CN104539264B - 应用于eps电源系统的滤波方法及滤波电路 - Google Patents

应用于eps电源系统的滤波方法及滤波电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种应用于EPS电源系统的滤波方法及滤波电路，选用Ellipt低通滤波器算法作为数字滤波器，并进一步根据EPS电源系统的特性结合大量实验确定了滤波指标，通过将EPS电源系统检测信号预先执行调试从而的得到满足滤波指标的适合的Ellipt低通滤波器算法的传递函数，进而将该传递函数应用到具体EPS电源系滤波中去，可以在保留有效信号的同时，更好的消除低频干扰。

Description

应用于EPS电源系统的滤波方法及滤波电路
技术领域
本发明涉及电源系统技术，尤其是指一种应用于EPS电源系统的滤波方法及滤波电路。
背景技术
现有的EPS电源系统检测信号大多采用模拟滤波器。模拟滤波器输出通过数字信号处理芯片AD转换，AD转换结果作为系统控制输入。采用这类滤波器，系统器件多，电路复杂，会有电压漂移、温度漂移和噪声等问题，易受干扰，系统稳定性较差。同时，一般滤波器很难消除EPS电源系统中成分较大的3次，5次等低次谐波。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种滤波效果好且简单的应用于EPS电源系统的滤波方法及滤波电路。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种应用于EPS电源系统的滤波方法，包括调试流程及滤波流程；所述调试流程包括步骤，
A)获取EPS电源系统检测信号；
B)滤除检测信号中高频成分；
C)对检测信号进行A/D采样；
D)选用Ellipt低通滤波器算法；
E)设定滤波指标；所述滤波指标为，输出符合通带边界频率范围于50-150Hz、通带增益范围为1.0-0.9，阻带增益范围为40-80db；
F)获取满足滤波指标的Ellipt低通滤波器算法的传递函数；
所述滤波流程包括步骤，
A)获取EPS电源系统获取检测信号；
B)滤除检测信号中高频成分；
C)对检测信号进行A/D采样；
D)使用调试流程得到的Ellipt低通滤波器算法的传递函数对检测信号进行数字滤波。
上述中，所述调试流程及滤波流程的步骤B中滤除检测信号中高于500HZ-1000HZ的高频成分；步骤C中以大于检测信号最高频率至少2倍的频率对检测信号进行A/D采样。
上述中，所述调试流程的步骤F具体包括，
F1)将经A/D采样后的检测信号进行数据缓存区；
F2)通过逼近法得到满足滤波指标的Ellipt低通滤波器算法的传递函数；
所述滤波流程的步骤D具体包括，
D1)将经A/D采样后的检测信号进行数据缓存区；
D2)应用调试流程得到的Ellipt低通滤波器算法的传递函数对检测信号进行数字滤波。
上述中，所述调试流程的步骤D-F由计算机实现；所述滤波流程的步骤D由DSP处理器实现。
上述中，所述调试流程的步骤D选用4-8阶的Ellipt低通滤波器算法获取满足滤波指标的传递函数。
本发明还涉及一种应用于EPS电源系统的滤波电路，包括信号获取模块、低通滤波模块及数字滤波器模块；所述数字滤波器模块包括A/D采样单元及椭圆滤波器单元；
所述信号获取模块，用于获取EPS电源系统检测信号而后转到低通滤波模块；
所述低通滤波模块，用于滤除检测信号中高频成分而后转到数字滤波器模块的A/D采样单元；
所述A/D采样单元，用于对低通滤波模块传来的检测信号进行A/D采样，而后转到椭圆滤波器单元；
所述椭圆滤波器单元，用于将满足滤波指标的Ellipt低通滤波器算法的传递函数对检测信号进行数字滤波递；所述滤波指标为，输出符合通带边界频率范围于50-150Hz、通带增益范围为1.0-0.9，阻带增益范围为40-80db。
上述中，所述信号获取模块包括电压获取单元及电流获取单元；所述低通滤波模块包括第一RC低通滤波器单元及第二RC低通滤波器单元；所述EPS电源系统检测信号分为EPS电源系统电压检测信号及EPS电源系统电流检测信号；所述EPS电源系统电压检测信号输入电压获取单元后通过第一RC低通滤波单元传输至数字滤波器模块的A/D采样单元；所述EPS电源系统电压检测信号输入电流获取单元后通过第二RC低通滤波单元传输至数字滤波器模块的A/D采样单元；所述低通滤波模块用于滤除检测信号中高于500HZ-1000HZ的高频成分。
上述中，还包括电压输出限幅模块及电流输出限幅模块；所述电压获取单元包括电压比例放大器及电压跟随器；
所述电流获取单元包括电流比例放大器及电流跟随器；所述EPS电源系统电压检测信号输入电压比例放大器，电压比例放大器还输入有偏置信号，电压比例放大器与电压跟随器相连，电压跟随器连接第一RC低通滤波单元，第一RC低通滤波单元连接电压输出跟随模块，电压输出跟随模块连接数字滤波器模块的A/D采样单元；
所述EPS电源系统电流检测信号输入电流比例放大器，电流比例放大器还输入有偏置信号，电流比例放大器与电流跟随器相连，电流跟随器连接第二RC低通滤波单元，第二RC低通滤波单元连接电流输出跟随模块，电流输出跟随模块连接数字滤波器模块的A/D采样单元。
上述中，所述电流比例放大器、电流跟随器、流比例放大器、电流跟随器各包括一运算放大器；所述电压输出限幅模块及电流输出限幅模块各包括一组相反设置、分别接地与电源的二极管。
上述中，所述数字滤波模块包括型号为TMS320F28016的信号处理芯片。
本发明的有益效果在于：选用Ellipt低通滤波器算法作为数字滤波器，并进一步根据EPS电源系统的特性结合大量实验确定了滤波指标，通过将EPS电源系统检测信号预先执行调试从而的得到满足滤波指标的适合的Ellipt低通滤波器算法的传递函数，进而将该传递函数应用到具体EPS电源系滤波中去，可以在保留有效信号的同时，更好的消除低频干扰。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明方法的调试流程图；
图2为本发明方法的滤波流程图；
图3为本发明电路的原理框图；
图4为本发明电路的具体实施例1的原理框图；
图5为本发明电路的具体实施例2的原理框图；
图6为本发明的应用效果示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1以及图2，一种应用于EPS电源系统的滤波方法，包括调试流程及滤波流程；所述调试流程包括步骤，
A)获取EPS电源系统检测信号；
B)滤除检测信号中高频成分；
C)对检测信号进行A/D采样；
D)选用Ellipt低通滤波器算法；
这里选用的Ellipt低通滤波器算法是基于椭圆滤波器的，其振幅平方函数为：
式中RN(Ω，L)为雅克比椭圆函数，而L则为波纹性质的参量。
椭圆滤波器的特点在于：幅值响应在通带和阻带内都是等波纹的，而对于给定的阶数和给定的波纹要求，椭圆滤波器能获得教其他滤波器更窄的过渡带宽，因此就这点而言，椭圆滤波器是最优的。
E)设定滤波指标；所述滤波指标为，输出符合通带边界频率范围于50-150Hz、通带增益范围为1.0-0.9，阻带增益范围为40-80db；
F)获取满足滤波指标的Ellipt低通滤波器算法的传递函数；
选用传递函数计算得到满足滤波指标的系数ai，bi。
所述滤波流程包括步骤，
A)获取EPS电源系统获取检测信号；
B)滤除检测信号中高频成分；
C)对检测信号进行A/D采样；
D)使用调试流程得到的Ellipt低通滤波器算法的传递函数对检测信号进行数字滤波。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：选用了Ellipt低通滤波器算法作为数字滤波器，并进一步根据EPS电源系统的特性结合大量实验确定了滤波指标，通过将EPS电源系统检测信号预先执行一个调试流程从而确定适合的Ellipt低通滤波器算法的传递函数，进而应用到具体滤波流程时如图6所示，可以在保留有效信号的同时，更好的消除低频干扰。
实施例1：
上述中，所述调试流程及滤波流程的步骤B中滤除检测信号中高于500HZ-1000HZ的高频成分；步骤C中以大于检测信号最高频率至少2倍的频率对检测信号进行A/D采样。
由于EPS电源系统的滤波主要是信号的低频部分，因此为了最大限度所需检测信号频段同时降低后续数字滤波的数据运算量。经大量实验发现，对检测信号的500HZ-1000HZ的高频成分进行预滤波效果最佳。而后续的检测信号采样，则是根据香农采样定理得出。
实施例2：
上述中，所述调试流程的步骤F具体包括，
F1)将经A/D采样后的检测信号进行数据缓存区；
F2)通过逼近法得到满足滤波指标的Ellipt低通滤波器算法的传递函数；
所述滤波流程的步骤D具体包括，
D1)将经A/D采样后的检测信号进行数据缓存区；
D2)应用调试流程得到的Ellipt低通滤波器算法的传递函数对检测信号进行数字滤波。
本实施例提供了一种适于然间获得、执行具体Ellipt低通滤波器算法的传递函数的方法。由于传统上椭圆滤波器的传递函数是一种较复杂的函数，若是利用传统的设计方法进行电路网络综合要进行繁琐的计算,还要根据计算结果进行查表，,整个设计、调整都十分困难和繁琐。因此将该计算转化为软件可模拟逼近则会大幅提高设计效率。
实施例3：
上述中，所述调试流程的步骤D-F由计算机实现；所述滤波流程的步骤D由DSP处理器实现。Ellipt低通滤波器算法的传递函数的逼近由于处理量大，可选用外部计算机来实现，例如计算机上运行的MATLAB设计椭圆滤波器可以大大简化设计过程。
实施例4：
上述中，所述调试流程的步骤D选用4-8阶的Ellipt低通滤波器算法获取满足滤波指标的传递函数。
采用多阶的Ellipt低通滤波器可确保更好的滤波效果，通常的，在通带和阻带内波纹固定时，阶数越高，过渡带越窄。但阶数越高滤波处理速度也会收到影响。最佳的根据滤波质保进行4-8阶的Ellipt低通滤波器算法毕竟得到传递函数的参数后求加权平均数，可达到上述效果的平衡。
如图3所示，本发明还涉及一种应用于EPS电源系统的滤波电路，包括信号获取模块、低通滤波模块及数字滤波器模块；所述数字滤波器模块包括A/D采样单元及椭圆滤波器单元；
所述信号获取模块，用于获取EPS电源系统检测信号而后转到低通滤波模块；
所述低通滤波模块，用于滤除检测信号中高频成分而后转到数字滤波器模块的A/D采样单元；
所述A/D采样单元，用于对低通滤波模块传来的检测信号进行A/D采样，而后转到椭圆滤波器单元；
所述椭圆滤波器单元，用于将满足滤波指标的Ellipt低通滤波器算法的传递函数对检测信号进行数字滤波递；所述滤波指标为，输出符合通带边界频率范围于50-150Hz、通带增益范围为1.0-0.9，阻带增益范围为40-80db。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：选用了椭圆滤波器单元作为数字滤波器，并进一步根据EPS电源系统的特性结合大量实验确定了滤波指标，根据该滤波指标获取对应适合的Ellipt低通滤波器算法的传递函数，进而应用到电路中后，对检测信号滤波即可在保留有效信号的同时，更好的消除低频干扰。
实施例1：
参见图4，上述中，所述信号获取模块包括电压获取单元及电流获取单元；所述低通滤波模块包括第一RC低通滤波器单元及第二RC低通滤波器单元；所述EPS电源系统检测信号分为EPS电源系统电压检测信号及EPS电源系统电流检测信号；所述EPS电源系统电压检测信号输入电压获取单元后通过第一RC低通滤波单元传输至数字滤波器模块的A/D采样单元；所述EPS电源系统电压检测信号输入电流获取单元后通过第二RC低通滤波单元传输至数字滤波器模块的A/D采样单元；所述低通滤波模块用于滤除检测信号中高于500HZ-1000HZ的高频成分。
本实施例中采用了RC电路作为低通滤波模块，采用RC电路可根据公式
fs＝1/2πRC≤500-1000Hz
计算得到电阻R与电容C的值，具备电路简单的好处。
而EPS电源系统检测信号则分成了EPS电源系统电压检测信号及EPS电源系统电流检测信号两路，通过对电流电压的分别采集可更好的确保数字滤波器的滤波效果。
实施例2：
参见图5，上述中，还包括电压输出限幅模块及电流输出限幅模块；所述电压获取单元包括电压比例放大器及电压跟随器；
所述电流获取单元包括电流比例放大器及电流跟随器；所述EPS电源系统电压检测信号输入电压比例放大器，电压比例放大器还输入有偏置信号，电压比例放大器与电压跟随器相连，电压跟随器连接第一RC低通滤波单元，第一RC低通滤波单元连接电压输出跟随模块，电压输出跟随模块连接数字滤波器模块的A/D采样单元；
所述EPS电源系统电流检测信号输入电流比例放大器，电流比例放大器还输入有偏置信号，电流比例放大器与电流跟随器相连，电流跟随器连接第二RC低通滤波单元，第二RC低通滤波单元连接电流输出跟随模块，电流输出跟随模块连接数字滤波器模块的A/D采样单元。
该电路具备构成简单且安全性高的优点。
实施例3：
上述中，所述电流比例放大器、电流跟随器、流比例放大器、电流跟随器各包括一运算放大器；所述电压输出限幅模块及电流输出限幅模块各包括一组相反设置、分别接地与电源的二极管。
实施例4：
上述中，所述数字滤波模块包括型号为TMS320F28016的信号处理芯片。
TMS320F28016的信号处理芯片是一个具备了A/D采样I/O口并具备充足的计算能力，可很好的满足数字滤波器计算的需求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种应用于EPS电源系统的滤波电路，其特征在于：包括信号获取模块、低通滤波模块及数字滤波器模块；所述数字滤波器模块包括A/D采样单元及椭圆滤波器单元；
所述信号获取模块，用于获取EPS电源系统检测信号而后转到低通滤波模块；
所述低通滤波模块，用于滤除检测信号中高频成分而后转到数字滤波器模块的A/D采样单元；
所述A/D采样单元，用于对低通滤波模块传来的检测信号进行A/D采样，而后转到椭圆滤波器单元；
所述椭圆滤波器单元，用于将满足滤波指标的Ellipt低通滤波器算法的传递函数对检测信号进行数字滤波递；所述滤波指标为，输出符合通带边界频率范围于50-150Hz、通带增益范围为1.0-0.9，阻带增益范围为40-80db；
所述信号获取模块包括电压获取单元及电流获取单元；所述低通滤波模块包括第一RC低通滤波器单元及第二RC低通滤波器单元；所述EPS电源系统检测信号分为EPS电源系统电压检测信号及EPS电源系统电流检测信号；所述EPS电源系统电压检测信号输入电压获取单元后通过第一RC低通滤波单元传输至数字滤波器模块的A/D采样单元；所述EPS电源系统电压检测信号输入电流获取单元后通过第二RC低通滤波单元传输至数字滤波器模块的A/D采样单元；所述低通滤波模块用于滤除检测信号中高于500HZ-1000HZ的高频成分。
2.如权利要求1所述的应用于EPS电源系统的滤波电路，其特征在于：还包括电压输出限幅模块及电流输出限幅模块；所述电压获取单元包括电压比例放大器及电压跟随器；
所述电流获取单元包括电流比例放大器及电流跟随器；所述EPS电源系统电压检测信号输入电压比例放大器，电压比例放大器还输入有偏置信号，电压比例放大器与电压跟随器相连，电压跟随器连接第一RC低通滤波单元，第一RC低通滤波单元连接电压输出跟随模块，电压输出跟随模块连接数字滤波器模块的A/D采样单元；
所述EPS电源系统电流检测信号输入电流比例放大器，电流比例放大器还输入有偏置信号，电流比例放大器与电流跟随器相连，电流跟随器连接第二RC低通滤波单元，第二RC低通滤波单元连接电流输出跟随模块，电流输出跟随模块连接数字滤波器模块的A/D采样单元。
3.如权利要求2所述的应用于EPS电源系统的滤波电路，其特征在于：所述电流比例放大器、电流跟随器、流比例放大器、电流跟随器各包括一运算放大器；所述电压输出限幅模块及电流输出限幅模块各包括一组相反设置、分别接地与电源的二极管。
4.如权利要求1所述的应用于EPS电源系统的滤波电路，其特征在于：所述数字滤波器模块包括型号为TMS320F28016的信号处理芯片。
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