分别进行二次曲线拟合，获得二次曲线公式分别为:y=－0.0026x2－0.7316x+5.235(4)y=0.004x2+1.0176x－34.36(5)式中，x表示温度(℃)，y表示补偿值(范围在－128～+127)。最后，根据拟合公式，以每2℃为一个温度点，进行插值运算。由于电路在温度标定前已经预先给定补偿电路单元的基础电压值，由于D/A器件在未补偿时输出固定的基础电压值为一个中间值(2.5V为0V～5V的中间值)，对应的数字量为128(范围在0～255)，所以计算的温度补偿值应当叠加一个数字基础值128，使得补偿值的范围在0～255。4.3测温电路的设计测温电路采用单线数据传输式器件DS1820作为温度传感器，它可以通过1根连线与FPGA连接，只占用1个I/O口资源，测温范围为－55℃～+125℃，可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，实现高精度测温。该传感器的温度数据由低8位和高8位共2个字节(第0～15位)构成。以12位
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于V/F转换的大动态范围测温电路设计[J]. 谢运涛,程玉宝,张恺,倪家正. 中国电子科学研究院学报. 2013(04)
[2]基于恒流源和V/F转换的多路测温系统的设计[J]. 夏本源,孙立宁,夏瑜. 自动化技术与应用. 2012(11)
[3]高精度V/F转换电路的温度补偿方法[J]. 董明杰,汪渤,石永生,高志峰. 兵工学报. 2011(06)
[4]多路高精度热电偶采集板研制[J]. 袁建挺,姜周曙,黄国辉. 机电工程. 2011(01)
[5]SmartFusion—内嵌FPGA的CortexM3[J]. 电子产品世界. 2010(04)
[6]基于V/F变换器实现快速A/D转换的探讨[J]. 李长安,李琦,曾锐利,符峰钊. 电子科技. 2008(06)
本文编号：3481092
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