CN108616127A - 一种时频域结合的自动滤波电容设计方法 - Google Patents
一种时频域结合的自动滤波电容设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108616127A CN108616127A CN201611139719.9A CN201611139719A CN108616127A CN 108616127 A CN108616127 A CN 108616127A CN 201611139719 A CN201611139719 A CN 201611139719A CN 108616127 A CN108616127 A CN 108616127A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- formula
- capacitor
- capacitance
- frequency
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Filters And Equalizers (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Abstract
本发明属于嵌入式计算机系统设计技术领域。本发明设计了一种时频域结合的电源滤波设计方法。此方法是通过实际芯片的电流噪声,分析电流的有效频谱,查找电容库中相应的电容器,建立带权重电容阻抗函数,最终按照电源纹波要求计算出对应的滤波方案。从而达到即满足电源纹波要求又不冗余的最优方案的目的,满足机载嵌入式系统低压大电流的需求。
Description
技术领域
本发明是一种通过时域/频域相结合,针对具体芯片的负载电流,通过自动优化方法计算出相应滤波设计的方法,该技术属于嵌入式计算机系统设计技术领域。
背景技术
在电子设备中,电源的稳定性是决定产品质量的重要因素之一。随着嵌入式系统发展,系统处理性能要求越来越高,系统也越来越趋于小型化,从而导致供电设计也更加的复杂化。如何能够设计出性能稳定、面积较小并且成本较低的电源滤波网络成为我们当前面临的重要问题。
电源的纹波噪声来源于电源输出芯片的低频噪声以及负载芯片的高频噪声,低频噪声通常可以通过开关频率直接选取电容种类及数量,但是高频噪声的滤波设计一直以来是一个难题。
目前业界通用的电源滤波设计方法是频域目标阻抗法,这种方法是在全频段利用最大电流和电源纹波要求来计算出目标阻抗,进而计算出相应的滤波方案。这种方法的优点是计算简单、可靠性高,缺点是往往结果非常冗余,滤波电路面积大,针对低压大电流甚至会出现无解的情况。
但是随着嵌入式系统的发展,芯片的核电压降低、负载电流的提高,这种方法的缺点都严重制约着系统电源设计。因此迫切地需要一种新的方法能够计算出更加优化的滤波方案。
发明内容
本发明的目的是:
为了解决目前电源滤波计算时存在的计算冗余、滤波电路面积大,无解问题,本发明提供一种通过具体芯片的负载电流自动优化出相应滤波设计的方法。
本发明的技术方案是:
一种时频域结合的自动滤波电容设计方法,具体步骤如下:
a)对时域电流波形i(t)进行傅里叶变换,获得电流频谱I(f)。
b)在电流频谱I(f)中查找各个大于等于0.005A的n个频谱峰值及其对应的频率fI,去除其余分量,得到有效电流频谱Iava(f)。
c)对电流频谱Iava(f)进行归一化如式(1)所示,得到归一化矩阵A。
d)建立常用电容器的电容库,建库参数为:电容容值、谐振频率、电容器S参数。
e)通过电流峰值对应频率fI在电容库中查找对应的n种电容器的谐振频率fC。查找方法如式(2)所示,先在库中找到第一个大于fI的频率fmax,然后比较fI与fmax、fmax-1的差值,fC选差值较小的那个频率。
f)查找谐振频率对应的电容器的容值,获取容值矩阵Cn。
g)查找谐振频率对应的电容器的S参数,通过读取的插入损耗S12参数来计算各个电容器的自阻抗Z11,方法如式(3)所示。得到选取的n种电容器的阻抗函数Zn(f)。
h)根据步骤d)与g)可以得到带权重的阻抗Zcn(f),如式(4)所示。
i)把n个带权重的电容并联得到带权重总阻抗Zc(f),如式(5)所示。
j)假设m为所需电容的总数目,可以得到电压的频谱V(f)如式(6)所示
k)通过傅里叶逆变换可以得到时域噪声电压v(t)如式(7)所示
l)可由式(8)计算出电压的峰峰值Δvmax,芯片手册中峰峰值已知,可以推出m的值如式(9)所示。
如果得出的m不是整数,则对m进行向上取整。
m)最后给出滤波方案BOM矩阵,如式(10)所示。
其中:BOM(n,1)指第n种电容器的个数,BOM(n,2)指第n种电容器的容值。
本发明具有的优点是:
本发明基于时域电流波形,通过时频域结合,建立各种所需电容器数量权值,自动优化出电源滤波方案的方法,确保给出的滤波方案冗余少、可靠性高。
附图说明
图1是滤波电容设计自动优化方法的流程图。
具体实施方式
首先取时域电流如式(11)所示。针对此电流进行电源滤波设计计算如下所示:
i(t)=4×sin(2×π×t×3e5)+5×sin(2×π×t×1e7)+sin(2×π×t×3e7)……………………………………………………………………………(11)
a)对时域电流波形i(t)进行傅里叶变换,获得电流频谱I(f)。
b)在电流频谱I(f)中查找各个大于等于0.005A的频谱峰值对应的频率fI,去除其余分量,得到有效电流频谱f=[3e5,1e7,3e7],Iava=[4,5,1]。这里选取0.005A是因为这个值已经趋近底噪,首先底噪是测试误差不需要进行滤波;其次如果把底噪信息也纳入滤波计算中,不仅会增加计算量,而且可能会增加很多无用电容器。
c)对电流频谱Iava进行归一化,得到归一化矩阵A=[0.4,0.5,0.1],有了归一化的矩阵,就可以知道电流频谱中各个分量所占的比重,后续需要根据其所占的比重进行滤波设计。
d)建立常用电容器的电容库,建库参数为:电容容值、谐振频率、电容器S参数。
e)通过电流峰值对应频率fI在电容库中查找对应的n种电容器的谐振频率fC=[3e5,9e6,3e7],这样查找出的电容器可以最有效地对步骤b)中的有效电流频谱进行滤波。
f)查找谐振频率对应的电容器的容值,获取容值矩阵Cn=[47,0.22,0.047]。
g)查找谐振频率对应的电容器的S参数,计算各个电容器的自阻抗Z11。得到选取的3种电容器各自的阻抗函数Z1(f)、Z2(f)、Z3(f)。
h)根据步骤d)与g)可以得到带权重的阻抗,如式(12)所示。
i)把3个带权重的电容并联得到带权重总阻抗,如式(13)所示。
j)假设m为所需电容的总数目,可得到电压的频谱如式(14)所示,通过傅里叶变化后的时域电压如式(15)所示。
k)此处电压噪声的峰峰值为100mV,通过对时域电压进行傅里叶变换,并且取其峰峰值如式(16)所示。最后推导出m的值为20.4948,对m进行向上取整则m等于21。
l)最后给出滤波方案BOM矩阵如式(17)所示,即滤波方案是选用9个47uf,10个220nf,2个22nf的电容器。
Claims (2)
1.一种时频域结合的自动滤波电容设计方法,其特征是,具体步骤如下:
a)对时域电流波形i(t)进行傅里叶变换,获得电流频谱I(f);
b)在电流频谱I(f)中查找各个大于等于0.005A的n个频谱峰值及其对应的频率fI,去除其余分量,得到有效电流频谱Iava(f);
c)对电流频谱Iava(f)进行归一化如式(1)所示,得到归一化矩阵A;
d)建立常用电容器的电容库,建库参数为:电容容值、谐振频率、电容器S参数;
e)通过电流峰值对应频率fI在电容库中查找对应的n种电容器的谐振频率fC;查找方法如式(2)所示,先在库中找到第一个大于fI的频率fmax,然后比较fI与fmax、fmax-1的差值,fC选差值较小的那个频率;
f)查找谐振频率对应的电容器的容值,获取容值矩阵Cn;
g)查找谐振频率对应的电容器的S参数,通过读取的插入损耗S12参数来计算各个电容器的自阻抗Z11,方法如式(3)所示;得到选取的n种电容器的阻抗函数Zn(f);
h)根据步骤d)与g)可以得到带权重的阻抗Zcn(f),如式(4)所示;
i)把n个带权重的电容并联得到带权重总阻抗Zc(f),如式(5)所示;
j)假设m为所需电容的总数目,可以得到电压的频谱V(f)如式(6)所示
k)通过傅里叶逆变换可以得到时域噪声电压v(t)如式(7)所示
l)可由式(8)计算出电压的峰峰值Δvmax,芯片手册中峰峰值已知,可以推出m的值如式(9)所示;
m)最后给出滤波方案BOM矩阵,如式(10)所示;
其中:BOM(n,1)指第n种电容器的个数,BOM(n,2)指第n种电容器的容值。
2.如权利要求1所述的一种时频域结合的自动滤波电容设计方法,其特征是,l)步中,如果得出的m不是整数,则对m进行向上取整。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611139719.9A CN108616127B (zh) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | 一种时频域结合的自动滤波电容设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611139719.9A CN108616127B (zh) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | 一种时频域结合的自动滤波电容设计方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108616127A true CN108616127A (zh) | 2018-10-02 |
CN108616127B CN108616127B (zh) | 2021-06-01 |
Family
ID=63657275
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201611139719.9A Active CN108616127B (zh) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | 一种时频域结合的自动滤波电容设计方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108616127B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110781642A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-02-11 | 蔚复来(浙江)科技股份有限公司 | 基于频域的改善电源噪声的方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050141682A1 (en) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Wells Charles H. | Power grid failure detection system and method |
CN102136733A (zh) * | 2011-03-08 | 2011-07-27 | 浙江大学 | 一种关于电力系统低频振荡特性的时频域综合分析方法 |
CN102187542A (zh) * | 2008-09-26 | 2011-09-14 | 艾克斯兰能源技术公司 | 并网功率转换系统中的任意电波形的自适应生成和控制 |
US20140285167A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Analog Devices, Inc. | Auto-tuning switching regulator |
CN104468427A (zh) * | 2014-10-25 | 2015-03-25 | 哈尔滨工业大学 | 基于fri时频域综合分析的信号高效采样及信号重构方法 |
-
2016
- 2016-12-12 CN CN201611139719.9A patent/CN108616127B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050141682A1 (en) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Wells Charles H. | Power grid failure detection system and method |
CN102187542A (zh) * | 2008-09-26 | 2011-09-14 | 艾克斯兰能源技术公司 | 并网功率转换系统中的任意电波形的自适应生成和控制 |
CN102136733A (zh) * | 2011-03-08 | 2011-07-27 | 浙江大学 | 一种关于电力系统低频振荡特性的时频域综合分析方法 |
US20140285167A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Analog Devices, Inc. | Auto-tuning switching regulator |
CN104468427A (zh) * | 2014-10-25 | 2015-03-25 | 哈尔滨工业大学 | 基于fri时频域综合分析的信号高效采样及信号重构方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110781642A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-02-11 | 蔚复来(浙江)科技股份有限公司 | 基于频域的改善电源噪声的方法 |
CN110781642B (zh) * | 2019-10-16 | 2023-05-19 | 蔚复来(浙江)科技股份有限公司 | 基于频域的改善电源噪声的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108616127B (zh) | 2021-06-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104079196B (zh) | 用于多电平转换器的电压平衡系统和方法 | |
CN106787253B (zh) | 基于t-π复合谐振网络ecpt系统及其参数设计方法 | |
TWI646751B (zh) | 充電電路和移動終端 | |
CN108226668A (zh) | 一种电源线传导发射试验的快速整改装置 | |
CN102646988B (zh) | 低压配电系统中无功补偿控制器的控制方法 | |
Zhang et al. | Characteristic parameter-based detuned C-type filter design | |
CN108616127A (zh) | 一种时频域结合的自动滤波电容设计方法 | |
CN103063987B (zh) | 一种干式平波电抗器端对端中频振荡电容器放电试验方法 | |
CN102324836A (zh) | 大功率低压大电流高频开关电源装置的输出滤波电路 | |
Busatto et al. | Estimation of the consumer electronics capacitance for harmonic resonance studies by a non-invasive measurement method | |
CN110311549A (zh) | 一种基于分相浮地的共模emi无源抑制方法及装置 | |
CN203942440U (zh) | 一种功率因数调整电路 | |
CN208522662U (zh) | 一种电源电路 | |
JP2019525723A (ja) | 電気デバイス用のミニチュア充電器 | |
CN107069730A (zh) | 大电流无磁芯emc滤波器 | |
CN203086326U (zh) | 滤波单元和变频器 | |
US10263593B2 (en) | Filter circuit in radio frequency power detection circuit | |
CN110391727A (zh) | 一种针对gjb-151a的直流电源滤波方法及电路 | |
CN105356732A (zh) | 一种变流器系统及抑制谐振的方法 | |
CN108539746A (zh) | 用于三电平滤波器的lcl滤波参数选择方法 | |
CN210323174U (zh) | 适用于高压交流电网的电压检测电路 | |
CN210604757U (zh) | 高压电网的电压检测电路 | |
US20130163296A1 (en) | Power circuit | |
CN214959276U (zh) | 输入、输出低纹波噪声的电源电路 | |
JP4930862B2 (ja) | 集積回路のエネルギ供給装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |