基于数字电源控制器UCD3138的一种新的输入电流检测方法(二)

3 读取三角波的平均值

3.1 测试原理简述

在UCD3138 的EAP1/EAN1 引脚(如图4)接入直流电平信号或三角波信号，然后配置合理的

oversample，averaging 和采集的周期个数，最终在KI_YN 寄存器可以得到样本总和。

然后将样本总和与样本个数相除，便得到了样本的平均值。

3.2 直流电平信号平均值的读取

在EAP1 引脚接入直流电平信号(如图9 左中的CH1)，实测平均值为220mV。

通过配置oversample 为8 次，averaging 为8 次，在两个周期内得到的平均值为-156÷8=-19.5。此时，DAC_Value 寄存器中写入的值为2048，因此，根据软件采样确定的平均值为：

(2048÷16)×1.5625mV - (-19.5)= 219.5mV

该值与实际值的偏差小于-0.5%。上述公式的含义可以参考“参考文献5”。

Figure 9. 直流信号平均值读取

3.3 三角流平均值的读取

在EAP1 引脚接入三角波信号(如图10 左中的CH1)，实测平均值为136mV。

通过配置oversample 为8 次，averaging 为8 次，在两个周期内得到的平均值为466÷8=58.25。此时，DAC_Value 寄存器中写入的值为2048，因此，根据软件采样确定的平均值为：

(2048÷16)×1.5625mV - 58.25= 141.75mV

该值与实际值的偏差小于5%。

Figure 10. 三角波信号平均值读取

3.4 软件流程与代码

图11 是整个数据处理的软件流程图，主要包含主程序中的初始化与配置，快中断程序中的数据处理等两个部分。

对快中断部分，使用周期快中断，中断间隔为256 个周期。每次处理都是连续三次进入快中断，在第一次进入快中断后，配置EADC 和Filter;在第二次进入后进行数据读取，此时在KI_YN 中共有8×256=2048 个样本的累加和。(oversample 设置为8)

Figure 11. 软件处理流程

关键代码如下：

1. 配置Dpwm0 周期中断及打开中断功能

2. 快中断处理程序

仅在第二次和第三次进入快中断后进行数据的读取。

3. 配置函数handle_current_averaging_config()

该函数主要完成EADC1 与Filter1 的连接配置、EADC 的基本配置(包括DAC_VALUE 的写入， AFE_GAIN 的配置，Averaging 的配置等)、Oversample 的配置及Filter 的配置。

4. 配置函数handle_current_averaging()

该函数主要完成KI_YN 寄存器中数据的读取，Filter 的复位(需要对KI_YN 寄存器清零，不

然该寄存器会溢出)及Filter 的使能等。

4 实测单板输入电流

4.1 测试单板概述

在一款基于UCD3138 的硬开关全桥EVM 板(UCD3138HSFBEVM-029)上进行输入电流的实际测试。该单板的关键技术规格如下：

● 输入电压：36V~72V

● 输出功率：12V×30A

● 功率拓扑：单级硬开关全桥

● 电流互感器：如图2 所示，T1 的匝比为100:1，Rs 为10 ohm。

为实现EADC1 和Filter1 读取和计算输入电流，需要将电流互感器副边侧的输出连接到EAP1 和EAN1。单板其余部分保留原有设计。

4.2 实测数据

1. 输出电流设定为3A，输入电压设定为50V

实测电流互感器的输出信号如图12(左)，其平均值为89.26mV。此时输入电流为850mA，二者存在近似比例关系。比例系数主要由互感器的匝比与采样电阻决定：0.01×10=0.1。

Figure 12. 实测波形及实际读取数据1

将DAC_VALUE 设定为1024，通过软件计算后，读取到的current_x16 变量(该变量含义参考3.4小节)值为9，如图12(右)所示。因此，计算出的平均值为：

(1024÷16)×1.5625mV – 9 = 91mV

该值与实测值的误差小于5%，与实际输入电流的误差小于7%。

2. 输出电流设定为3A，输入电压设定为55V

实测电流互感器的输出信号如图13(左)，其平均值为82.48mV。此时输入电流为780mA。

Figure 13. 实测波形及实际数据读取2

将DAC_VALUE 设定为1024，通过软件计算后，读取到的current_x16 变量值为15，如图13(右)所示。因此，计算出的平均值为：

(1024÷16)×1.5625mV – 13 = 87mV

该值与实测值的误差小于5%，与实际输入电流的误差小于12%。

5 总结

通过上文描述可知，在对UCD3138 的EADC 和Filter 进行相应配置后，可以完成对EAP/EAN 引脚输入信号平均值的读取，而且读取值与实际值的误差较小。

同样，该功能可以应用于单板输入电流的读取，实测结果亦证实了这一点。受限于轻载条件下实际输入电流与电流互感器的输出存在较大误差，因此，软件读取值与实际输入电流存有一定误差。