[發明專利]寬頻高精度數字功率計及快速尋優取樣方法

有效

• 申請號: 202011401077.1
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112557747B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 陳樂樂;高志齊;劉瑜
• 申請（專利權）人: 常州同惠電子股份有限公司
• 主分類號: G01R21/133
• 分類號: G01R21/133
• 代理公司: 常州聯正專利代理事務所(普通合伙) 32546
• 代理人: 張岳

本發明涉及一種寬頻高精度數字功率計及快速尋優取樣方法，包括電源模塊及與電源模塊電連接的采樣存儲控制模塊、運算存儲控制模塊、主控制模塊、顯示模塊、接口模塊，所述采樣存儲控制模塊與運算存儲控制模塊電連接，所述運算存儲控制模塊與主控制模塊電連接，所述主控制模塊分別與顯示模塊、接口模塊電連接。該寬頻高精度數字功率計及快速尋優取樣方法解決了背景技術中存在的不足，通過此方法實現對每個周期內的采樣位置進行精確控制，提高每個特征采樣點的質量，從而減少采樣周期、提高采樣速度及精度，同時減少昂貴芯片的使用，降低產品的成本，可以滿足更多對低成本產品需求的客戶。

技術領域：

本發明涉及儀器儀表和電子測量領域，尤其涉及一種寬頻高精度數字功率計及該寬頻高精度數字功率計的快速尋優取樣方法。

背景技術：

隨著現代電力電子行業的飛速發展，電源類、負載類產品越來越多，大部分電力電子系統都離不開電源、負載，由于電源的轉換效率、負載功耗等相關問題直接影響相關產品的性能，這就需要用專用的測量儀器檢測這些系統的能耗使用情況，因此對于家電制造廠商使用數字功率計對電源產品、家電產品的檢測的需求加大；對數字功率計檢測產品速度要求也進一步提高。

隨著新能源產品、開關電源產品的不斷普及應用，因此對此類具有高頻成分信號的設備的功率分析及對于一些特殊波形驅動裝置的高頻諧波分析功能需求也在不斷；傳統的、常規的功率計由于測量帶寬的限制，一般都在工頻或者幾百赫茲的帶寬范圍，無法滿足此類高頻信號的功率分析需求，因此寬頻高精度的功率分析儀就應運而生，要想對被測信號實現高精度分析，就必須獲取被測信號單周期內更多的特征值，目前寬頻高精度的功率分析儀的測量采樣技術大體可以分為兩種：其一是采用一種高速的ADC(高達幾兆)進行被測信號的高速采樣，單周期內可以獲取更多的被測信號特征值，實現對被測信號的高精度分析；其二是采用普通的ADC(正常百K左右)，采用一種動態隨機采樣的方案實現對被測信號的采樣分析(動態隨機采樣即為動態調整ADC采樣的頻率，每個被測信號周期內，采樣頻率不同，則相對被測信號的采樣點的位置不同，通過多個周期采樣實現被測信號單周期內較多特征值的獲取)。

上述兩種寬頻高精度功率計采樣方案各有優缺點，第一種方案可以實現快速采樣、高精度分析，但是由于器件成本較高，因此屬于高端功率計，儀器成本較高，無法滿足對低成本客戶的需求；第二種方案，動態隨機采樣，由于無法準確控制每個周期內采樣位置，因此，需要對周期信號的多次采樣，才能實現單周期內較多特征值獲取，測試所需時間較長。

發明內容：

為了解決上述問題，本發明提供一種具有快速尋優取樣方法的寬頻高精度數字功率計，主要基于FPGA、DSP，采用一種新的采樣測量方法進行測量：FPGA 以主時鐘為基準，采用等精度原理實現對輸入信號的高精度頻率計數；此頻率計數值上傳至DSP運算控制模塊，由于FPGA主時鐘的分辨率影響，DSP采用尋找最優值方法對頻率計數值進行尋優，尋找最優單周期采樣點數，使采樣點在輸入信號單周期內能夠實現均勻分布；根據單周期采樣點數及總采樣點數計算 FPGA的測量控制值下傳FPGA；FPGA根據DSP下傳的單周期采樣點數、周期間的采樣間隔及采樣周期數完成所有特征值點的采樣獲取；通過此方法實現對每個周期內的采樣位置進行精確控制，提高每個特征采樣點的質量，從而減少采樣周期、提高采樣速度及精度。

本發明提供一種寬頻高精度數字功率計，包括電源模塊及與電源模塊電連接的采樣存儲控制模塊、運算存儲控制模塊、主控制模塊、顯示模塊、接口模塊，所述采樣存儲控制模塊與運算存儲控制模塊電連接，所述運算存儲控制模塊與主控制模塊電連接，所述主控制模塊分別與顯示模塊、接口模塊電連接。

在本發明一較佳實施例中，所述采樣存儲控制模塊包括控制單元、采樣單元、頻率時鐘計數單元、存儲單元及發送單元；

控制單元根據運算存儲控制模塊發送的單周期最優采樣點數、采樣點間間隔時鐘數、采樣周期數、周期間采樣延時間隔時鐘數參數配置值實現對輸入信號的ADC采樣控制；

采樣單元根據控制單元實現對輸入信號的連續采樣；