[发明专利]基于组合控制器的超声电源相位差检测装置和方法

权利要求书

1.一种基于组合控制器的超声电源相位差检测方法，其特征在于，包括：

步骤1，将电流传感器(1)的输入端和电压传感器(2)的输入端并联在受控电压源或信号发生器的输出端，使定幅值的扫频电压信号以及电流信号输入所述电流传感器(1)和所述电压传感器(2)，获取输入电压信号与输出电压信号的相频特性曲线，以及输入电压与相位检测电路输出电压相位信号的相位差其中k_U为频率与相位滞后关系的比例系数，b_U为关系式中的常数项；以及输入电流信号与输出电流相位信号的相位差其中k_I为频率与相位滞后关系的比例系数，b_I为关系式中的常数项；

步骤2，通过受控电压源以及电流源分别在电压相位检测电路分别输入不同幅值的定频正弦的电压信号以及电流信号，分别检测输入电压信号与输出电压相位信号的相位滞后，以及检测输入电流信号与输出电流相位信号的相位滞后；先通过信号发生器在电压传感器(2)的输入端输入不同幅值的正弦电压信号，记录对应的电压幅值和电压相位值得到第一组数据

通过电流放大器在电流传感器(1)的输入端输入正弦电流信号，记录对应的电流幅值和电流相位滞后，得到第二组数据

其中U₀至U_m为输入电压信号的幅值，至为电压相位检测电流的滞后，I₀至I_m为输入电流信号的幅值，至为电流相位检测电路的滞后值，m为·第m次测量的到的数据；

对第一组数据和第二组数据进行描点，并拟合，分别得到电压相位反馈支路以及电流相位反馈支路的相位滞后与输入信号幅值的表达式如下：

其中U为电压信号的幅值，I为电流信号的幅值，n为任意的正整数，k_Un为电压相位滞后表达式中对应n次项的系数，k_In为电流相位滞后表达式中对应n次项的系数，b_U0，b_I0分别为电压和电流相位滞后表达式的常数项，得到换能器(13)工作中相位滞后误差的表达式

步骤3，DSP(4)分别采样电压传感器(2)以及电流传感器(1)的输出端，得到电压U以及电流I的幅值，代入换能器(13)工作中相位滞后误差的表达式得到要补偿的相位差的值，检测实际相位差则真实电压电流相位差

2.根据权利要求1所述的基于组合控制器的超声电源相位差检测方法，其特征在于，还包括对检测结果进行补偿的步骤，具体包括：

判断所述步骤3所得结果真实电压电流相位差是否等于0，若是，则保持PWM频率输出，若否，

则进一步判断真实电压电流相位差是否超出相位差控制的有效范围，若是，则重新扫频锁定频率，若否，则进行PID运算精确调整PWM的输出频率。

3.一种利用如权利要求1或2所述方法进行基于组合控制器的超声电源相位差检测的装置，其特征在于：包括电流传感器电路和电压传感器电路，电流传感器电路包括电流传感器(1)，所述电流传感器(1)的输出端通过采样电阻R3接地，电压传感器电路包括电压传感器(2)和差分放大电路；还包括相位检测电路，所述相位检测电路的第一输入端连接所述电流传感器(1)的输出端，所述相位检测电路的第一输出端连接FPGA(3)芯片的一个输入端；所述相位检测电路的第二输入端连接所述电压传感器电路的输出端，所述相位检测电路的第二输出端连接所述FPGA(3)芯片的另一个输入端；所述电流传感器(1)的输出端和所述电压传感器(2)的输出端还连接DSP(4)芯片的两个输入端，所述FPGA(3)芯片和所述DSP(4)芯片相互连接。

4.根据权利要求3所述的基于组合控制器的超声电源相位差检测装置，其特征在于：所述电流传感器(1)的输入端用于连接电流放大器，所述电压传感器(2)的输入端用于连接受控电压源或信号发生器。

5.根据权利要求3所述的基于组合控制器的超声电源相位差检测装置，其特征在于：

所述相位检测电路包括在所述第一输入端和所述第一输出端之间顺次设置的第一阻抗隔离电路(5)、第一偏置电路(6)、第一电压比较器电路(7)和第一电平转换电路(8)；

还包括在所述第二输入端和所述第二输出端之间顺次设置的第二阻抗隔离电路(9)、第二偏置电路(10)、第二电压比较器电路(11)和第二电平转换电路(12)。