电流采样设备、功率控制系统、方法和感应加热系统与流程

1.本发明涉及电流采样技术领域，具体涉及一种电流采样设备、功率控制系统、方法和感应加热系统。


背景技术：

2.根据感应加热电源逆变部分输出电流的频率不同，可将感应电源产品分为中频感应加热电源、高频感应加热电源、超高频感应加热电源。感应加热电源的一项重要加热效果指标为加热工件的一致性。为了保证一批工件加热一致性良好，就要控制感应加热电源在预设的输出功率下稳定输出。因此，感应加热电源的输出功率要进行闭环控制，以此控制输出的高精度。
3.输出功率闭环调节需要输出电压和输出电流的两个参数的值，输出电流需要采样处理后获取，但输出电流信号由于其高频特性，主控芯片对采集的信号进行处理时，存在处理速度不足的问题，对高频信号采样会出现失真，以使采样出的输出电流误差较大，导致感应加热电源的输出功率稳定性较低。
4.因此，如何提高输出电流采样的准确性，从而提高感应加热电源输出功率的稳定性是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电流采样设备、功率控制系统、方法和感应加热系统，以解决现有技术中主控芯片对采集的信号进行处理时，存在处理速度不足的问题，对高频信号采样会出现失真，以使采样出的输出电流误差较大，导致感应加热电源的输出功率稳定性较低的问题。
6.为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种电流采样设备，包括：电流传感器、直流转换装置和主控器；
8.所述电流传感器设置在感应加热电源的逆变输出母线铜排上；
9.所述电流传感器和所述主控器分别与所述直流转换装置相连；
10.所述电流传感器用于采集所述感应加热电源的逆变输出电流，并将所述逆变输出电流转化为待转换信号；
11.所述直流转换装置用于将所述待转换信号转换为稳定的目标直流输出信号；
12.所述主控器用于将所述目标直流输出信号进行处理，得到目标输出电流值。
13.进一步地，上述电流采样设备中，所述主控器包括：ad芯片和dsp芯片；
14.所述dsp芯片和所述直流转换装置分别与所述ad芯片相连；
15.所述ad芯片用于对所述目标直流输出信号进行模数转换，得到数字量信号；
16.所述dsp芯片用于对所述数字量信号进行数字信号处理，得到所述目标输出电流值。
17.进一步地，上述电流采样设备中，所述直流转换装置包括：比例缩放电路、翻转电
路和直流转换电路；
18.所述电流传感器与所述比例缩放电路的输入端相连；
19.所述比例缩放电路的输出端与所述翻转电路的输入端相连；
20.所述翻转电路的输出端与所述直流转换电路的输入端相连；
21.所述直流转换电路的输出端与所述主控器相连；
22.所述比例缩放电路用于按照预设比例对所述待转换信号进行缩放，得到缩放信号；
23.所述翻转电路用于将所述缩放信号进行负半周翻转至x轴上方，得到翻转后的翻转信号；
24.所述直流转换电路用于将所述翻转信号转换为稳定的直流信号，将所述直流信号作为所述目标直流输出信号。
25.进一步地，上述电流采样设备中，所述比例缩放电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和第一运放芯片；
26.所述第二电阻的第一端作为所述比例缩放电路的输入端，与所述电流传感器相连；所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端、所述第一电容的第一端和所述第一运放芯片的第一端相连；
27.所述第一运放芯片的第二端分别与所述第一电阻的第一端、所述第四电阻的第一端和所述第二电容的第一端相连；
28.所述第一电阻的第二端、所述第三电阻的第二端和所述第一电容的第二端均接地；
29.所述第一运放芯片的第三端、所述第四电阻的第二端和所述第二电容的第二端分别作为所述比例缩放电路的输出端，与所述翻转电路的输入端相连。
30.进一步地，上述电流采样设备中，所述第一电阻的第一阻值、所述第二电阻的第二阻值、所述第三电阻的第三阻值和所述第四电阻的第四阻值根据所述预设比例进行配置，以使所述第一阻值、所述第二阻值、所述第三阻值和所述第四阻值符合预设阻值规则。
31.进一步地，上述电流采样设备中，所述翻转电路包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第三电容、第四电容、第二运放芯片、第三运放芯片、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；
32.所述第五电阻的第一端和所述第七电阻的第一端分别作为所述翻转电路的输入端，与所述比例缩放电路的输出端相连；
33.所述第五电阻的第二端与所述第二运放芯片的第一端相连；
34.所述第二运放芯片的第二端分别与所述第三电容的第一端、所述第六电阻的第一端和所述第一二极管的第一端相连；
35.所述第二运放芯片的第三端、所述第三电容的第二端、所述第六电阻的第二端和所述第一二极管的第二端分别与所述第二二极管的第一端相连；
36.所述第三运放芯片的第一端通过所述第八电阻接地；
37.所述第三运放芯片的第二端分别与所述第七电阻的第二端、所述第四电容的第一端、所述第九电阻的第一端和所述第三二极管的第一端相连；
38.所述第三运放芯片的第三端、所述第四电容的第二端、所述第九电阻的第二端和
所述第三二极管的第二端分别与所述第四二极管的第一端相连；
39.所述第二二极管的第二端和所述第四二极管的第二端分别作为所述翻转电路的输出端，与所述直流转换电路的输入端相连。
40.进一步地，上述电流采样设备中，所述直流转换电路包括：第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第五电容、第六电容、第七电容和第四运放芯片；
41.所述第十电阻的第一端作为所述直流转换电路的输入端，与所述翻转电路的输出端相连；
42.所述第十电阻的第二端分别与所述第十一电阻的第一端和所述第五电容的第一端相连；
43.所述第十一电阻的第二端和所述第六电容的第一端分别与所述第四运放芯片的第一端相连；
44.所述第五电容的第二端分别与所述第四运放芯片的第二端和所述第四运放芯片的第三端相连；
45.所述第四运放芯片的第二端和所述第四运放芯片的第三端分别与所述第十二电阻的第一端相连；
46.所述第十二电阻的第二端和所述第七电容的第一端分别作为所述直流转换电路的输出端，与所述主控器相连；
47.所述第六电容的第二端和所述第七电容的第二端均接地。
48.进一步地，上述电流采样设备中，所述第一运放芯片包括：采用
±
15v供电的四路集成运放芯片；
49.所述电流传感器包括：高频电流传感器。
50.本发明还提供了一种功率控制系统，包括：控制器和上述电流采样设备；
51.所述电流采样设备与所述控制器相连；
52.所述控制器和所述电流采样设备分别与感应加热电源相连；
53.所述电流采样设备用于采集感应加热电源的逆变输出电流，并将所述逆变输出电流转换为稳定的目标输出电流值；
54.所述控制器用于根据预设电压计算规则，计算目标输出电压值，并根据所述目标输出电流值和所述目标输出电压值对所述感应加热电源的输出功率进行调节。
55.本发明还提供了一种电流采样方法，应用于上述电流采样设备，所述方法包括：
56.电流传感器采集感应加热电源的逆变输出电流，并将所述逆变输出电流转化为待转换信号；
57.直流转换装置将所述待转换信号转换为稳定的目标直流输出信号；
58.主控器将所述目标直流输出信号进行处理，得到目标输出电流值。
59.进一步地，上述电流采样方法中，所述直流转换装置将所述待转换信号转换为稳定的目标直流输出信号，包括：
60.所述直流转换装置中的比例缩放电路按照预设比例对所述待转换信号进行缩放，得到缩放信号；
61.所述直流转换装置中的翻转电路将所述缩放信号进行负半周翻转至x轴上方，得到翻转后的翻转信号；
62.所述直流转换装置中的直流转换电路将所述翻转信号转换为稳定的直流信号，将所述直流信号作为所述目标直流输出信号。
63.进一步地，上述电流采样方法中，所述主控器将所述目标直流输出信号进行处理，得到目标输出电流值，包括：
64.所述主控器中的ad芯片对所述目标直流输出信号进行模数转换，得到数字量信号；
65.所述主控器中的dsp芯片对所述数字量信号进行数字信号处理，得到所述目标输出电流值。
66.本发明还提供了一种功率控制方法，应用于上述功率控制系统，所述方法包括：
67.电流采样设备采集感应加热电源的逆变输出电流，并将所述逆变输出电流转换为稳定的目标输出电流值；
68.控制器根据预设电压计算规则，计算目标输出电压值，并根据所述目标输出电流值和所述目标输出电压值对所述感应加热电源的输出功率进行调节。
69.本发明还提供了一种感应加热系统，包括：感应加热电源和上述功率控制系统；
70.所述功率控制系统与所述感应加热电源相连。
71.一种电流采样设备、功率控制系统、方法和感应加热系统，电流采样设备包括：电流传感器、直流转换装置和主控器；电流传感器设置在感应加热电源的逆变输出母线铜排上；电流传感器和主控器分别与直流转换装置相连；电流传感器用于采集感应加热电源的逆变输出电流，并将逆变输出电流转化为待转换信号；直流转换装置用于将待转换信号转换为稳定的目标直流输出信号；主控器用于将目标直流输出信号进行处理，得到目标输出电流值。采用本发明的技术方案，可以利用直流转换装置将采集的高频输出电流转换为稳定无波的直流输出信号，稳定无波的直流输出信号相当于0hz，这样便能保证主控器对输出电流采样时不会出现失真，提高输出电流采样的准确性，从而提高感应加热电源输出功率的稳定性。
72.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
73.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
74.图1是本发明的电流采样设备一种实施例提供的结构示意图；
75.图2是图1中直流转换装置的电路图；
76.图3是本发明的功率控制系统一种实施例提供的结构示意图；
77.图4是本发明的电流采样方法一种实施例提供的流程图；
78.图5是本发明的功率控制方法一种实施例提供的流程图；
79.图6是本发明感应加热系统一种实施例提供的结构示意图。
具体实施方式
80.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
81.图1是本发明的电流采样设备一种实施例提供的结构示意图，如图1所示，本实施例的电流采样设备包括：电流传感器11、直流转换装置12和主控器13。其中，电流传感器11和主控器13分别与直流转换装置12相连。
82.电流传感器11设置在感应加热电源的逆变输出母线铜排上，用于采集感应加热电源的逆变输出电流，并将该逆变输出电流转化为待转换信号，其中，逆变输出电流通常为高频正弦电流，电流传感器11优选采用高频电流传感器，高频电流传感器可以将高频正弦电流值转化为幅值为4v呈正弦波动的交流电压信号，因此，待转换信号为交流电压信号。电流传感器11将逆变输出电流转化为待转换信号后，将待转换信号传输到直流转换装置12。直流转换装置12需要将该待转换信号转换为稳定的目标直流输出信号。然后，主控器13再对该目标直流输出信号进行处理，得到目标输出电流值。
83.本实施例的电流采样设备可以利用直流转换装置12将采集的高频输出电流转换为稳定无波的直流输出信号，稳定无波的直流输出信号相当于0hz，这样便可以满足主控器13的采样速率，能保证主控器13对输出电流采样时不会出现失真，减小了输出电流的采样误差，提高输出电流采样的准确性，从而提高感应加热电源输出功率的稳定性。
84.进一步地，本实施例的电流采样设备中，主控器13包括：ad芯片131和dsp芯片132。dsp芯片132和直流转换装置12分别与ad芯片相连。ad芯片可以对目标直流输出信号进行模数转换，将目标直流输出信号从模拟量信号转换为数字量信号，并将该数字量信号传输给dsp芯片，dsp芯片再对该数字量信号进行数字信号处理，得到目标输出电流值，从而实现感应加热电源逆变输出电流的采样。
85.进一步地，本实施例的电流采样设备中，直流转换装置12包括：比例缩放电路121、翻转电路122和直流转换电路123。电流传感器11与比例缩放电路121的输入端相连；比例缩放电路121的输出端与翻转电路122的输入端相连；翻转电路122的输出端与直流转换电路123的输入端相连；直流转换电路123的输出端与主控器13中的ad芯片131相连。
86.比例缩放电路121用于按照预设比例对待转换信号进行缩放，得到缩放信号。其中，预设比例k＝
max
/u
ioutmax
，其中，u
ioutmax
为输入到比例缩放电路121中的历史记录的待转换信号中的最大值，u
max
为小于10v并接近10v的最大值。
87.翻转电路122用于将缩放信号进行负半周翻转至x轴上方，得到翻转后的翻转信号，这样便可以将高频正弦信号转换为二倍频、均在x轴上方的信号。直流转换电路123用于将翻转信号转换为稳定无波动的直流信号，并将该直流信号作为目标直流输出信号。
88.进一步地，图2是图1中直流转换装置的电路图，如图2所示，本实施例的电流采样设备中，比例缩放电路121包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一电容c1、第二电容c2和第一运放芯片a1。第二电阻r2的第一端作为比例缩放电路121的输入端，与电流传感器11相连；第二电阻r2的第二端与第三电阻r3的第一端、第一电容c1的第一端和第一运放芯片a1的第一端相连；第一运放芯片a1的第二端分别与第一电阻r1的第一
端、第四电阻r4的第一端和第二电容c2的第一端相连；第一电阻r1的第二端、第三电阻r3的第二端和第一电容c1的第二端均接地；第一运放芯片a1的第三端、第四电阻r4的第二端和第二电容c2的第二端分别作为比例缩放电路121的输出端，与翻转电路122的输入端相连，其中，图2中的iout表示待转换信号，第一运放芯片a1优选采用
±
15v供电的四路集成运放芯片ic4228或其他高性能集成运放芯片。第一电阻r1的第一阻值、第二电阻r2的第二阻值、第三电阻r3的第三阻值和第四电阻r4的第四阻值根据预设比例k进行配置，以使第一阻值、第二阻值、第三阻值和第四阻值符合预设阻值规则。其中，预设阻值规则包括：r4/r1＝r3/r2，k＝r4/r1，即第四阻值与第一阻值之间的比值等于第三阻值与第二阻值之间的比值，且等于预设比例。
89.进一步地，本实施例的电流采样设备中，翻转电路122包括：第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第三电容c3、第四电容c4、第二运放芯片a2、第三运放芯片a3、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4。第五电阻r5的第一端和第七电阻r7的第一端分别作为翻转电路122的输入端，与比例缩放电路121的输出端(即第一运放芯片a1的第三端、第四电阻r4的第二端和第二电容c2的第二端)相连；第五电阻r5的第二端与第二运放芯片a2的第一端相连；第二运放芯片a2的第二端分别与第三电容c3的第一端、第六电阻r6的第一端和第一二极管d1的第一端相连；第二运放芯片a2的第三端、第三电容c3的第二端、第六电阻r6的第二端和第一二极管d1的第二端分别与第二二极管d2的第一端相连；第三运放芯片a3的第一端通过第八电阻r8接地；第三运放芯片a3的第二端分别与第七电阻r7的第二端、第四电容c4的第一端、第九电阻r9的第一端和第三二极管d3的第一端相连；第三运放芯片a3的第三端、第四电容c4的第二端、第九电阻r9的第二端和第三二极管d3的第二端分别与第四二极管d4的第一端相连；第二二极管d2的第二端和第四二极管d4的第二端分别作为翻转电路122的输出端，与直流转换电路123的输入端相连。
90.进一步地，本实施例的电流采样设备中，直流转换电路123包括：第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7和第四运放芯片a4。第十电阻r10的第一端作为直流转换电路123的输入端，与翻转电路122的输出端(即第二二极管d2的第二端和第四二极管d4的第二端)相连；第十电阻r10的第二端分别与第十一电阻r11的第一端和第五电容c5的第一端相连；第十一电阻r11的第二端和第六电容c6的第一端分别与第四运放芯片a4的第一端相连；第五电容c5的第二端分别与第四运放芯片a4的第二端和第四运放芯片a4的第三端相连；第四运放芯片a4的第二端和第四运放芯片a4的第三端分别与第十二电阻r12的第一端相连；第十二电阻r12的第二端和第七电容c7的第一端分别作为直流转换电路123的输出端，与主控器13中的ad芯片131相连；第六电容c6的第二端和第七电容c7的第二端均接地。其中，图2中的i_out表示目标直流输出信号。
91.本发明还提供了一种功率控制系统，图3是本发明的功率控制系统一种实施例提供的结构示意图，如图3所示，本实施例功率控制系统包括：控制器22和上述实施例所述的电流采样设备21。电流采样设备21与控制器22相连，控制器22和电流采样设备21分别与感应加热电源相连。电流采样设备21用于采集感应加热电源的逆变输出电流，并将该逆变输出电流转换为稳定的目标输出电流值。控制器22用于根据预设电压计算规则，计算目标输出电压值，并根据目标输出电流值和目标输出电压值对感应加热电源的输出功率进行调
节。其中，预设电压计算规则包括：
[0092][0093]
其中，u
01
表示输出电压基波有效值，即目标输出电压值；ud表示电压幅值，对于380v三相交流电供电的感应加热电源设备，ud为513v；γ表示移相角，为根据感应加热电源的功率输出模式预先设置的一个值。
[0094]
本实施例的功率控制系统可以利用电流采样设备21中的直流转换装置12将采集的高频输出电流转换为稳定无波的直流输出信号，稳定无波的直流输出信号相当于0hz，这样便可以满足电流采样设备21中的主控器13的采样速率，能保证电流采样设备21中主控器13对输出电流采样时不会出现失真，减小了输出电流的采样误差，提高输出电流采样的准确性，从而提高感应加热电源输出功率的稳定性。
[0095]
为了更全面，对应于本发明实施例提供的电流采样设备，本技术还提供了电流采样方法。
[0096]
图4是本发明的电流采样方法一种实施例提供的流程图，如图4所示，本实施例的电流采样方法应用于上述实施例所述的电流采样设备，具体包括如下步骤：
[0097]
s101、电流传感器采集感应加热电源的逆变输出电流，并将逆变输出电流转化为待转换信号。
[0098]
s102、直流转换装置将待转换信号转换为稳定的目标直流输出信号。
[0099]
s103、主控器将目标直流输出信号进行处理，得到目标输出电流值。
[0100]
本实施例的电流采样方法，可以利用直流转换装置12将采集的高频输出电流转换为稳定无波的直流输出信号，稳定无波的直流输出信号相当于0hz，这样便可以满足主控器13的采样速率，能保证主控器13对输出电流采样时不会出现失真，减小了输出电流的采样误差，提高输出电流采样的准确性，从而提高感应加热电源输出功率的稳定性。
[0101]
进一步地，本实施例的电流采样方法中，步骤s102具体包括如下步骤：
[0102]
第一，直流转换装置中的比例缩放电路按照预设比例对所述待转换信号进行缩放，得到缩放信号。
[0103]
第二，直流转换装置中的翻转电路将缩放信号进行负半周翻转至x轴上方，得到翻转后的翻转信号。
[0104]
第三，直流转换装置中的直流转换电路将翻转信号转换为稳定的直流信号，将直流信号作为目标直流输出信号。
[0105]
进一步地，本实施例的电流采样方法中，步骤s103具体包括如下步骤：
[0106]
第一，主控器中的ad芯片对目标直流输出信号进行模数转换，得到数字量信号。
[0107]
第二，主控器中的dsp芯片对数字量信号进行数字信号处理，得到目标输出电流值。
[0108]
关于上述实施例中的方法，其中各个步骤执行操作的具体方式已经在有关该电流采样设备的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
[0109]
为了更全面，对应于本发明实施例提供的功率控制系统，本技术还提供了功率控制方法。
[0110]
图5是本发明的功率控制方法一种实施例提供的流程图，如图5所示，本实施例的
功率控制方法应用于上述实施例所述的功率控制系统，具体步骤如下所述：
[0111]
s201、电流采样设备采集感应加热电源的逆变输出电流，并将逆变输出电流转换为稳定的目标输出电流值。
[0112]
s202、控制器根据预设电压计算规则，计算目标输出电压值，并根据目标输出电流值和目标输出电压值对感应加热电源的输出功率进行调节。
[0113]
本实施例的功率控制方法，可以利用电流采样设备21中的直流转换装置12将采集的高频输出电流转换为稳定无波的直流输出信号，稳定无波的直流输出信号相当于0hz，这样便可以满足电流采样设备21中的主控器13的采样速率，能保证电流采样设备21中主控器13对输出电流采样时不会出现失真，减小了输出电流的采样误差，提高输出电流采样的准确性，从而提高感应加热电源输出功率的稳定性。
[0114]
关于上述实施例中的方法，其中各个步骤执行操作的具体方式已经在有关该功率控制系统的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
[0115]
图6是本发明感应加热系统一种实施例提供的结构示意图，如图6所示，本实施例的感应加热系统包括：感应加热电源31和上述实施例所述的功率控制系统32。功率控制系统32与感应加热电源31相连。
[0116]
本实施例的感应加热系统，可以利用功率控制系统32中的直流转换装置12将采集的高频输出电流转换为稳定无波的直流输出信号，稳定无波的直流输出信号相当于0hz，这样便可以满足功率控制系统32中的主控器13的采样速率，能保证功率控制系统32中主控器13对输出电流采样时不会出现失真，减小了输出电流的采样误差，提高输出电流采样的准确性，从而提高感应加热电源31输出功率的稳定性。
[0117]
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
[0118]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
[0119]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0120]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。