CN111049501B - 一种电压信号采样滤波电路 - Google Patents

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    • H03H17/02—Frequency selective networks
    • H03H17/0202—Two or more dimensional filters; Filters for complex signals

Abstract

本发明公开了一种电压信号采样滤波电路，包括：比例调制器用于接收电压信号，将电压信号调制到预定电压范围；第一滤波器和第二滤波器均用于对电压信号进行滤波得到信号频率，将信号频率输入至数字模拟开关，第二滤波器的截止频率高于第一滤波器的截止频率；数字模拟开关用于根据第一选通信号将第一滤波器输出的信号频率输入至控制单元，或者根据第二选通信号将第二滤波器输出的信号频率输入至控制单元；控制单元用于将信号频率与预设频率阈值进行比较，在信号频率低于预设频率阈值时，向数字模拟开关发送第一选通信号，在信号频率高于预设频率阈值时，向数字模拟开关发送第二选通信号。本发明能够实现在不同转速下对滤波常数进行选择。

Description

一种电压信号采样滤波电路
技术领域
本发明涉及信号采集技术领域，特别是涉及一种电压信号采样滤波电路。
背景技术
随着对功率密度的追求，高速化成为电机发展的重要方向之一。高速永磁电机广泛应用于空压机、飞轮储能等领域，传统的位置传感器检测范围无法满足转速范围检测要求，且存在可靠性问题。因而高速电机控制往往采用无位置传感器控制方法，通过检测电机运行过程中的端电压对电机状态进行识别。
高速电机启动初期转速低，反电势信号电平和频率较低，为准确识别过零点，需要滤波常数大，截止频率低的滤波电路，在高转速运行时，反电势信号电平及频率高，为防止信号延迟失真，需要滤波常数小，截止频率高的滤波电路。
现有的反电势检测滤波器电路参数固定，无法满足控制系统根据实际运行工况进行滤波参数选择的需求，使得控制器转速控制范围窄，在高速运行工况下检测误差大，造成转速控制误差大，在需求控制精度高的场合无法满足应用。采用软件进行差异化处理数据的方法则要占用较多的运算时间，影响控制芯片程序处理，对控制芯片运行速度的需求提升，从而造成成本增加。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种电压信号采样滤波电路，能够实现在不同转速下对滤波常数进行选择，从而提高全转速运行工况下的信号检测质量。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电压信号采样滤波电路，包括比例调制器、第一滤波器、第二滤波器、数字模拟开关和控制单元；所述比例调制器用于接收电压信号，将所述电压信号调制到预定电压范围后，输入至第一滤波器和第二滤波器；所述第一滤波器用于对所述电压信号进行滤波得到信号频率，将所述信号频率输入至数字模拟开关；所述第二滤波器用于对所述电压信号进行滤波得到信号频率，将所述信号频率输入至数字模拟开关，其中，所述第二滤波器的截止频率高于第一滤波器的截止频率；所述数字模拟开关用于接收第一选通信号，根据所述第一选通信号将所述第一滤波器输出的信号频率输入至控制单元，或者接收第二选通信号，根据所述第二选通信号将所述第二滤波器输出的信号频率输入至控制单元；所述控制单元用于将信号频率与预设频率阈值进行比较，在信号频率低于预设频率阈值时，向所述数字模拟开关发送第一选通信号，在信号频率高于预设频率阈值时，向所述数字模拟开关发送第二选通信号，其中，所述控制单元在初始状态下默认向数字模拟开关发送第一选通信号。
作为本发明的一个优选实施例，所述第一滤波器和所述第二滤波器均为低通滤波器。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：
1.两种滤波器组合使用，在电压信号频率范围宽时分别采用不同滤波器输出的信号频率，在高频和低频工况下选择使用最优信号频率；
2.采样低频信号时提高波形平滑度，采样高频信号时减少信号失真；
3.降低控制单元的复杂度，降低硬件需求；
4.均采用被动器件搭建，成本低，控制效果好。
附图说明
图1是本发明实施例的电压信号采样滤波电路的结构示意图。
图2是本发明实施例的电压信号采样滤波电路的幅频特性示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，是本发明实施例的电压信号采样滤波电路的结构示意图。本实施例的电压信号采样滤波电路包括比例调制器11、第一滤波器12、第二滤波器13、数字模拟开关14和控制单元15。
比例调制器11用于接收电压信号，将电压信号调制到预定电压范围后，输入至第一滤波器12和第二滤波器13。预定电压范围为第一滤波器12、第二滤波器13、数字模拟开关14和控制单元15可耐受的电压范围。
第一滤波器12用于对电压信号进行滤波得到信号频率，将信号频率输入至数字模拟开关14。第二滤波器13用于对电压信号进行滤波得到信号频率，将信号频率输入至数字模拟开关14，其中，第二滤波器13的截止频率高于第一滤波器12的截止频率。第一滤波器12的截止频率更低，可以尽量的在电压较低的情况下滤掉高频干扰，清晰识别过零点，而第二滤波器13的截止频率更高，可以避免第一滤波器12对信号造成的衰减失真，并降低采样滞后，提高控制精度。
数字模拟开关14用于接收第一选通信号，根据第一选通信号将第一滤波器12输出的信号频率输入至控制单元15，或者接收第二选通信号，根据第二选通信号将第二滤波器13输出的信号频率输入至控制单元15。
控制单元15用于将信号频率与预设频率阈值进行比较，在信号频率低于预设频率阈值时，向数字模拟开关14发送第一选通信号，在信号频率高于预设频率阈值时，向数字模拟开关14发送第二选通信号，其中，控制单元15在初始状态下默认向数字模拟开关14发送第一选通信号。预设频率阈值可以根据电压信号的大致范围来设定。
下面将结合图2对本实施例的电压信号采样滤波电路进行举例说明，图2是电压信号采样滤波电路的幅频特性示意图。如图2所示，电压信号的频率范围为f1～f3，第一滤波器12的截止频率为f2，第二滤波器13的截止频率为f4，f2＜f4，预设频率阈值为fs，在初始状态下，控制单元11接收到第一滤波器12输出的信号频率，由于电机运行初期转速低，因而信号频率低于fs时，控制单元11仍然向数字模拟开关14发送第一选通信号，随着电机转速逐渐变高，信号频率也增高，在信号频率增高至高于fs时，控制单元11向数字模拟开关14发送第二选通信号，而不再向数字模拟开关14发送第一选通信号，控制单元11开始接收到第二滤波器13输出的信号频率。
通过上述方式，本发明的电压信号采样滤波电路通过第一滤波器与第二滤波器同时进行滤波，可以保障在切换滤波器输出的信号频率过程中控制单元不存在过渡风险。
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 (2)

1.一种电压信号采样滤波电路，其特征在于，包括比例调制器、第一滤波器、第二滤波器、数字模拟开关和控制单元；
所述比例调制器用于接收电压信号，将所述电压信号调制到预定电压范围后，输入至第一滤波器和第二滤波器；
所述第一滤波器用于对所述电压信号进行滤波得到信号频率，将所述信号频率输入至数字模拟开关；
所述第二滤波器用于对所述电压信号进行滤波得到信号频率，将所述信号频率输入至数字模拟开关，其中，所述第二滤波器的截止频率高于第一滤波器的截止频率；
所述数字模拟开关用于接收第一选通信号，根据所述第一选通信号将所述第一滤波器输出的信号频率输入至控制单元，或者接收第二选通信号，根据所述第二选通信号将所述第二滤波器输出的信号频率输入至控制单元；
所述控制单元用于将信号频率与预设频率阈值进行比较，在信号频率低于预设频率阈值时，向所述数字模拟开关发送第一选通信号，在信号频率高于预设频率阈值时，向所述数字模拟开关发送第二选通信号，其中，所述控制单元在初始状态下默认向数字模拟开关发送第一选通信号。
2.根据权利要求1所述的电压信号采样滤波电路，其特征在于，所述第一滤波器和所述第二滤波器均为低通滤波器。
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