CN103280957B - 用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路及控制方法 - Google Patents

用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路及控制方法 Download PDF

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Abstract

用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路，该电路由一级耦合网络A，宽频变压器B，前置、功率放大器C，宽频变压器D以及二级耦合网络E组成，一级耦合网络A与宽频变压器B、二级耦合网络E连接，宽频变压器B与前置、功率放大器C连接，前置、功率放大器C与宽频变压器D连接，宽频变压器D与二级耦合网络E连接。本发明采用带负反馈的有源滤波电路，能够可靠地分离出直流电压中的纹波及不同频段的噪声，可主动抵消和抑制各种纹波和高频噪声。

Description

用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路及控制方法
技术领域
本发明涉及用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路，用于电能计量领域。
背景技术
在直流精密测量中，我们需要非常稳定（如3分钟内的变化值小于0.003%）的直流电压源，其输出电压应能在量程值的1%-120%的范围内可调，同时其纹波和噪声也很小，通常要求在空载和满负载条件下，kNRR小于0.1%。
目前，为了降低纹波和抑制噪声主要采用两种方法：无源滤波网络法、有源滤波网络法。无源滤波网络法是在直流电压源的前端功率放大器和输出级上设计由电感、电容、电阻等组成的单级或多级滤波器，有源滤波网络法是把由电感、电容、电阻以及功率放大器等组成的单级或多级滤波器设计在直流电压源的前端功率放大器上。
现有技术采用无源滤波网络法能把纹波和噪声抑制到0.5%左右的水平，再加大滤波网络会降低电源的稳定性，并且其输出建立时间会增长；采用有源滤波网络法虽然纹波和噪声抑制比可提高，但极易引起输出振荡。目前大部分被检表内部使用开关电源供电，其开关噪声会通过接线串入精密直流电源，由于频带宽、信号强，使用滤波法很难抑制到0.2%的水平。对于通过供电电源串入的工频干扰无明显抑制效果。
发明内容
本发明提供了用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路，采用带负反馈的有源滤波技术，能够可靠地分离出直流电压中的纹波及不同频段的噪声，可主动抵消和抑制各种纹波和高频噪声。通常情况下，可使纹波和噪声的含量降低到0.1%以下。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路，由一级耦合网络A，宽频变压器B，前置、功率放大器C，宽频变压器D以及二级耦合网络E组成，一级耦合网络A与宽频变压器B、二级耦合网络E连接，宽频变压器B与前置、功率放大器C连接，前置、功率放大器C与宽频变压器D连接，宽频变压器D与二级耦合网络E连接。
所述一级耦合网络A由电阻R1、电感L1、电容C1组成，其中电阻R1与电感L1连接，电感L1别与电容C1和二级耦合网络E的电容C2连接，电容C1与宽频变压器B连接。
所述二级耦合网络E由电感L2、电容C2组成，电感L2与电容C2相连，电容C2连接至一级耦合网络A的电感L1。
所述宽频变压器B、D采用在10Hz-50kHz带宽内保持响应平坦的宽频变压器。在绕制宽频变压器B、D时，采用电磁屏蔽，以防止外部干扰传入。
所述的用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路的控制方法，包括如下步骤：
（1）精密直流高电压源信号通过一级耦合网络A实现纹波和噪声分离，
（2）宽频变压器B从直流量中将交流低频纹波和高频噪声提取出来，并输出至前置、功率放大器C，
（3）前置、功率放大器C对噪声和纹波信号进行相位调节和增益调节，使其与原精密直流高电压源中的纹波与噪声幅度相等，相位相反，进而驱动宽频变压器D，经电感L2、电容C2以及电感L1、电阻R1耦合至精密直流高电压源，抵消和抑制了纹波与噪声。
所述精密直流高电压源为30V-1500V范围，一般采用PWM或中频正弦波信号经功率放大升压后经整流滤波产生，其输出在带负载条件下有比较大的纹波和噪声，kNRR值通常在1%以上，而直流精密测量又要求kNRR低于0.1%。
本发明的原理是：
直流电压源的输出电压信号（U0）表示为
U0=U-+U～
U0为直流电压源的输出电压信号。
U-为直流电压源的输出电压信号中的直流部分。
U～为直流电压源的输出电压信号中的交流部分，用有效值电压表征。
U ~ = ( U R ~ ) 2 + ( U N ~ ) 2
UR～为直流电压源的输出电压信号中的低频纹波，用有效值电压表征。
UN～为直流电压源的输出电压信号中的高频噪声，用有效值电压表征。
纹波与噪声抑制比 k NNR = U ~ U - × 100 %
本发明的突出优点在于：
（1）本发明所采用电路能够降低直流电压源在10Hz-50kHz频率范围内的纹波和噪声，其抑制比高达40db，在满负载条件下，kNRR的典型值小于0.03%。
（2）采用带负反馈的有源滤波技术，能够可靠地分离出直流电压中的纹波及不同频段的噪声，可主动抵消和抑制各种纹波和高频噪声；较现有技术的抑制比高出许多。很好地满足了直流电能表检定装置的技术要求，同时进一步提高了大电压的输出稳定度。
（3）对于通过供电电源串入的工频干扰和外部干扰也有明显的抑制效果，增强了产品对各种环境的适应性。
（4）对精密直流电源的稳定性和响应速度基本无影响。电路从未振荡，可靠性良好。
附图说明
图1为本发明所述的用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路原理框图。
图2为本发明所述的用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路的一级耦合网络A原理图。
图3为本发明所述的用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路的前置、功率放大器C原理框图。
图4为本发明所述的用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路的二级耦合网络E原理图。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案进一步说明。
如图1所示，本发明所述的降低可调直流高电压源的纹波和噪声电路，由一级耦合网络A，宽频变压器B，前置、功率放大器C，宽频变压器D以及二级耦合网络E组成，一级耦合网络A与宽频变压器B、二级耦合网络E连接，宽频变压器B与前置、功率放大器C连接，前置、功率放大器C与宽频变压器D连接，宽频变压器D与二级耦合网络E连接。
一级耦合网络A由电阻R1、电感L1、电容C1组成，其中电阻R1与电感L1连接，电感L1别与电容C1和二级耦合网络E的电容C2连接，电容C1与宽频变压器B连接。
二级耦合网络E由电感L2、电容C2组成，电感L2与电容C2相连，电容C2连接至一级耦合网络A的电感L1。
宽频变压器B、D采用在10Hz-50kHz带宽内保持响应平坦的宽频变压器。在绕制宽频变压器B、D时，采用电磁屏蔽，以防止外部干扰传入。
用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路的控制方法，包括以下特征：
（1）精密直流高电压源信号通过一级耦合网络A实现纹波和噪声分离，
（2）宽频变压器B从直流量中将交流低频纹波和高频噪声提取出来，并输出至前置、功率放大器C，
（3）前置、功率放大器C对噪声和纹波信号进行相位调节和增益调节，使其与原精密直流高电压源中的纹波与噪声幅度相等，相位相反，进而驱动宽频变压器D，经电感L2、电容C2以及电感L1、电阻R1耦合至精密直流高电压源，抵消和抑制了纹波与噪声。
如图2所示，本发明所述的用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路的一级耦合网络A原理图。一级耦合网络A由电阻R1、电感L1、电容C1组成，其中电阻R1分别与直流高压源、电感L1连接，电感L1分别与电容C1、二级耦合网络E连接，电容C1与宽频变压器B连接。
如图3所示，本发明所述的用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路的前置、功率放大器C原理框图。宽频变压器B与前置放大器连接并对噪声纹波信号进行相位和增益调整，前置放大器与功率放大器连接，功率放大器通过电阻和电容分别与宽频变压器D、地连接。
图4为本发明所述的用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路的二级耦合网络E原理图。二级耦合网络E由电感L2、电容C2组成。宽频变压器D与电感L2相连，电感L2与电容C2相连，电容C2连接至一级耦合网络A。

Claims (3)

1.用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路，其特征在于，该电路由一级耦合网络A，宽频变压器B，前置、功率放大器C，宽频变压器D以及二级耦合网络E组成，一级耦合网络A与宽频变压器B、二级耦合网络E连接，宽频变压器B与前置、功率放大器C连接，前置、功率放大器C对噪声和纹波信号进行相位调节和增益调节，使其与原精密直流高电压源中的纹波与噪声幅度相等、相位相反，进而驱动宽频变压器D，经电感L2、电容C2以及电感L1、电阻R1耦合至精密直流高电压源，抵消和抑制了纹波与噪声，前置、功率放大器C与宽频变压器D连接，宽频变压器D与二级耦合网络E连接，
所述一级耦合网络A由电阻R1、电感L1、电容C1组成，其中电阻R1与电感L1连接，电感L1分别与电容C1和二级耦合网络E的电容C2连接，电容C1与宽频变压器B连接，
所述二级耦合网络E由电感L2、电容C2组成，电感L2与电容C2相连，电容C2连接至一级耦合网络A的电感L1。
2.根据权利要求1所述的用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路，其特征在于，所述宽频变压器B、D采用在10Hz-50kHz带宽内保持响应平坦的宽频变压器。
3.权利要求1所述的用于可调精密直流高电压源的降低纹波和抑制噪声电路的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)精密直流高电压源信号通过一级耦合网络A实现纹波和噪声分离，
(2)宽频变压器B从直流量中将交流低频纹波和高频噪声提取出来，并输出至前置、功率放大器，
(3)前置、功率放大器C对噪声和纹波信号进行相位调节和增益调节，使其与原精密直流高电压源中的纹波与噪声幅度相等、相位相反，进而驱动宽频变压器D，经电感L2、电容C2以及电感L1、电阻R1耦合至精密直流高电压源，抵消和抑制了纹波与噪声。
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