CN202455275U

CN202455275U - 一种本安电源

Info

Publication number: CN202455275U
Application number: CN2012200031256U
Authority: CN
Inventors: 王鹏; 荣庆丰; 赵华玮
Original assignee: China Coal Research Institute CCRI
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2022-01-05

Abstract

本实用新型公开了一种本安电源，包括基板，以及安装在所述基板上的电源输入模块、变压器初级模块、变压器次级模块、电源输出模块、信号采集模块、A/D转换器、显示模块、数字滤波模块、PWM控制器、隔离与驱动模块。本实用新型设计的数字滤波矿用本安电源，能够对反馈电流进行有效的滤波，使用电流型PWM能够在矿井下强干扰、高电压和大电流的恶劣环境下高速稳定地工作。本实用新型的本安电源中滤波器具滤波效果好、相移小、动作响应快、能够保证电源精确可靠工作的优点。

Description

一种本安电源

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，特别是涉及一种本安电源。

背景技术

在工业生产中，干扰信号经常会使系统不稳定，尤其是电源输出的干扰，很难消除，使整个系统的工作不稳定；尤其是矿井下干扰强、电压高和电流大的恶劣环境，本安电源高速稳定地工作就更加重要。一般而言，电源滤波是通过电容的冲放电来完成的，整流出来的电源都是脉动的直流，电容就是把脉动的直流，变成平滑的直流，只有这样，数字电路才能可靠正常稳定的工作。但依据此设计的滤波器具有启动速度和给定变化较大时跟踪速度慢的缺点。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种具有滤波效好果、相移小，动作响应快、能够保证电源精确可靠工作的优点的本安电源。

为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种本安电源，包括基板，以及安装在所述基板上的电源输入模块、变压器初级模块、变压器次级模块、电源输出模块、信号采集模块、A/D转换器、显示模块、数字滤波模块、PWM控制器、隔离与驱动模块；其中，

所述电源输入模块、变压器初级模块、变压器次级模块、电源输出模块依次连接；所述电源输入模块接收信号的输入，所述电源输出模块进行电流输出；

所述变压器初级模块、PWM控制器和隔离与驱动模块依次连接，所述隔离与驱动模块与所述电源输入模块连接，用于对输入电源输入模块的信号进行隔离和驱动；所述隔离和驱动模块由所述PWM控制器产生和控制；

所述变压器次级模块、信号采集模块、A/D转换器和数字滤波模块依次连接，所述数字滤波模块与所述PWM控制器连接；所述信号采集模块采集信号，所述A/D转换器对采集的信号进行模数转换，所述数字滤波模块进行数字滤波；所述A/D转换器上连接有显示模块，用于显示经过模数转换后的数字信号。

另外，本实用新型还可以具有如下附加的技术特征：

进一步，所述信号采集模块通过霍尔传感器采集信号。

进一步，所述显示模块为液晶显示屏或触摸显示屏。

进一步，所述数字滤波模块设置有滤波计数器，将本次采样值与当前有效值比较；如果采样值等于当前有效值，则所述滤波计数器清零；如果采样值不等于当前有效值，则所述滤波计数器加1，且判断所述滤波计数器是否大于等于上限N；

所述滤波计数器大于等于上限N，则用本次采样值替换当前有效值，并将所述滤波计数器清零；所述滤波计数器小于上限N，则继续采样，并与当前有效值进行比较。

进一步，所述数字滤波模块将连续采样M个数据，去掉所述M个数据中的一个最大值和一个最小值，然后计算M-2个数据的算术平均值，将所述算术平均值作为当前有效值。

进一步，M值的选取范围在3～14之间。

进一步，所述数字滤波模块确定信号带宽之后，根据所述信号带宽进行滤波。

根据本实用新型实施例的本安电源至少具有下列优点之一：

本实用新型设计的数字滤波矿用本安电源，能够对反馈电流进行有效的滤波，使用电流型PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)能够在矿井下强干扰、高电压和大电流的恶劣环境下高速稳定地工作。本实用新型的本安电源中滤波器具滤波效果好、相移小、动作响应快、能够保证电源精确可靠工作的优点。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例一种本安电源的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

电源输出干扰的消除，可以用数字滤波技术对信号进行处理。数字滤波技术是指对采集到的数据采用数字技术进行消除干扰的处理。一般来说，除了在硬件中对信号采取干扰措施外，还要在软件中进行数字滤波的处理，以进一步消除附加在电源输出上的各式各样的干扰，使电压数据能够真实地反映现场的工艺实际情况。

如图1所示，本实用新型实施例涉及一种采用数字滤波技术的矿用本安电源，包括基板，以及安装在基板上的电源输入模块、变压器初级模块、变压器次级模块、电源输出模块、信号采集模块、A/D转换器、显示模块、数字滤波模块、PWM控制器、隔离与驱动模块。

电源输入模块、变压器初级模块、变压器次级模块、电源输出模块依次连接；电源输入模块接收信号的输入，电源输出模块进行电流输出；

变压器初级模块、PWM控制器和隔离与驱动模块依次连接，隔离与驱动模块与电源输入模块连接，用于对输入电源输入模块的信号进行隔离和驱动；隔离和驱动模块由PWM控制器产生和控制；

变压器次级模块、信号采集模块、A/D转换器和数字滤波模块依次连接，数字滤波模块与PWM控制器连接；信号采集模块通过霍尔传感器采集信号，A/D转换器对采集的信号进行模数转换，数字滤波模块进行数字滤波；A/D转换器上连接有显示模块，用于显示经过模数转换后的数字信号。任何能实现上述显示功能的装置均可作为显示模块，例如液晶显示屏或触摸显示屏等等。

本实用新型实施例的矿用本安电源可以采用数学运算方式通过数字芯片对离散信号进行滤波处理。具体方案如下：在现有本安电源的输出端加上数字滤波模块，数字滤波模块的滤波原理可以为消抖滤波法、防脉冲干扰平均滤波法或无限数字滤波器IIR数字滤波法。本实用新型实施例的矿用本安电源在电源模块的后端加入了数字滤波技术，此数字滤波模块加入后只针对电路中的噪声、纹波及高次谐波进行消除，并不妨碍本安电源本身的特性和主要参数。本数字滤波电源在煤炭产品中的使用进行了有效的探索，在国内应属首次。

如上所述，数字滤波(Digital filter)是由数学算法通过集成芯片或计算机来实现的一种计算方法。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波技术也可用如FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)一类的大规模集成数字MCU(Micro Control Unit，微控制单元)实时实现。应用数字滤波处理模拟信号时，首先对信号进行快速傅里叶变换，得到有用信号和噪声的频谱分析；然后对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换，在综合考虑CPU硬件的处理速度后，设计数字电源滤波器，经过一系列数学算法的处理后再将处理完毕的数字信号通过数模转换、平滑等方式得到性能更好的模拟信号。由此可知，数字滤波具有精度高、可靠高性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。

下面，以实例具体说明数字滤波模块进行数字滤波的实现方式。在下列实例中，由于数字滤波器的硬件电路仅用集成电路芯片构成，比较简单，所以仅列出核心的数字滤波器的数学模型。

实施例一，消抖滤波法：

具体方法为：设置一个滤波计数器，将每次采样值与当前有效值比较；如果采样值等于当前有效值，则计数器清零；如果采样值不等于当前有效值，则计数器加1，并判断计数器是否大于等于上限N(即判断是否溢出)，如果计数器溢出，则将本次值替换当前有效值，并清计数器；如果计数器没有溢出，则继续采样，将采样值与当前有效值比较，依此循环。上限N属于自然数，根据经验预先设定，当发现上限N设置不恰当时，可以根据实际情况进行修改。

消抖滤波法的优点在于：对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果，可避免在临界值附近控制器的反复开/关调动或显示器上数值抖动。

消抖滤波法以C语言实现的程序示例如下：

实施例二，防脉冲干扰平均滤波法：

具体方法为：相当于“中位值滤波法”+与“算术平均滤波法”的叠加使用。即：连续采样M个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算M-2个数据的算术平均值。M属于自然数，M值的选取范围通常在3～14之间。

防脉冲干扰平均滤波法的优点在于：融合了两种滤波法的优点，对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。

防脉冲干扰平均滤波法以C语言实现的程序示例如下：

实施例三，IIR数字滤波法：

具体方法为：确定信号带宽，滤之。Y(n)＝a1*Y(n-1)+a2*Y(n-2)+......+ak*Y(n-k)+b0*X(n)+b1*X(n-1)+b2*X(n-2)+......+bk*X(n-k)。

IIR数字滤波法的优点在于：可以对高通，低通，带通，带阻任意过滤，设计简单。

IIR数字滤波法以matlab实现的程序示例如下：

本实用新型实施例公开的数字滤波矿用本安电源，能够对反馈电流进行有效的滤波，使用电流型PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)能够在矿井下强干扰、高电压和大电流的恶劣环境下高速稳定地工作。本实用新型的本安电源中滤波器具滤波效果好、相移小、动作响应快、能够保证电源精确可靠工作的优点。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种本安电源，其特征在于，包括基板，以及安装在所述基板上的电源输入模块、变压器初级模块、变压器次级模块、电源输出模块、信号采集模块、A/D转换器、显示模块、数字滤波模块、PWM控制器、隔离与驱动模块；其中，

2.如权利要求1所述的本安电源，其特征在于，所述信号采集模块通过霍尔传感器采集信号。

3.如权利要求1所述的本安电源，其特征在于，所述显示模块为液晶显示屏或触摸显示屏。

4.如权利要求1所述的本安电源，其特征在于，所述数字滤波模块确定信号带宽之后，根据所述信号带宽进行滤波。