CN204362013U - 高频谐振软开关变换器测量电路的数字滤波装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种高频谐振软开关变换器测量电路的数字滤波装置。其辅助电源为各电路提供电源。基准电压源电路为输出信号采样电路及纹波和噪声采样电路提供参考电压。标准信号产生电路为输出信号采样电路及纹波和噪声采样电路产生叠加有标准纹波和噪声的信号。输出信号采样电路采集高频谐振软开关变换器到负载之间输出的电压信号。纹波和噪声采样电路采集高频谐振软开关变换器到负载之间输出的纹波和噪声信号。微控制器对输出信号采样电路与纹波和噪声采样电路的信号进行处理后，经由PWM隔离和驱动电路输出控制信号至高频谐振软开关变换器。本实用新型能够有效提高高频谐振软开关器的数字滤波的精度及速度。
Description
技术领域
本实用新型属于开关电源技术领域，具体涉及一种高频谐振软开关变换器测量电路的数字滤波装置。
背景技术
高频谐振软开关器对输出电压电流进行闭环控制时，需要准确采集系统输出的电压电流数值用于数据处理及系统调节，输出信号采集的有效性决定了微控制器分析结果及控制。在实践应用中，开关电源不可避免的受到干扰和产生噪声，使系统的输出含有工频谐波、开关电源脉宽调制纹波、放大器件产生的热噪声等，采样电路采集到含有纹波和噪声数据，影响了微机控制,从而降低系统的性能。为了提高系统的性能，需要在进行数据处理前先对采样值进行数字滤波，让采样到的数据尽可能地接近有用信号的真实值。然而，目前常用的数字滤波方式，如算术平均值滤波、加权平均值滤波、滑动平均值滤波、中值滤波、程序判断滤波、防脉冲干扰平均滤波、一阶滞后滤波法、加权递推平均值滤波等，因为精度不是很高，所以很满足高频谐振软开关器的高精度要求。此外，有些数字滤波方式，存在滤波时间和滤波周期比较长，效率很低，不能用于快速变化的参数，也影响到对高频谐振软开关器的实时控制。可见，不能简单地将现有的数字滤波器串入高频谐振软开关器与负载之间来实现滤波。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高频谐振软开关变换器测量电路的数字滤波装置，其能够有效提高高频谐振软开关器的数字滤波的精度及速度。
为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种高频谐振软开关变换器测量电路的数字滤波装置，包括数字滤波装置本体，其特征在于：所述数字滤波装置本体由辅助电源、基准电压源电路、PWM隔离和驱动电路、输出信号采样电路、纹波和噪声采样电路、标准信号产生电路和微控制器构成；辅助电源连接基准电压源电路、PWM隔离和驱动电路、输出信号采样电路、纹波和噪声采样电路和微控制器；标准信号产生电路的输出端连接输出信号采样电路与纹波和噪声采样电路；基准电压源电路的输出端连接输出信号采样电路与纹波和噪声采样电路；输出信号采样电路的信号输入端连接在高频谐振软开关变换器的输出端与负载之间，输出信号采样电路的信号输出端与微控制器的输入端相连；纹波和噪声采样电路的信号输入端连接在高频谐振软开关变换器的输出端与负载之间，纹波和噪声采样电路的信号输出端与微控制器的输入端相连；微控制器的信号输出端经PWM隔离和驱动电路与高频谐振软开关变换器的控制端相连。
上述方案中，所述纹波和噪声采样电路包括2个电容C1、C2和1个巴伦；其中高频谐振软开关变换器的输出端正极经电容C1连接巴伦的一输入端，高频谐振软开关变换器的输出端负极经电容C2连接巴伦的另一输入端，巴伦的输出端经屏蔽线连接微控制器的输入端。
上述方案中，所述标准信号产生电路通过2个双向开关K1、K1与纹波和噪声采样电路相连；其中双向开关K1的合路端连接纹波和噪声采样电路，一个分路端连接标准信号产生电路的输出端正极，另一个分路端连接高频谐振软开关变换器的输出端正极；双向开关K2的合路端连接纹波和噪声采样电路，一个分路端连接标准信号产生电路的输出端负极，另一个分路端连接高频谐振软开关变换器的输出端负极。
上述方案中，所述输出信号采样电路与纹波和噪声采样电路的信号输出端上各设有一A/D转换器；输出信号采样电路通过其信号输出端上的A/D转换器与微控制器的输入端相连，纹波和噪声采样电路通过其信号输出端上的A/D转换器与微控制器的输入端相连。
与现有技术相比，本实用新型针对高频谐振软开关变换器的特点而设计的数字滤波装置，能够有效提高高频谐振软开关变换器测量电路的数字滤波的精度及速度，达到对系统实时调节的要求，能够适应复杂的干扰环境，也取得了很好的滤波效果。
附图说明
图1是高频谐振软开关变换器测量电路的数字滤波装置的总体结构框图。
图2是纹波和噪声采样电路的原理示意图。
具体实施方式
图1为一种高频谐振软开关变换器测量电路的数字滤波装置的总体结构框图，该数字滤波装置主要由辅助电源、基准电压源电路、PWM隔离和驱动电路、输出信号采样电路、纹波和噪声采样电路、标准信号产生电路和微控制器组成。市电经过高频谐振软开关变换器与负载相连。辅助电源连接基准电压源电路、PWM隔离和驱动电路、输出信号采样电路、纹波和噪声采样电路和微控制器。标准信号产生电路的输出端连接输出信号采样电路与纹波和噪声采样电路。基准电压源电路的输出端连接输出信号采样电路与纹波和噪声采样电路。输出信号采样电路的信号输入端连接在高频谐振软开关变换器的输出端与负载之间，输出信号采样电路的信号输出端经一A/D转换器与微控制器的输入端相连。纹波和噪声采样电路的信号输入端连接在高频谐振软开关变换器的输出端与负载之间，纹波和噪声采样电路的信号输出端经另一A/D转换器与微控制器的输入端相连。微控制器的信号输出端经PWM隔离和驱动电路与高频谐振软开关变换器的控制端相连。
输出信号采样电路与纹波和噪声采样电路为本实用新型的关键电路。所述输出电压采样电路与现有电压采集电路类似，主要由3个电阻和2个稳压二极管所构成。输出电压经过电阻分压保护电路后，得到0～3.0V范围的电压，经A/D转换模块送入微控制器。所述纹波和噪声采样电路包括2个电容C1、C2和1个巴伦。其中高频谐振软开关变换器的输出端正极经电容C1连接巴伦的一输入端，高频谐振软开关变换器的输出端负极经电容C2连接巴伦的另一输入端，巴伦的输出端经屏蔽线连接微控制器的输入端。参见图2。高频谐振软开关变换器输出信号或叠加有标准纹波和噪声的信号经过电容C1和C2滤掉直流信号，再经过电流型巴伦消除或减小共模干扰信号，然后通过屏蔽线将信号传输到信号采集电路，采用屏蔽线来防止传输过程中受到串模干扰，最后经过高速放大及较高精度较宽带宽的A/D转换器转换后送入微控制器。由于开关电源的纹波和噪声频谱覆盖很广，实际中不具备条件也不需要把那么广的频率范围的纹波和噪声测出来，一般是频谱在20Hz～20MHz之间，低于20Hz的低频噪声可以看成叠加在直流电压上的直流偏差，高于20MHz的交流信号幅度比较小，影响可以忽略不计。因此本实用新型在输出信号两端接两个较大电容滤掉20Hz以下的低频信号，经过电流型巴伦的差分输入单端输出滤除掉共模干扰，经高速放大后输出至A/D转换器转换后送入微控制器。
所述标准信号产生电路通过2个双向开关K1、K1与纹波和噪声采样电路相连。其中双向开关K1的合路端连接纹波和噪声采样电路，一个分路端连接标准信号产生电路的输出端正极，另一个分路端连接高频谐振软开关变换器的输出端正极。双向开关K2的合路端连接纹波和噪声采样电路，一个分路端连接标准信号产生电路的输出端负极，另一个分路端连接高频谐振软开关变换器的输出端负极。
微控制器电路包括一片高速ARM处理器，还包含晶振电路、复位电路、JTAG测试接口。微控制电路用于数字滤波及系统控制调节。微控制器把定时器作为A/D转换器ADC1、ADC2的触发源，使ADC1、ADC2同步进行转换。将标准纹波和噪声信号v1叠加到干净的信号v2上后输入到这两路采样电路，读取输出信号采样电路采样数据va和纹波和噪声采样电路采样数据vb,输出信号采样电路对输入信号时的输入输出关系系数使用DMA将A/D转换数据传输到微控制器的存储器里，提高数据传输效率。数字滤波放在DMA中断函数里进行，实时进行数字滤波，进入DMA中断函数后读取输出信号值value和纹波和噪声值periodic，由得到输出有用信号的真实值并保存到Real[i]里，最后将这些系统输出的有用信号真实数用于数据的处理和系统的调节。
高频谐振软开关变换器将输入的市电进行变压、整流、滤波、升降压、再次滤波后输出给负载。辅助电源为各电路提供电源。基准电压源电路为输出信号采样电路及纹波和噪声采样电路提供参考电压。标准信号产生电路为输出信号采样电路及纹波和噪声采样电路产生叠加有标准纹波和噪声的信号。输出信号采样电路采集高频谐振软开关变换器到负载之间输出的电压信号。纹波和噪声采样电路采集高频谐振软开关变换器到负载之间输出的纹波和噪声信号。微控制器为输出信号采样电路和纹波和噪声采样电路中的A/D器件同步转换提供触发信号并控制它们，读取AD转换值后进行数字滤波得到高频谐振软开关变换器输出信号的真实有用值，之后用它进行数据处理及控制高频谐振软开关变换器。PWM隔离和驱动电路将微控制器输出的控制信号送入高频谐振软开关变换器，以实现对高频谐振软开关变换器的隔离驱动控制。
Claims (4)
1.高频谐振软开关变换器测量电路的数字滤波装置，包括数字滤波装置本体，其特征在于：所述数字滤波装置本体由辅助电源、基准电压源电路、PWM隔离和驱动电路、输出信号采样电路、纹波和噪声采样电路、标准信号产生电路和微控制器构成；辅助电源连接基准电压源电路、PWM隔离和驱动电路、输出信号采样电路、纹波和噪声采样电路和微控制器；标准信号产生电路的输出端连接输出信号采样电路与纹波和噪声采样电路；基准电压源电路的输出端连接输出信号采样电路与纹波和噪声采样电路；输出信号采样电路的信号输入端连接在高频谐振软开关变换器的输出端与负载之间，输出信号采样电路的信号输出端与微控制器的输入端相连；纹波和噪声采样电路的信号输入端连接在高频谐振软开关变换器的输出端与负载之间，纹波和噪声采样电路的信号输出端与微控制器的输入端相连；微控制器的信号输出端经PWM隔离和驱动电路与高频谐振软开关变换器的控制端相连。
2.根据权利要求1所述的高频谐振软开关变换器测量电路的数字滤波装置，其特征在于：所述纹波和噪声采样电路包括2个电容C1、C2和1个巴伦；其中高频谐振软开关变换器的输出端正极经电容C1连接巴伦的一输入端，高频谐振软开关变换器的输出端负极经电容C2连接巴伦的另一输入端，巴伦的输出端经屏蔽线连接微控制器的输入端。
3.根据权利要求1或2所述的高频谐振软开关变换器测量电路的数字滤波装置，其特征在于：标准信号产生电路通过2个双向开关K1、K1与纹波和噪声采样电路相连；其中双向开关K1的合路端连接纹波和噪声采样电路，一个分路端连接标准信号产生电路的输出端正极，另一个分路端连接高频谐振软开关变换器的输出端正极；双向开关K2的合路端连接纹波和噪声采样电路，一个分路端连接标准信号产生电路的输出端负极，另一个分路端连接高频谐振软开关变换器的输出端负极。
4.根据权利要求1所述的高频谐振软开关变换器测量电路的数字滤波装置，其特征在于：所述输出信号采样电路与纹波和噪声采样电路的信号输出端上各设有一A/D转换器；输出信号采样电路通过其信号输出端上的A/D转换器与微控制器的输入端相连，纹波和噪声采样电路通过其信号输出端上的A/D转换器与微控制器的输入端相连。
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| CN108345242A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-07-31 | 杭州海兴电力科技股份有限公司 | 纹波控制接收电路和纹波控制系统 |
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2015
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