CN102280991A

CN102280991A - 一种交流纹波信号的滤除电路及方法

Info

Publication number: CN102280991A
Application number: CN2011102328642A
Authority: CN
Inventors: 张立品; 鞠万金; 汪兆华; 李战功; 刘建飞; 谢春华
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2011-08-15
Filing date: 2011-08-15
Publication date: 2011-12-14

Abstract

本发明公开了一种交流纹波信号的滤除电路及方法，其方法包括步骤S1：对微控制器进行初始化；步骤S2：设置中断控制，在中断等待时间内启动采集输出信号，并对采集的输出信号进行AD转换；步骤S3：监测AD转换是否结束，否则结束接续步骤S2，是则执行步骤S4；步骤S4：根据采样得到的输出信号计算需要控制的电压与实际输出电压的误差值；步骤S5：通过比例积分调节误差值，以求得场效应管开关的时间；步骤S6：微控制器根据求得的时间控制输出的PWM信号的占空比，驱动模块根据PWM信号控制场效应管的开和关。采用本发明可有效地滤除交流工频信号的干扰且不会产生高频的EMI辐射。

Description

一种交流纹波信号的滤除电路及方法

技术领域

本发明涉及音频信号领域，尤其涉及的是一种交流纹波信号的滤除电路及方法。

背景技术

单级功率因数校正AC/DC变换直流电源或者低频直流电源的输出往往会叠加一个工频的交流信号，该交流信号在音频等应用领域会产生低频的嗡嗡交流噪声，通常的解决办法是在直流输出端外加一个或几个高容量的电解电容，该电解电容不单体积大，而且滤除工频交流信号的能力也有限不能实现有效地恒压控制。另一种解决办法通过外加DC/DC芯片来实现平滑的直流输出，从而把交流工频信号滤除，但这种解决方法由于引入了一个高频的开关信号，会产生高频的EMI辐射等问题。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交流纹波信号的滤除电路及方法，旨在解决将直流电源输出中的交流工频信号滤除的现有技术，有的滤除效果差；有的会产生高频的EMI辐射的问题。

本发明的技术方案如下：

一种交流纹波信号的滤除电路，其中，包括同步整流电路、微控制器、驱动模块、电流传感器、第一电压传感器和第二电压传感器，所述第一电压传感器连接同步整流电路的输入端，将输入端电压采集送入微控制器；所述驱动模块连接微控制器，将微控制器的控制信号传递到同步整流电路；所述电流传感器和第二电压传感器连接在同步整流电路的输出端上，将输出端的电压和电流采集送入微控制器中。

所述的交流纹波信号的滤除电路，其中，所述同步整流电路包括第一场效应管、第二场效应管、电感和电容；所述第一场效应管和第二场效应管的基极分别连接在驱动模块上；第一场效应管的源极、第二场效应管的漏极以及电感三端相连接；第一场效应管的漏极为同步整流电路的输入端，第二场效应管的源极接地，电感的另一端为同步整流电路的输出端，且在输出端上连接有一接地电容。

所述的交流纹波信号的滤除电路，其中，所述电流传感器为一高精度的电流互感器。

所述的交流纹波信号的滤除电路，其中，所述微处理器中包括AD转换模块、核心处理模块和PWM模块，所述AD转换模块对外连接电流传感器、第一电压传感器和第二电压传感器，对内连接核心处理模块；所述PWM模块对外连接驱动模块，对内连接核心处理模块。

一种交流纹波信号的滤除方法，其包括以下步骤：

步骤S1：对微控制器进行初始化；

步骤S2：设置中断控制，在中断等待时间内启动采集输出信号，并对采集的输出信号进行AD转换；

步骤S3：监测AD转换是否结束，否则结束接续步骤S2，是则执行步骤S4；

步骤S4：根据采样得到的输出信号计算需要控制的电压与实际输出电压的误差值；

步骤S5：通过比例积分调节误差值，以求得场效应管开关的时间；

步骤S6：微控制器根据求得的时间控制输出的PWM信号的占空比，驱动模块根据PWM信号控制场效应管的开和关。

所述的交流纹波信号的滤除方法，其中，对微控制器进行的初始化包括给控制寄存器赋初值，所述控制寄存器包括AD采样模块的寄存器，PWM模块的寄存器，输入输出引脚的控制寄存器。

所述的交流纹波信号的滤除方法，其中，AD转换结束之后寄存器的标志位自动会设置为1。

所述的交流纹波信号的滤除方法，其中，为使程序的正常运行还需要禁止看门狗。

所述的交流纹波信号的滤除方法，其中，对采样的数据进行AD转换后还要进行数字滤波处理，经过数字滤波处理后再进行比例积分调节。

本发明的有益效果：本发明通过基于单片机系统的交流信号滤波方法，采用了同步整流的架构，由单片机直接进行恒压控制，由单片机启动AD采样对输出电压进行采样，根据AD采样的结果来计算实际电压和需要控制的电压之差，再计算出PWM信号占空比，调节输出电压，减少实际电压和控制电压之差，从而达到恒压的效果，也就是有效地滤除交流工频信号的干扰且不会产生高频的EMI辐射。

附图说明

图1是本发明提供的交流纹波信号的滤除电路的原理框图。

图2是本发明提供的交流纹波信号的滤除方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

参见图1，本发明提供的交流纹波信号的滤除电路包括同步整流电路、微控制器、驱动模块、电流传感器、第一电压传感器和第二电压传感器，所述第一电压传感器连接同步整流电路的输入端，将输入端电压采集送入微控制器；所述驱动模块连接微控制器，将微控制器的控制信号传递到同步整流电路；所述电流传感器和第二电压传感器连接在同步整流电路的输出端上，将输出端的电压和电流采集送入微控制器中。所述电流传感器为一高精度的电流互感器。套在输出端的线路上。

所述第一电压传感器的作用是用来采样输入电压，用来输入过压保护和决定输出占空比的大小。需要控制的电压就是设置在控制器中的电压值。

所述同步整流电路包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、电感L和电容C；所述第一场效应管Q1和第二场效应管Q2的基极分别连接在驱动模块上；第一场效应管Q1的源极、第二场效应管Q2的漏极以及电感L三端相连接；第一场效应管Q1的漏极为同步整流电路的输入端，第二场效应管Q1的源极接地。电感L的另一端为同步整流电路的输出端，且在输出端上连接有一接地电容C。

所述微处理器中包括AD转换模块、核心处理模块和PWM模块，所述AD转换模块对外连接电流传感器、第一电压传感器和第二电压传感器，对内连接核心处理模块；所述PWM模块对外连接驱动模块，对内连接核心处理模块。

其工作原理为：带有工频信号的直流电压从同步整流电路的输入端输入，所述微控制器发出PWM信号通过驱动模块控制第一场效应管Q1导通，直流电压从输出端输出，在输出端设置有电流传感器和第二电压传感器分别用于采集输出端得电流和电压，送入到微控制器中，所述微控制器中设有需要控制的电压的基准值，输出电压和电流送入微控制器后进行AD转换并与需要控制的电压的基准值比较，得出差值。通过对该差值进行比例积分调节，得出场效应管开关的时长，微控制器根据该时间调整输出的PWM信号的占空比，并将该PWM信号送给驱动模块，所述驱动模块根据该PWM信号控制第一场效应管Q1和第二场效应管Q2的导通与关断时长。

本发明提供的同步整流电路有别以其它的同步整流线路，它采用微控制器（单片机）为核心，由单片机直接进行恒压控制基于单片机系统的交流信号滤波方法，采用了同步整流的架构，由单片机启动AD采样对输出电压进行采样，根据AD采样的结果来计算DeltaU（实际电压和需要控制的电压之差），再通过PID算法计算出PWM信号占空比，调节输出电压，减少实际电压和控制电压之差，从而达到恒压的效果。

参见图2，本发明提供的的交流纹波信号的滤除方法，包括以下步骤：

步骤S1：对微控制器进行初始化；

步骤S6：微控制器根据求得的时间控制输出的PWM信号的占空比，驱动模块根据PWM信号控制场效应管的开和关。从而实现输出电压的恒压控制，消除纹波影响。

步骤S1中进行的初始化包括给控制寄存器赋初值，所述控制寄存器包括AD采样模块的寄存器，PWM模块的寄存器，输入输出引脚的控制寄存器等。比如输入输出引脚的控制寄存器初值由线路图决定那个口是1，那个口是0，PWM模块的寄存器主要用来设定PWM输出的频率和PWM的占空比等。

在系统开始工作时，系统的工作时钟开CAP1INT、CAP2INT中断设置，在等待中断的空闲时间内采集输出信号。系统还设置ADC转换结束标志位为1即ADC转换结束之后标志自动会设置为1，当系统检测到该标志位设置为1后，则根据采样得到的输出信号计算DeltaU（需要控制电压与实际输出电压的误差值）。另外，为保证程序的正常运行还需要禁止看门狗。本发明中，还对ADC采样的数据进行数字滤波处理，经过数字滤波处理后才进行比例积分调节。

系统还需要设置PWM信号的频率和死区时间，根据外围电感和电容等的需要来设置，死区时间是为了防止图1中Q1和Q2同时导通造成输入短路），设置通用定时器1和2的控制寄存器，设置捕获控制寄存器检测下降沿。

MCU数字控制能够实现较之模拟控制更为高级而且复杂的策略，与模拟控制电路相比较，数字控制电路拥有更多的优点：数字PID系统相对于模拟PID系统具有设计周期短、灵活多变易于实现模块化管理，能够消除因离散元件引起的不稳定和电磁干扰等优点。

本发明通过基于单片机系统的交流信号滤波方法，采用了同步整流的架构，由单片机直接进行恒压控制，由单片机启动AD采样对输出电压进行采样，根据AD采样的结果来计算实际电压和需要控制的电压之差，再计算出PWM信号占空比，调节输出电压，减少实际电压和控制电压之差，从而达到恒压的效果，也就是有效地滤除交流工频信号的干扰且不会产生高频的EMI辐射。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种交流纹波信号的滤除电路，其特征在于，包括同步整流电路、微控制器、驱动模块、电流传感器、第一电压传感器和第二电压传感器，所述第一电压传感器连接同步整流电路的输入端，将输入端电压采集送入微控制器；所述驱动模块连接微控制器，将微控制器的控制信号传递到同步整流电路；所述电流传感器和第二电压传感器连接在同步整流电路的输出端上，将输出端的电压和电流采集送入微控制器中。

2.根据权利要求1所述的交流纹波信号的滤除电路，其特征在于，所述同步整流电路包括第一场效应管、第二场效应管、电感和电容；所述第一场效应管和第二场效应管的基极分别连接在驱动模块上；第一场效应管的源极、第二场效应管的漏极以及电感三端相连接；第一场效应管的漏极为同步整流电路的输入端，第二场效应管的源极接地，电感的另一端为同步整流电路的输出端，且在输出端上连接有一接地电容。

3.根据权利要求1所述的交流纹波信号的滤除电路，其特征在于，所述电流传感器为一高精度的电流互感器。

4.根据权利要求1所述的交流纹波信号的滤除电路，其特征在于，所述微处理器中包括AD转换模块、核心处理模块和PWM模块，所述AD转换模块对外连接电流传感器、第一电压传感器和第二电压传感器，对内连接核心处理模块；所述PWM模块对外连接驱动模块，对内连接核心处理模块。

5.一种交流纹波信号的滤除方法，其包括以下步骤：

步骤S1：对微控制器进行初始化；

6.根据权利要求5所述的交流纹波信号的滤除方法，其特征在于，对微控制器进行的初始化包括给控制寄存器赋初值，所述控制寄存器包括AD采样模块的寄存器，PWM模块的寄存器，输入输出引脚的控制寄存器。

7.根据权利要求5所述的交流纹波信号的滤除方法，其特征在于，AD转换结束之后寄存器的标志位自动会设置为1。

8.根据权利要求5所述的交流纹波信号的滤除方法，其特征在于，为使程序的正常运行还需要禁止看门狗。

9.根据权利要求5所述的交流纹波信号的滤除方法，其特征在于，对采样的数据进行AD转换后还要进行数字滤波处理，经过数字滤波处理后再进行比例积分调节。