[发明专利]可变输入增益装置及该装置处理模拟输入电压信号的方法

说明书

技术领域

本发明有关一种变频器系统，尤指一种可变输入增益装置及具有该可变输入增益装置的变频器系统及该可变输入增益装置处理模拟输入电压信号的方法。

背景技术

变频器是将固定频率与电压的交流电源整流转换为直流电后，将直流电转换为电压与频率均为可变的交流电源的电能转换装置。借助于变频器可将直流电转换为交流电源，因此变频器被广泛应用于太阳能发电系统、电动车及不断电系统等。由于变频器可同时改变电压/频率(V/f)，并借此改变电动机转速，因此变频器被大量应用于冷冻空调、高速铁路及快捷运输等，以达到变速或增加电动机使用效率，以提升能源使用效率。

图1为公知变频器系统的方框图，主机10A可以经由模拟输入/输出模块20A而送出对于变频器30A的模拟控制信号。该变频器30A内具有一个模拟数字转换器(ADC，analog to digital converter)(图中未示出)，以将该模拟控制信号转换成数字信号，并由微控制器(MCU，micro controller unit)300A加以处理，以控制变频器30A的输出电压/频率(V/f)。

现今的变频器大多有外部模拟输入电压(0～+10V)控制输出电压频率的功能，但此模拟输入电压必须通过一个比例增益器后再进到MCU的模拟输入接脚(input pin)。目前一般MCU的工作电压为+5V或+3.3V，因此该比例增益通常为一个固定的缩小比例增益值。图2为更进一步说明模拟输入/输出模块20A的模拟输入信号21A(例如模拟输入电压信号V_AI)传送到变频器30A的处理状况，该外部模拟输入电压信号V_AI(0V～+10V)经由一个固定比例增益(P)为1/2的非反相放大器22A将输入信号线性对应转换成0～+5V，再输入至MCU的模拟输入接脚，由MCU内部的模拟数字转换器(ADC)24A来解析外部模拟输入电压的准位(level)。

然而在上述电路中，当模拟输入电压值低于+1V时，其MCU内部ADC解析外部模拟输入电压准位的准确度并不高。图3所示为使用图2的电路单元对于V_AI(0V～+10V)的模拟数字转换结果(假设分辨率为10-bit)。若该MCU的模拟数字转换器(ADC)24A的参考电压源V_REF为5.12V，其最低位(LSB，Least Significant Bit)的电压变化量为5mV(参见式1)，且其数据手册提供的误差若为±3LSB，当外部模拟输入电压准位为1.00V时，其MCU读取到的A-D计数值(N)范围为100±3(参见式2)。

1-LSB宽度(width)=5.12V1024=5mV]]>(式1)

A-D计数值(N)计算如下：

N=VAI×P×1024VREF=1×12×10245.12=100]]>(式2)

因此外部模拟输入电压的范围可以由MCU读取到的A-D计数值来反推出，公式如式3：