電壓/頻率轉換器的自動線性誤差補償裝置及方法

2023-10-18 09:46:19 1

專利名稱：電壓/頻率轉換器的自動線性誤差補償裝置及方法
技術領域：
本發明涉及電壓/頻率轉換器，特別涉及用於電力變頻器(power inverter )中的電壓/頻率轉換器。
背景技術：
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隨著變頻技術的日益成熟，變頻器的應用也已相當普及，不僅在
各種家庭電器(如冷氣機、水箱及洗衣機)中經常可見，在各種工業 控制中也很常見。
在變頻器中，常需使用電壓/頻率轉換器(V/F converter),如 MICROCHIP公司製造的TC9400系列及ANALOG DEVICE公司製造
15的ADVFC32等集成電路產品，將模擬的電壓信號轉換為數字的頻率 信號，以便於進行數位化的精密控制。在如前所述的V/F轉換器中， 其輸入電壓值與輸出頻率值間的轉換函數(transfer function)為線性 函數(linear function)，即二者具有正比關係，該類V/F轉換器集成 電路產品均設有補償調整端(offset adjust pin)(如TC9400系列的第
20 二腳及ADVFC32的第一腳)，使用時將該腳連接可變電阻，藉由其 阻值的調整來改變轉換函數的斜率，以使頻率輸出值與輸入電壓值之 間更精確的對應。
然而這種補償調整必需逐一地以人工方式進行，在大量生產變頻 器的過程中，逐一的人工調整必將耗費大量的人力及時間，極不符合
25 經濟效益。再者，可變電阻的可動式結構在精密度及耐用度方面均不 及固定電阻，極易發生阻值漂移的情形，這也會影響V/F轉換的正確 性。
另一方面，在變頻器中使用微控制器單元(Microcontroller Unit, MCU)進行數位化控制早已極為普遍，但公知的變頻器並未利用微控 30制器單元進行V/F轉換器的轉換誤差補償，因此，若能利用已有的微控制器單元進行自動的V/F轉換誤差的補償，那麼將可在不增加組件 成本的情況下，完全免除以往人工調整所需的人力及時間成本，並可避免因使用可變電阻而產生的不穩定問題。

發明內容
本發明的主要目的在於，提供一種電壓/頻率轉換器的自動線性誤 差補償裝置及方法，其可由微控制器單元自動進行誤差補償，而無需 人工操作，從而可以有效降低製造成本。
本發明的另一目的在於，提供一種電壓/頻率轉換器的自動線性誤差補償裝置及方法，其可避免使用成本較高且較不穩定的可變電阻，而是以固定電阻取代可變電阻，從而可提高變頻控制的穩定性的壽命。
為了達到上述目的，本發明將V/F轉換器其頻率輸出端經由光隔 離器(opto-isolator)連接至微控制器單元(MCU )，所述V/F轉換器 的補償調整端連接固定電阻，而所述微控制器單元預先存有V/F轉換的標準線性轉換函數。在輸入電壓為VI和V0時，V/F轉換器應輸出 Fl及F0的標準對應頻率(即(VI， Fl )和(V0, F0)兩個坐標點)。 當以VI和V2的實際電壓值輸入V/F轉換器、並且所得的實際輸出值 為F1，和F0，時，微控制器單元便得知V/F轉換器的誤差狀態，因此在 微控制器單元進行降頻轉換時，將(Fl， Kl)和(F0， K0)的標準坐標點修改為(Fl，， Kl)和(F0，， K0)，並以此兩個坐標點來算出降 頻轉換的線性補償轉換函數。


圖1是本發明的裝置的方塊圖2是本發明的誤差補償方法的流程圖；以及
圖3是本發明的轉換函數的坐標圖。
附圖中，各標號所代表的部件列表如下
I. .. V/F轉換器
II. ..電壓輸入端 12...補償調整端
13、 14...頻率信號輸出端
15...固定電阻
2...微控制器單元
21、 22...輸入端
23...輸出端
3…光隔離器
S1 S7…步驟
具體實施例方式
圖1是本發明的裝置的方塊圖。本發明主要由電壓/頻率轉換器(V/F converter ,以下簡稱V/F轉換器)1及微控制器單元 (Microcontroller, MCU) 2組成。V/F轉換器1的頻率信號輸出端 13、 14電連接到微控制器單元2的輸入端21、 22，該連接可優選地串連光隔離器(opto-isolator) 3,以隔離兩電路的接地，並可濾除V/F 轉換器1輸出頻率信號中的直流成分。
V/F轉換器1的電壓輸入端11電連接到被轉換的電壓信號源Vin (未示出)，而其補償調整端12則連接固定電阻15,以對V/F轉換器l提供固定的補償值。
微控制器單元2對由V/F轉換器1所輸入的頻率信號進行補償及降頻處理。由於一般V/F轉換器1的集成電路產品皆為高頻輸出，如前述的ADVFC32的滿刻度(full scale)頻率為10kHz、 100kHz或 500kHz,而TC9400系列的滿刻度頻率則為100kHz，此kHz等級的頻率對於變頻器的控制所需的0~60Hz頻帶而言實屬過高，因此微控制器單元2需對所輸入的高頻信號進行降頻處理，以使其輸出端23輸出符合變頻器控制所需的降頻信號。
因此，V/F轉換器1和微控制器單元2的輸出與輸入的關係可以用轉換函數(transfer function)表示，其中所述轉換函數分別為V/F 轉換函數及降頻轉換函數，並且這兩個函數均為線性函數。V/F轉換 函數可以用F (V) =aV十b表示(其中a， b為常悽t),而降頻轉換函數則可以用K (F) =cF+d表示(其中c, d為常數)。
圖2示出了本發明的誤差補償方法的流程圖。首先在微控制器單 元2內建立標準V/F轉換函數及標準降頻轉換函數，這兩個標準轉換 函數分別具有(VI, Fl ) 、 ( V0， FO)以及(Fl， Kl ) 、 (FO， K0) 的對應關係(Sl)，即當輸入電壓為VI時，V/F轉換器l應輸出Fl的頻率，而Fl的頻率經降頻轉換後，應輸出K1的頻率；當輸入電壓 為V0時，V/F轉換器1應輸出F0的頻率，而F0的頻率經降頻轉換 後，應輸出K0的頻率。
然後，將第一電壓值VI實際輸入V/F轉換器1中，V/F轉換器l 便將真實的第一頻率F1，輸出到微控制器單元2(S2)。再將第二電壓值V0實際輸入V/F轉換器1中，V/F轉換器l便又將真實的第二頻率 F0，輸出到微控制器單元2 (S3)。微控制器單元2收到兩個真實的頻 率F1，及F0，後，便將其與標準頻率F1及F0進行對應比較(S4)。若 有任一組頻率值不同(即F1≠F1'或FO≠FO')，便分別將Fl，及 FO，的降頻輸出值設定為Kl及KO (S5),即在直角坐標上產生(Fl'，Kl)和(F0'， K0)兩個坐標點。接著，再根據所述兩個坐標點來計 算補償降頻轉換函數(S6)。補償降頻轉換函數在直角坐標上的圖形 是通過所述兩個坐標點的直線，即為線性函數。此後便採用補償降頻 轉換函數進行降頻轉換，以補償V/F轉換器1的線性轉換誤差。在步 驟S4中，若F1=F1'且F0=F0'，，即表示V/F轉換器1的轉換沒有誤差，則不進行補償，因而仍採用原標準降頻轉換函數(S7)。
圖3是本發明的各個轉換函數在直角坐標上的圖形表示。圖3A 繪示了V/F轉換函數，其中橫坐標代表電壓V,縱坐標代表V/F轉換 器1的輸出頻率。圖3中的兩條直線分別代表標準V/F轉換函數及真 實的V/F轉換函數，其中真實的V/F轉換函數的直線是將兩組真實值 (即(V1， F1')及(V0， F0'))所形成的坐標點(A， B)連接而成 的。圖3B中繪示了標準降頻轉換函數和補償降頻轉換函數在直角坐 標上的圖形表示，其中橫坐標代表V/F轉換器1的輸出頻率，縱坐標 則代表微控制器單元2的降頻輸出，其中的補償降頻轉換函數是將 (Fl'， Kl)及(FO'， K0)兩坐標點(C， D)連接而成的。
以上所述僅為本發明的優選實施例，並非因此即限制本發明的專利
範圍，其它等效的應用和變換，均應包括在本發明的專利範圍內。
權利要求
1.一種電壓/頻率轉換器的自動線性誤差補償方法，包括下列步驟a)建立標準V/F轉換函數及標準降頻轉換函數，所述兩個標準轉換函數分別具有(V1，F1)、(V0，F0)以及(F1，K1)、(F0，K0)的對應關係；b)輸入第一電壓值V1，以得到真實的第一頻率F1』；c)輸入第二電壓值V0，以得到真實的第二頻率F0』；d)比較F1』和F1，以及F0』和F0兩組對應值；e)當步驟d中的比較結果為有任一組對應值不同時，即當F1≠F1』或F0≠F0』時，將F1』及F0』的降頻輸出值分別設定為K1及K0；f)根據(F1』，K1)及(F0』，K0)兩個坐標點來計算補償降頻轉換函數，所述補償降頻轉換函數在直角坐標上的圖形為通過所述兩個坐標點的直線。
2. —種電壓/頻率轉換器的自動線性誤差補償裝置，包括 電壓/頻率轉換器，其具有頻率信號輸出端、補償調整端、電壓輸入端及真實V/F轉換函數，所述電壓輸入端用以電連接至被轉換的電壓信號源，而所述補償調整端則連接固定電阻，以便向V/F轉換器提 供固定的補償值，所述真實V/F轉換函數具有(Vl， Fl』)及(V0， F0』)的對應關係；微控制器單元，其具有輸入端及輸出端，所述輸入端電連接至所 述電壓/頻率轉換器的頻率信號輸出端，以對所述所輸入的頻率信號進行補償及降頻處理，所述微控制器單元內儲存有標準V/F轉換函數及標準降頻轉換函數，所述兩個標準轉換函數分別具有(VI， Fl)、 (V0, F0)以及(F1, Kl) 、 (F0， K0)的對應關係；其中，當F1#F1』或F0#F0』時，所述微控制器單元便將F1』及F0』 的降頻輸出值分別設定為K1及K0，並根據(Fl』， K1)及(F0』， K0) 兩個坐標點來計算補償降頻轉換函數，所述補償降頻轉換函數在直角坐標上的圖形為通過所述兩個坐標點的直線。
3.如權利要求2所述的裝置，其中所述電壓/頻率轉換器與所述微 控制器單元之間串接有光隔離器。
全文摘要
一種電壓/頻率(V/F)轉換器的自動線性誤差補償裝置及方法，所述V/F轉換器的補償調整端連接固定電阻，而其頻率輸出端經由光隔離器(opto-isolator)而連接至微控制器單元(MCU)，所述微控制器單元預先存有標準V/F轉換函數，在輸入電壓為V1及V0時，V/F轉換器應輸出F1及F0的標準對應頻率(即(V1，F1)及(V0，F0)兩個坐標點)，但當以V1及V2的實際電壓值輸入V/F轉換器、並且所得的真實輸出值為F1』及F0』時，微控制器單元便得知V/F轉換器的誤差狀態，因而在微控制器單元進行降頻轉換時，將(F1，K1)及(F0，K0)的標準坐標點修改為(F1』，K1)及(F0』，K0)，並根據這兩個坐標點來算出補償降頻轉換函數。
文檔編號H02M1/00GK101202494SQ200610167810
公開日2008年6月18日 申請日期2006年12月14日 優先權日2006年12月14日
發明者陳聰賓, 陳裕勝 申請人:臺達電子工業股份有限公司