CN107222208A - 一种锁相环电路 - Google Patents
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Abstract
一种锁相环电路。涉及一种软硬件结合的锁相环电路。提供了一种控制算法简单，响应速度快且对电网电压不平衡不敏感，稳定性高的锁相环电路。包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括电压跟随器、低通滤波器、电压全周期过零检测电路模块和CPU，所述电压跟随器、低通滤波器、电压全周期过零检测电路和CPU依次连接；所述软件部分包括电压传感器和运算模块，所述电压传感器置于电网上且与所述运算模块连接，所述CPU与所述运算模块连接。本发明由于采用了软件硬件结合进行锁相，所以与单纯软件锁相环相比较具有控制算法简单，响应速度快的优点，与单一的硬件锁相环相比较具有对电压不平衡敏感，响应速度快，稳定性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种锁相环电路，尤其涉及一种软硬件结合的锁相环电路。
背景技术
在有源电力滤波器控制中，为实现其网侧有功、无功功率控制。需动态获取电网电压相位信息，这样就要求锁相环对电网电压进行锁相。在实际应用中，常常要求有源电力滤波器适应非理想电网环境，这对相应的锁相环控制提出了更高的技术性能要求。可见，锁相环技术作为有源电力滤波器控制技术的核心之一，其性能直接影响到有源电力滤波器的工作性能。
锁相环一般分为硬件锁相环和软件锁相环，国家知识产权局2013-05-15公开了一项发明专利申请（申请号：2011103552024 名称：一种一种锁相环电路）具体公开了一种用于频率调制的一种锁相环电路，该一种锁相环电路由鉴相器 (101)、环路滤波器(103)、压控振荡器(104)、开关单元(106)以及电压反馈单元(107)组成。采用上述的一种锁相环电路，在调制频率信号过程中，锁相环锁定频率后，由开关单元(106)和电压反馈单元(107)对压控振荡器(104)的频率控制电压进行控制，不会因为锁相环环路开环时导致压控振荡器(104)的频率控制电压变化太大，从而减少压控振荡器的频率发生漂移。其本质上是一种硬件锁相环，具有动态响应慢、对电网电压不平衡敏感的缺陷。
国家知识产权局2012-07-25公开了一项发明专利申请（申请号：2012100696790名称：一种基于平均值滤波算法的软件锁相环实现方法）具体公开了一种基于平均值滤波算法的软件锁相环实现方法，该方法加快了相应速度，动态相应时间极短。本发明的基于平均值滤波算法的软件锁相环实现方法，其包括以下步骤：1) 先对三相电网电压进行旋转DQ坐标变换，根据三相坐标变换提取其有功和无功分量；2) 再对Q轴信号进行平均值滤波，Q轴在T/6 区间内求平均值，得到对应的直流量；3)滤波后的信号经增量式PI调节器输出得到所需的电网同步角度；4)采用32位DSP 进行编程，实现软件锁相。单纯软件锁相环因控制精度需求，需要复杂的控制算法，且由于控制算法复杂也容易出现动态响应慢的缺陷。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种控制算法简单，响应速度快且对电网电压不平衡不敏感，稳定性高的锁相环电路。
本发明的技术方案是：包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括电压跟随器、低通滤波器、电压全周期过零检测电路模块和CPU，所述电压跟随器、低通滤波器、电压全周期过零检测电路和CPU依次连接；
所述软件部分包括电压传感器和运算模块，所述电压传感器置于电网上且与所述运算模块连接，所述CPU与所述运算模块连接。
所述电压跟随器包括运算放大器一，所述运算放大器一的输出端与反相输入端相连，所述运算放大器一的同相输入端与所述电压传感器相连。
所述低通滤波器包括电阻一、电阻二、电阻三、电容一、电容二、电容三和运算放大器二；
所述电容一的一端接所述运算放大器一的输出端，所述电容一的另一端接所述电阻一的一端；
所述电阻一的另一端分别连接所述电阻二的一端、电容二的一端和电容三的一端，所述电阻二的另一端接接地端；
所述电容二的另一端连接所述运算放大器二的正相输入端，所述电容三的另一端连接所述运算放大器二的输出端；
所述电阻三的一端连接所述运算放大器二的正相输入端；
所述电阻三的另一端连接所述运算放大器二的输出端。
电压全周期过零检测电路模块包括电压比较器、电阻四、电阻五、电阻六和电容四；
所述电压比较器的正相输入端与所述运算放大器二的输出端相连，在所述运算放大器二的输出端和所述电压比较器的正相输入端之间设有电阻四；
所述电压比较器的反相输入端连接电阻五的一端，所述电阻五的另一端接接地端；
所述电压比较器的输出端分别接电阻六的一端和电容四的一端，所述电阻五的另一端接5V直流电源，所述电容四的另一端接接地端。
所述电压比较器的输出端连接所述运算模块连接。
本发明利用软硬件结合技术进行锁相，软件锁相环进行简单运算，硬件锁相环进行硬件锁相，利用硬件锁相环和软件锁相环的差值进行比对后再进行运算得出最终的锁相值，本发明由于采用了软件硬件结合进行锁相，所以与单纯软件锁相环相比较具有控制算法简单，响应速度快的优点，与单一的硬件锁相环相比较具有对电压不平衡敏感，响应速度快，稳定性高的优点。
附图说明
图1是本发明结构示意图，
图2是本发明中硬件电路图；
图中1是运算放大器一，2是运算放大器二，3是电压比较器，C1是电容一，C2是电二，C3是电容三，C4是电容四，R1是电阻一，R2是电阻二，R3是电阻三，R4是电阻四，R5是电阻五，R6是电阻六，VCC是5V直流电源，GND是接地端。
具体实施方式
本发明如图1所示，包括硬件部分和软件部分，其特征在于，所述硬件部分包括电压跟随器、低通滤波器、电压全周期过零检测电路模块和CPU，所述电压跟随器、低通滤波器、电压全周期过零检测电路和CPU依次连接；
所述软件部分包括电压传感器和运算模块，所述电压传感器置于电网上且与所述运算模块连接，所述CPU与所述运算模块连接。利用软硬件结合技术进行锁相，软件锁相环进行简单运算，硬件锁相环进行硬件锁相，利用硬件锁相环和软件锁相环的差值进行比对后再进行运算得出最终的锁相值，本发明由于采用了软件硬件结合进行锁相，所以与单纯软件锁相环相比较具有控制算法简单，响应速度快的优点，与单一的硬件锁相环相比较具有对电压不平衡敏感，响应速度快，稳定性高的优点。
本发明如图2所示，所述电压跟随器包括运算放大器一1，所述运算放大器一1的输出端与反相输入端相连，所述运算放大器一1的同相输入端与所述电压传感器相连。用于进行采集信号的放大输出，方便识别。
所述低通滤波器包括电阻一R1、电阻二R2、电阻三R3、电容一C1、电容二C2、电容三C3和运算放大器二2；所述电容一C1的一端接所述运算放大器一1的输出端，所述电容一C1的另一端接所述电阻一R1的一端；所述电阻一R1的另一端分别连接所述电阻二R2的一端、电容二C2的一端和电容三C3的一端，所述电阻二R2的另一端接接地端GND；所述电容二C2的另一端连接所述运算放大器二2的正相输入端，所述电容三R3的另一端连接所述运算放大器二2的输出端；所述电阻三R3的一端连接所述运算放大器二2的正相输入端；所述电阻三R3的另一端连接所述运算放大器二2的输出端。使得低频信号得以通过，将高频信号过滤，降低对本发明工作时的干扰。
电压全周期过零检测电路模块包括电压比较器3、电阻四R4、电阻五R5、电阻六R6和电容四C4；所述电压比较器的正相输入端与所述运算放大器二2的输出端相连，在所述运算放大器二2的输出端和所述电压比较器3的正相输入端之间设有电阻四R4；所述电压比较器3的反相输入端连接电阻五R5的一端，所述电阻五R5的另一端接接地端GND；所述电压比较器的输出端分别接电阻六的一端和电容四的一端，所述电阻五的另一端接5V直流电源VCC，所述电容四的另一端接接地端GND。在电压波形通过零点时候发出脉冲信号，实施锁相操作，避免发生起弧现象，保护电网安全。
所述电压比较器的输出端连接所述运算模块连接。将比较后的电压输出到运算模块与软件部分的结果相比对，最终输出精度高的结果。
本发明利用软硬件结合技术进行锁相，软件锁相环进行简单运算，硬件锁相环进行硬件锁相，利用硬件锁相环和软件锁相环的差值进行比对后再进行运算得出最终的锁相值，本发明由于采用了软件硬件结合进行锁相，所以与单纯软件锁相环相比较具有控制算法简单，响应速度快的优点，与单一的硬件锁相环相比较具有对电压不平衡敏感，响应速度快，稳定性高的优点。
Claims (5)
1.一种锁相环电路，包括硬件部分和软件部分，其特征在于，所述硬件部分包括电压跟随器、低通滤波器、电压全周期过零检测电路模块和CPU，所述电压跟随器、低通滤波器、电压全周期过零检测电路和CPU依次连接；
所述软件部分包括电压传感器和运算模块，所述电压传感器置于电网上且与所述运算模块连接，所述CPU与所述运算模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种锁相环电路，其特征在于，所述电压跟随器包括运算放大器一，所述运算放大器一的输出端与反相输入端相连，所述运算放大器一的同相输入端与所述电压传感器相连。
3.根据权利要求2所述的一种锁相环电路，其特征在于，所述低通滤波器包括电阻一、电阻二、电阻三、电容一、电容二、电容三和运算放大器二；
所述电容一的一端接所述运算放大器一的输出端，所述电容一的另一端接所述电阻一的一端；
所述电阻一的另一端分别连接所述电阻二的一端、电容二的一端和电容三的一端，所述电阻二的另一端接接地端；
所述电容二的另一端连接所述运算放大器二的正相输入端，所述电容三的另一端连接所述运算放大器二的输出端；
所述电阻三的一端连接所述运算放大器二的正相输入端；
所述电阻三的另一端连接所述运算放大器二的输出端。
4.根据权利要求3所述的一种锁相环电路，其特征在于，电压全周期过零检测电路模块包括电压比较器、电阻四、电阻五、电阻六和电容四；
所述电压比较器的正相输入端与所述运算放大器二的输出端相连，在所述运算放大器二的输出端和所述电压比较器的正相输入端之间设有电阻四；
所述电压比较器的反相输入端连接电阻五的一端，所述电阻五的另一端接接地端；
所述电压比较器的输出端分别接电阻六的一端和电容四的一端，所述电阻五的另一端接5V直流电源，所述电容四的另一端接接地端。
5.根据权利要求4所述的一种锁相环电路，其特征在于，所述电压比较器的输出端连接所述运算模块连接。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111273184A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-12 | 深圳市新威尔电子有限公司 | 采用锁相环锁定方法的内阻检测设备 |
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2016
- 2016-03-22 CN CN201610170151.0A patent/CN107222208A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
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| CN111273184A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-12 | 深圳市新威尔电子有限公司 | 采用锁相环锁定方法的内阻检测设备 |
| CN111273184B (zh) * | 2020-03-13 | 2022-10-28 | 深圳市新威尔电子有限公司 | 采用锁相环锁定方法的内阻检测设备 |
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