CN107317470A - 一种直流电源纹波消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种直流电源纹波消除方法，包括有输入电路模块、控制电路模块以及输出电路模块，输入电路模块与输出电路模块之间设置有并联的第一静波电路模块和第二静波电路模块；第一静波电路模块和第二静波电路模块均包括前端电路切换子模块、滤波网络子模块以及后端电路切换子模块；控制电路模块的电路切换驱动子模块控制第一静波电路模块和第二静波电路模块，电能输入时，前端电路开通而后端电路断开，电能输出时，后端电路开通而前端电路断开。本发明的优点在于:实施简便有效，其能够隔断前级电源电路纹波噪声对设备内功能电路的影响，隔断了前级浪涌电流电压对设备内部电路的冲击，以达到电路电源近乎于蓄电池的水准。

Description

一种直流电源纹波消除方法

技术领域

本发明涉及直流电源纹波消除技术领域，尤其指一种直流电源纹波消除方法。

背景技术

由于直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成分，这种叠加在直流稳压定量上的交流分量就称为纹波。纹波的成分较为复杂，它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波，另一种则是宽度很窄的脉冲波。

到目前为止，对于直流电源纹波处理的解决方案，无不例外的均以噪声滤波、纹波吸收、纹波反相叠加等纹波抑制措施来削弱纹波的。大家心里皆清楚，任何一种滤波吸收抑制手段只能对一定范围的有限频宽的纹波有削弱效果，但电路中的其它频段的纹波将依然无法被处理，而纹波的存在，对于那些流量、压力、拉力、扭矩检测设备，遥控遥测设备、医疗设备、通信电路等设备的精度及工作状态都有相当程度的影响，尤其如激光电源等特殊场所，纹波对其则更是致命的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供实施简便，能够有效隔断前级电源电路纹波噪声和前级浪涌电流电压对设备内功能电路的影响的一种直流电源纹波消除方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种直流电源纹波消除方法，包括有输入电路模块、控制电路模块以及输出电路模块，输入电路模块与输出电路模块之间设置有并联的第一静波电路模块和第二静波电路模块；

第一静波电路模块包括依次串联的第一前端电路切换子模块、第一滤波网络子模块以及第一后端电路切换子模块，第二静波电路模块包括依次串联的第二前端电路切换子模块、第二滤波网络子模块以及第二后端电路切换子模块，控制电路模块包括主控电路子模块、检测电路子模块以及电路切换驱动子模块；

输入电路模块的提供控制电路工作电源子模块与所述控制电路模块的主控电路子模块相连接，输入电路模块的浪涌保护子模块分别与第一前端电路切换子模块和第二前端电路切换子模块相连接，第一后端电路切换子模块和第二后端电路切换子模块与所述输出电路模块的输出端滤波网络子模块相连接，输出电路模块的电压取样电路子模块与所述控制电路模块的检测电路子模块相连接；控制电路模块的电路切换驱动子模块分别与第一前端电路切换子模块、第一后端电路切换子模块、第二前端电路切换子模块以及第二后端电路切换子模块相连接；

电路切换驱动子模块控制第一静波电路模块和第二静波电路模块，电能输入时，前端电路开通而后端电路断开，电能输出时，前端电路断开而后端电路开通。

优化的技术措施还包括：

输入电路模块包括依次串联的电源极性保护子模块、浪涌保护子模块以及提供控制电路工作电源子模块。

输出电路模块包括输出端滤波网络子模块、稳压输出子模块以及电压取样电路子模块；输出端滤波网络子模块和稳压输出子模块相串联，电压取样电路子模块连接于所述输出端滤波网络子模块和稳压输出子模块之间的连接节点上。

本发明是一种直流电源纹波消除方法，其优点在于实施简便有效，其能够隔断前级(包括电网)电源电路纹波噪声对设备内功能电路的影响，隔断了前级(包括电网)浪涌电流电压对设备内部电路的冲击，以达到电路电源近乎于蓄电池的水准。经本发明技术消除纹波后的电路电源可广泛用于各种电源质量要求较高的设备，尤其适合于那些高、精、尖的设备。

附图说明

图1是本发明的方框原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示为本发明的方框原理图，

其中的附图标记为：输入电路模块1、电源极性保护子模块11、浪涌保护子模块12、提供控制电路工作电源子模块13、控制电路模块2、主控电路子模块21、检测电路子模块22、电路切换驱动子模块23、输出电路模块3、输出端滤波网络子模块31、稳压输出子模块32、电压取样电路子模块33、第一静波电路模块4、第一前端电路切换子模块41、第一滤波网络子模块42、第一后端电路切换子模块43、第二静波电路模块5、第二前端电路切换子模块51、第二滤波网络子模块52、第二后端电路切换子模块53。

一种直流电源纹波消除方法，包括有输入电路模块1、控制电路模块2以及输出电路模块3，输入电路模块1与输出电路模块3之间设置有并联的第一静波电路模块4和第二静波电路模块5；

第一静波电路模块4包括依次串联的第一前端电路切换子模块41、第一滤波网络子模块42以及第一后端电路切换子模块43，第二静波电路模块5包括依次串联的第二前端电路切换子模块51、第二滤波网络子模块52以及第二后端电路切换子模块53，控制电路模块2包括主控电路子模块21、检测电路子模块22以及电路切换驱动子模块23；

输入电路模块1的提供控制电路工作电源子模块13与所述控制电路模块2的主控电路子模块21相连接，输入电路模块1的浪涌保护子模块12分别与第一前端电路切换子模块41和第二前端电路切换子模块51相连接，第一后端电路切换子模块43和第二后端电路切换子模块53与所述输出电路模块3的输出端滤波网络子模块31相连接，输出电路模块3的电压取样电路子模块33与所述控制电路模块2的检测电路子模块22相连接；控制电路模块2的电路切换驱动子模块23分别与第一前端电路切换子模块41、第一后端电路切换子模块43、第二前端电路切换子模块51以及第二后端电路切换子模块53相连接；

电路切换驱动子模块23控制第一静波电路模块4和第二静波电路模块5，电能输入时，前端电路开通而后端电路断开，电能输出时，后端电路开通而前端电路断开。

输入电路模块1包括依次串联的电源极性保护子模块11、浪涌保护子模块12以及提供控制电路工作电源子模块13。来自前级的直流电源经极性保护电路后，一方面作为主通道传送至下一级的第一静波电路模块4及第二静波电路模块5，另一方面生成2.7V-5.0V的稳压为控制电路模块2提供工作电源。其中，浪涌保护电路则是防止前级浪涌电流电压对后面电路的冲击。

控制电路模块2包括主控电路子模块21、检测电路子模块22以及电路切换驱动子模块23；其中主控电路根据具体情况可以由MCU等可编程芯片，也可以由逻辑芯片等硬件电路构成，其作用是用以发出指令控制第一静波电路模块4和第二静波电路模块5中开关管的分时(间隔地切换通断)；并依据检测电路得到的输出电压的反馈信息来自动调整开关管通断切换的分时(间隔时间)，检测电路的作用是检测输出电压的反馈信息；切换驱动电路将主控电路发出的指令信号放大，用以驱动切换电路开关管的运作。

输出电路模块3包括输出端滤波网络子模块31、稳压输出子模块32以及电压取样电路子模块33；输出端滤波网络子模块31和稳压输出子模块32相串联，电压取样电路子模块33连接于所述输出端滤波网络子模块31和稳压输出子模块32之间的连接节点上。输出电路模块3的作用是将第一静波电路模块4和第二静波电路模块5输送过来的直流电经滤波平滑后输出；其中电压取样电路是在滤波后、稳压前由分压电阻网络分压取出；最终由稳压电路输出所需的直流稳压电源。

第一静波电路模块4由依次串联的第一前端电路切换子模块41、第一滤波网络子模块42以及第一后端电路切换子模块43组成，第二静波电路模块5由依次串联的第二前端电路切换子模块51、第二滤波网络子模块52以及第二后端电路切换子模块53组成。第一静波电路模块4和第二静波电路模块5的工作原理相同：当前端切换开关管导通时，经输入电路模块1输入的直流电源给滤波网络中的大电容充电蓄能；当后端切换开关管导通时，滤波网络中的大电容就放电释能储运给输出电路模块3。前、后两端的开关管，可能会同时处于关断状态，但绝不可以处于同时开通状态——因为，静波电路模块的功能是隔断前级电源纹波对后级电路的影响，达到“静波”、“净化”的目的。

本直流电源纹波消除方法，其工作原理为：

在上电初始阶段由于第一静波电路模块4与第二静波电路模块5的前端切换开关管都是开通的，而后端切换开关管都是关断的，因此经输入电路模块1输入的直流电源通过前端的切换开关管向第一静波电路模块4及第二静波电路模块5的滤波网络中的大电容充电蓄能，充电蓄能完成后，主控电路发出指令，关断第一静波电路模块4的前端切换开关管，继而开通第一静波电路模块4的后端切换开关管，让第一静波电路模块4滤波网络中的大电容向输出电路模块3放电释能，经输出电路模块3中的稳压电路后输出所需的直流稳压电源；期间电压取样电路将输出稳压前的电压信息反馈给控制电路模块2，当反馈电压信息低于设定值时，主控电路发出指令，关断第二静波电路模块5的前端切换开关管，继而开通第二静波电路模块5的后端切换开关管，让第二静波电路模块5滤波网络中的大电容接着向输出电路模块放电释能，同时关断第一静波电路模块4的后端切换开关管，进而开通第一静波电路模块4的前端切换开关管，使其又开始给其中的大电容充电蓄能——这样就完成了一轮切换：第一静波电路模块4从原来的放电释能切换为充电蓄能；第二静波电路模块5从原来的充电蓄能切换为放电释能。

同样，当电压取样电路再反馈的电压信息低于设定值时，新的一轮切换又开始了：关断第一静波电路模块4的前端切换开关管，继而开通第一静波电路模块4的后端切换开关管，同时关断第二静波电路模块5的后端切换开关管，进而开通第二静波电路模块5的前端切换开关管；结果是：第二静波电路模块5从原来的放电释能切换为充电蓄能；第一静波电路模块4从原来的充电蓄能切换为放电释能。如此周而复始一直继续下去得到的是一个：与前级电源纹波隔断的、近乎蓄电池的直流稳压电源。

从上述可以看到，在第一静波电路模块4欲给输出电路模块3放电时，是先关断第一静波电路模块4的前端切换开关管——即切断充电电路之后，才再开通第一静波电路模块4的后端切换开关管进行放电的，也就是说每一次在第一静波电路模块4给输出电路模块3放电时，其之前各级的噪声纹波已被关断隔绝了，其放电时就像端起杯子喝水一样——得到的是一个“静若止水”近乎蓄电池的直流稳压电源。同理，当切换到第二静波电路模块5给输出电路模块放电时，也是如此。这样既隔断了前级电源电路纹波噪声对设备内功能电路的影响——不管前级电源电路纹波噪声的频谱多复杂对后级均无关，同时也隔断了前级浪涌电流电压对设备内部电路的冲击。

本消除直流电源纹波的方法，可用于各种由直流电源供电的场所。只要根据不同场合的具体功耗及电压要求，适当选取其中的切换开关管、稳压及其调整管、大电容等元件的耐压通流容量参数就可以了。

上述的各个子模块均可由现有技术来实现，本领域技术人员可以根据需要搭建对应的电路。

应用实施例1：光状发电并网后会对电网质量产生一定的影响，为了改善电网人们常会用SVG也就是静止无功发生装置以提升电能质量。我们就做过一个工程，由于电源“环境”不好，SVG中的主控电路与人机界面(触摸屏)之间的通讯、主控电路与各功率单元之间的通讯往往会受到干扰，偶尔还可能出现错误的动作信息，而运用本发明对供电电源进行改善后，问题便得到了很好的解决。

应用实施例2：曾改造过一个液晶显示电子拉力试验机，其主要是用于塑料、防水材料、电线电缆、金属棒等材料的拉伸试验的。具有试验力数字显示，峰值保持等功能。但检测结果时常不稳定，也就是对于同一种材质几次测试的数据有偏差，甚至较大。对一些相关的电源经过了本发明技术的处理，然后测试的精度有了显然的改善——同一种材质几次测试的数据的“一致性”大大提高了。

本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (3)

1.一种直流电源纹波消除方法，包括有输入电路模块(1)、控制电路模块(2)以及输出电路模块(3)，其特征是：所述的输入电路模块(1)与输出电路模块(3)之间设置有并联的第一静波电路模块(4)和第二静波电路模块(5)；

所述的第一静波电路模块(4)包括依次串联的第一前端电路切换子模块(41)、第一滤波网络子模块(42)以及第一后端电路切换子模块(43)，所述的第二静波电路模块(5)包括依次串联的第二前端电路切换子模块(51)、第二滤波网络子模块(52)以及第二后端电路切换子模块(53)，所述的控制电路模块(2)包括主控电路子模块(21)、检测电路子模块(22)以及电路切换驱动子模块(23)；

所述的输入电路模块(1)的提供控制电路工作电源子模块(13)与所述控制电路模块(2)的主控电路子模块(21)相连接，所述的输入电路模块(1)的浪涌保护子模块(12)分别与第一前端电路切换子模块(41)和第二前端电路切换子模块(51)相连接，所述的第一后端电路切换子模块(43)和第二后端电路切换子模块(53)与所述输出电路模块(3)的输出端滤波网络子模块(31)相连接，所述的输出电路模块(3)的电压取样电路子模块(33)与所述控制电路模块(2)的检测电路子模块(22)相连接；所述的控制电路模块(2)的电路切换驱动子模块(23)分别与第一前端电路切换子模块(41)、第一后端电路切换子模块(43)、第二前端电路切换子模块(51)以及第二后端电路切换子模块(53)相连接；

所述的电路切换驱动子模块(23)控制第一静波电路模块(4)和第二静波电路模块(5)，电能输入时，前端电路开通而后端电路断开，电能输出时，前端电路断开而后端电路开通。

2.根据权利要求1所述的一种直流电源纹波消除方法，其特征是：所述的输入电路模块(1)包括依次串联的电源极性保护子模块(11)、浪涌保护子模块(12)以及提供控制电路工作电源子模块(13)。

3.根据权利要求2所述的一种直流电源纹波消除方法，其特征是：所述的输出电路模块(3)包括输出端滤波网络子模块(31)、稳压输出子模块(32)以及电压取样电路子模块(33)；所述的输出端滤波网络子模块(31)和稳压输出子模块(32)相串联，所述的电压取样电路子模块(33)连接于所述输出端滤波网络子模块(31)和稳压输出子模块(32)之间的连接节点上。