CN206226389U - 有源rlc窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路。其中，该电路包括：四阶切比雪夫有源带通滤波器和RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器构成的有源RLC窄带通滤波器，以及施密特触发器，四阶切比雪夫有源带通滤波器由两级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器级联构成。RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器利用两个反向并联的二极管对大小不同的选频信号实现不同倍数的增益及对放大增益后的选频信号进行稳幅，有源RLC窄带通滤波器将选频信号放大330至45倍，对40KHz及以下的电磁干扰信号衰减22dB及以上；施密特触发器将正弦信号转换为方波信号，触发门限为1.2V，具有抑制逆变器产生的电磁干扰信号中小幅度的200KHz干扰信号作用。

Description

有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路

技术领域

本实用新型涉及滤波器技术领域，具体而言，涉及一种有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路。

背景技术

随着能源结构调整步伐的加快，国家大力倡导绿色能源，太阳能光伏产业飞速发展。在光伏发电站运行过程中，对光伏组件的电压、电流等数据进行采集和实时监测对光伏发电站的监控管理起着至关重要的作用。

光伏发电站主要是由光伏组件串列、汇流箱、逆变器、直流配电柜、并网设备等组成。

为及时发现每块光伏组件是否工作正常，需对光伏组件的运行状况进行监测，并将监测到的光伏组件的电压、电流、温度等参数，借助无限、载波或有线等通信手段传输至监控中心，进行故障判断，以保证光伏电站的正常运行。

在光伏组件串列中，通过对每块光伏组件运行状况的监测，获得电压、电流、温度等参数后，需借助无限或载波的通信方式将监测数据进行传输和汇集，再经汇流箱、直流配电柜等模块传输至监控中心。

因在光伏电站中，逆变器及光伏组件串列产生的电磁干扰信号高达光伏组件串列输出直流电压的10％左右，其中噪声以10KHz和40KHz的干扰信号为主。通常情况下，单个光伏组件产生的直流电压约为10-50V。假定单个光伏组件正常光照时产生的直流电压为40V左右，对于n个光伏组件组成的光伏组件串列而言，光伏组件串列输出的直流电压则为40nV左右，电磁干扰信号电压则为4nV左右，平均到每个光伏组件的电磁干扰信号电压为4V左右。

如果在光伏组件串列中采用载波通信方式，而载波信号通常只有6-100mV，因此，一方面需要放大载波信号，另一方面是要对40KHz及以下的电磁干扰信号进行大幅度衰减，才能保证携带着光伏组件监测数据的载波信号的正常通信。

针对现有技术中采用载波通信方式传输光伏组件的监测数据，电磁干扰信号对光伏组件间的载波通信干扰大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路，以至少解决现有技术中采用载波通信方式传输光伏组件的监测数据，电磁干扰信号对光伏组件间的载波通信干扰大的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路，包括：有源RLC窄带通滤波器，包括：四阶切比雪夫有源带通滤波器和RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器，其中，四阶切比雪夫有源带通滤波器由两级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器级联构成。四阶切比雪夫有源带通滤波器接入载波信号，RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器与四阶切比雪夫有源带通滤波器连接。有源RLC窄带通滤波器用于对载波信号进行放大和滤波，得到200KHz的正弦信号，以将载波信号中的选频信号放大330至45倍，将载波信号中小于等于40KHz的电磁干扰信号衰减大于等于22dB；施密特触发器，与有源RLC窄带通滤波器连接，用于将正弦信号转换为方波信号，得到用于载波通信的选频信号。

进一步地，四阶切比雪夫有源带通滤波器包括：第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器和第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器。第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器接入载波信号，第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器分别与第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器和RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器连接，其中，第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器与第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器的电路结构相同。第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器的中心频率为182.08KHz，品质因数为6.86，电路增益为6，第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器的中心频率为218.55KHz，品质因数为6.87，电路增益为6。第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器包括：第一电阻、第一电容、第一运算放大器、第二电阻、第三电阻和第二电容，第一电阻的第一端与接入载波信号，第一电容的第一端与第一电阻的第二端连接，第一运算放大器的反向输入端与第一电容的第二端连接，第一运算放大器的同相输入端接地，第二电阻的第一端与第一电容的第一端和第一电阻的第二端连接，第二电阻的第二端接地，第三电阻的第一端与第一运算放大器的输出端连接，第三电阻的第二端与第一运算放大器的反向输入端连接，第二电容的第一端与第一运算放大器的输出端连接，第二电容的第二端与第二电阻的第一端连接；第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器包括：第四电阻、第三电容、第二运算放大器、第五电阻、第六电阻和第四电容，第四电阻的第一端与第一运算放大器的输出端连接，第三电容的第一端与第四电阻的第二端连接，第二运算放大器的反向输入端与第三电容的第二端连接，第二运算放大器的同相输入端接地，第五电阻的第一端与第三电容的第一端和第四电阻的第二端连接，第五电阻的第二端接地，第六电阻的第一端与第二运算放大器的输出端连接，第六电阻的第二端与第二运算放大器的反向输入端连接，第四电容的第一端与第二运算放大器的输出端连接，第四电容的第二端与第五电阻的第一端连接；其中，第一运算放大器和第二运算放大器的型号为EL2244C，增益带宽积为50MHz。

进一步地，RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器包括：高通滤波器和变增益带通滤波器，高通滤波器与四阶切比雪夫有源带通滤波器连接，变增益带通滤波器分别与高通滤波器和施密特触发器连接，变增益带通滤波器用于利用二极管的非线性，将不同大小的选频信号进行不同倍数的放大增益，变增益带通滤波器的中心频率为199.99KHz，放大倍数为11至1.47倍。高通滤波器包括：第五电容和第七电阻，第五电容串联与四阶切比雪夫有源带通滤波器和变增益带通滤波器之间，第七电阻的第一端与第五电容的第二端和变增益带通滤波器连接，第七电阻的第二端接地；变增益带通滤波器包括：第三运算放大器和反馈支路，第三运算放大器的同相输入端与第五电容的第二端连接，第三运算放大器的反向输入端经过第八电阻接地，反馈支路的第一端与第三运算放大器的输出端连接，反馈支路的第二端与第三运算放大器的反向输入端连接；反馈支路包括：第一二极管、第九电阻、电感、第六电容和第二二极管，第一二极管的正极与第三运算放大器的反向输入端连接，第一二极管的负极与第三运算放大器的输出端连接，第九电阻的第一端与第三运算放大器的反向输入端连接，第九电阻的第二端与第三运算放大器的输出端连接，电感的第一端与第三运算放大器的反向输入端连接，电感的第二端与第三运算放大器的输出端连接，第六电容的第一端与第三运算放大器的反向输入端连接，第六电容的第二端与第三运算放大器的输出端连接，第二二极管的正极与第三运算放大器的输出端连接，第二二极管的负极与第三运算放大器的反向输入端连接；其中，第三运算放大器的型号为EL2244C，增益带宽积为50MHz。

进一步地，施密特触发器包括：第四运算放大器、第十一电阻、第三二极管和第十二电阻，第四运算放大器的同相输入端与有源RLC窄带通滤波器连接，第四运算放大器的反向输入端经过第十电阻接地，第四运算放大器的第一电源输入端与第一直流电源连接，第四运算放大器的第二电源输入端与第二直流电源连接，第十一电阻的第一端与第四运算放大器的输出端连接，第十一电阻的第二端与第四运算放大器的反向输入端连接，第三二极管的正极与第四运算放大器的输出端连接，第十二电阻的第一端与第三二极管的负极连接，第十二电阻的第二端接地；其中，施密特触发器的触发门限为1.2V。

在本实用新型实施例中，有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路包括：四阶切比雪夫有源带通滤波器和RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器构成的有源RLC窄带通滤波器以及施密特触发器，其中，四阶切比雪夫有源带通滤波器由两级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器级联构成。有源RLC窄带通滤波器对输入的载波信号进行放大和滤波，得到200KHz的正弦信号，施密特触发器将正弦信号转换为方波信号，得到用于载波通信的选频信号，从而实现光伏组件监测模块中的选频信号的提取。容易注意到的是，有源RLC窄带通滤波器可以使200KHz的载波信号通过，并且对不同大小的载波信号进行不同倍数的放大增益，同时，还可对40KHz及以下的电磁干扰信号进行大幅度的衰减滤除，以克服电磁干扰信号对光伏组件间载波通信的干扰,从而解决了现有技术中采用载波通信方式传输光伏组件的监测数据，电磁干扰信号对光伏组件间的载波通信干扰大的技术问题。因此，通过本实用新型上述实施例提供的方案，可以克服电磁干扰信号对光伏组件间载波通信的干扰，改善信噪比，便于载波信号的传输。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路的示意图；

图3是根据本实用新型实施例的一种可选的四阶切比雪夫有源带通滤波器的电路示意图；

图4是根据本实用新型实施例的一种可选的RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器的电路示意图；

图5是根据本实用新型实施例的一种可选的施密特触发器的电路示意图；

图6是根据本实用新型实施例的一种可选的有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路的电路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

根据本实用新型实施例，提供了一种光伏组件的选频电路的实施例。

图1是根据本实用新型实施例的一种有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路的示意图，如图1所示，该有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路包括：

有源RLC窄带通滤波器11，包括：四阶切比雪夫有源带通滤波器和RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器，其中，四阶切比雪夫有源带通滤波器由两级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器级联构成。四阶切比雪夫有源带通滤波器接入载波信号，RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器与四阶切比雪夫有源带通滤波器连接。有源RLC窄带通滤波器用于对载波信号进行放大和滤波，得到200KHz的正弦信号，以将载波信号中的选频信号放大330至45倍，将载波信号中小于等于40KHz的电磁干扰信号衰减大于等于22dB。

具体的，上述的载波信号为6-100mV，载波信号包含频率为200KHz的选频信号和40KHz及以下的电磁干扰信号，选频信号中携带有光伏组件监测模块所监测到的电压、电流、温度等数据。

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路的示意图。如图2所示，在一种可选的方案中，有源RLC窄带通滤波器可以包括：第一模块四阶切比雪夫有源带通滤波器和第二模块RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器。其中第一模块四阶切比雪夫有源带通滤波器由两级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器级联构成，其中心频率f₀＝203.44KHz，电路增益G＝30倍，通频带宽BW＝25.9KHz。级联构成的四阶切比雪夫有源带通滤波器电路中心频率高、带内波动小、通带频率窄，选频效果好，可以在滤除电磁干扰信号的同时便于载波信号的传输。经四阶切比雪夫有源带通滤波器处理后的载波信号输入至RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器，利用RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器对载波信号中的不同大小的选频信号进行不同倍数的放大增益，实现对放大增益后的选频信号具有一定稳幅作用的目的，并起到一定的滤除电磁干扰信号的作用。

施密特触发器13，与有源RLC窄带通滤波器11连接，用于将正弦信号转换为方波信号，得到用于载波通信的选频信号。

具体的，为了防止逆变器产生的电磁干扰信号中小幅度的200KHz干扰信号触发施密特触发器，上述的施密特触发器采用高的触发门限，例如，触发门限可以为1.2V。

在一种可选的方案中，载波信号可以由并联在光伏组件两端的耦合电路输出，对于载波信号中的选频信号，有源RLC窄带通滤波器可以将6mV及以上的选频信号放大到1.5V及以上，将15V及以下的频率为40KHz及以下的电磁干扰信号衰减至1.2V及以下，选频电路允许的最小输入信号与最大噪声之比是6/15000，即输入信噪比是-67.96dB，对应的输出信号与衰减后的噪声之比是1.5/1.2，即输出信噪比是1.94dB，输出与输入之间信噪比提高了69.9dB。通过有源RLC窄带通滤波器得到的电磁干扰信号不能达到施密特触发器的触发条件，而选频信号可以触发施密特触发器，通过施密特触发器将正弦信号变成方波信号，并将转换后的方波信号输入至监控模块的微控制器MCU(Micro Controller Unit)中，进而在MCU得到光伏组件串列通信中所需要的载波信号，即上述的用于载波通信的选频信号。

通过本实用新型上述实施例，有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路包括：四阶切比雪夫有源带通滤波器和RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器构成的有源RLC窄带通滤波器以及施密特触发器，其中，四阶切比雪夫有源带通滤波器由两级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器级联构成。有源RLC窄带通滤波器对载波信号进行放大和滤波，得到正弦信号，施密特触发器将正弦信号转换为方波信号，并将方波信号输出至监测模块，从而实现光伏组件监测模块中的载波信号的提取。容易注意到的是，有源RLC窄带通滤波器可以使200KHz的载波信号通过，并且对不同大小的载波信号进行不同倍数的放大增益，同时，还可对40KHz及以下的电磁干扰信号进行大幅度的衰减滤除，以克服电磁干扰信号对光伏组件间载波通信的干扰，解决了现有技术中采用载波通信方式传输光伏组件的监测数据，电磁干扰信号对光伏组件间的载波通信干扰大的技术问题。因此，通过本实用新型上述实施例提供的方案，可以克服电磁干扰信号对光伏组件间载波通信的干扰，改善信噪比，便于载波信号的传输。

可选的，在本实用新型上述实施例中，四阶切比雪夫有源带通滤波器可以包括：

第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器和第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器，第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器接入载波信号，第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器分别与第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器和RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器连接，第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器与第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器的电路结构相同，上述的第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器的中心频率可以为182.08KHz，品质因数可以为6.86，电路增益可以为6，上述的第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器的中心频率可以为218.55KHz，品质因数可以为6.87，电路增益可以为6。

此处需要说明的是，由于单个二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器的中心频率f₀和频谱特性均不同，通带频率较宽，带内波动较大、不稳定，选频效果不好，同时不满足上述实施例中的选频电路的指标，并且二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器输出阻抗小，多级串联不需要隔离级，因此，可以将两级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器级联得到四阶切比雪夫有源带通滤波器，并且可以将带通滤波器调节至所需要的中心频率f₀处，优化其频带选择性。由于光伏组件间载波通信中选频信号频率为200KHz，故上述实施例所中的选频电路要求中心频率f₀＝200KHz，从而可以滤除40KHz及以下的电磁干扰信号同时便于选频信号的传输。

在一种可选的方案中，如图2所示，四阶切比雪夫有源带通滤波器可以由两级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器级联构成，包括第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器和第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器(即图2中的两个带通滤波器)，其中，第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器的中心频率f₁＝182.08KHz，品质因数Q₁＝6.86，电路增益G₁＝6倍，通频带宽BW₁＝f₁/Q₁＝26.5KHz；第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器的中心频率f₂＝218.55KHz，品质因数Q₂＝6.87，电路增益G₂＝5倍，通频带宽BW₂＝f₂/Q₂＝31.8KHz。从而得到级联后的四阶切比雪夫有源带通滤波器的中心频率f₀＝203.44KHz处，电路增益G＝30倍，通频带宽BW＝25.9KHz。

通过上述方案，由两级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器级联构成的四阶切比雪夫有源带通滤波器中心频率高、带内波动小、通带频率窄，选频效果好，可以在滤除电磁干扰信号的同时便于载波信号的传输。

可选的，在本实用新型上述实施例中，第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器可以包括：第一电阻、第一电容、第一运算放大器、第二电阻、第三电阻和第二电容，第一电阻的第一端接入载波信号，第一电容的第一端与第一电阻的第二端连接，第一运算放大器的反向输入端与第一电容的第二端连接，第一运算放大器的同相输入端接地，第二电阻的第一端、第一电容的第一端和第一电阻的第二端连接于第一节点，第二电阻的第二端接地，第三电阻的第一端与第一运算放大器的输出端连接，第三电阻的第二端与第一运算放大器的反向输入端连接，第二电容的第一端与第一运算放大器的输出端连接，第二电容的第二端与第一节点连接。

可选的，在本实用新型上述实施例中，上述的第一运算放大器的型号可以为EL2244C，增益带宽积为50MHz。

图3是根据本实用新型实施例的一种可选的四阶切比雪夫有源带通滤波器的电路示意图，如图3所示，在一种可选的方案中，第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器可以由第一电阻R₁₁、第二电阻R₁₂、第三电阻R₁₃，第二电容C₁₁、第一电容C₁₂和第一运算放大器A1组成，其中C₁₁和R₁₃构成了两个反馈支路，第一运算放大器A1的型号为EL2244C，其增益带宽积为50MHz。载波信号可以从第一级二阶无限增益多路反馈带通滤波器的输出端引出，反馈到运算放大器A1的反向输入端，运算放大器A1的同相输入端接地。在本实施例中第一级带通滤波器的指标参数为：中心频率f₁＝180KHz，品质因数Q₁＝7，电路增益G₁＝6。根据具体的指标参数设计出第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器，其中，电路参数有R₁₁＝10KΩ，R₁₂＝680Ω，R₁₃＝120KΩ，C₁₁＝C₁₂＝100pF。在这些电路参数下，第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器：

中心频率

品质因数

电路增益G₁＝R₁₃/2×R₁₁＝6；

通频带宽BW₁＝f₁/Q₁＝26.5KHz。

可选的，在本实用新型上述实施例中，第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器可以包括：第四电阻、第三电容、第二运算放大器、第五电阻、第六电阻和第四电容，第四电阻的第一端与第一运算放大器的输出端连接，第三电容的第一端与第四电阻的第二端连接，第二运算放大器的反向输入端与第三电容的第二端连接，第二运算放大器的同相输入端接地，第五电阻的第一端、第三电容的第一端和第四电阻的第二端连接于第二节点，第五电阻的第二端接地，第六电阻的第一端与第二运算放大器的输出端连接，第六电阻的第二端与第二运算放大器的反向输入端连接，第四电容的第一端与第二运算放大器的输出端连接，第四电容的第二端与第二节点连接。

可选的，在本实用新型上述实施例中，上述的第二运算放大器的型号可以为EL2244C，增益带宽积为50MHz。

在一种可选的方案中，如图3所述，对于第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器，其电路结构与第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器相同，可以由第四电阻R₂₁、第五电阻R₂₂、第六电阻R₂₃，第四电容C₂₁、第三电容C₂₂和第二运算放大器A2组成，C₂₁和R₂₃构成了第二级电路的反馈支路，运算放大器A2的型号仍为EL2244C，其增益带宽积为50MHz。载波信号可以从无限增益多路反馈带通滤波器的输出端引出，反馈到运算放大器A2的反向输入端，运算放大器A2的同相输入端接地。在本实施例中第二级带通滤波器的指标参数为：中心频率f₂＝220KHz，品质因数Q₂＝7，电路增益G₂＝6。根据具体的指标参数设计出第二级无限增益多路反馈滤波器，其中，电路参数有R₂₁＝10KΩ，R₂₂＝560Ω，R₂₃＝100KΩ，C₂₁＝C₂₂＝100pF。在这些电路参数下，第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器：

中心频率

品质因数

电路增益G₂＝R₂₃/2×R₂₁＝5；

通频带宽BW₂＝f₂/Q₂＝31.8KHz。

可选的，在本实用新型上述实施例中，RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器可以包括：

高通滤波器和变增益带通滤波器，高通滤波器与四阶切比雪夫有源带通滤波器连接，变增益带通滤波器分别与高通滤波器和施密特触发器连接，变增益带通滤波器用于利用二极管的非线性，将不同大小的选频信号进行不同倍数的放大增益，变增益带通滤波器的中心频率为199.99KHz，放大倍数为11至1.47倍。

在一种可选的方案中，如图2所示，RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器可以包括高通滤波器输入级电路(即上述的高通滤波器，如图2中的高通滤波器所示)和变增益带通滤波器，RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器的输入端可以与第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器的输出端相连，输出端与第三模块施密特触发器的输入端相连。利用高通滤波器输入级电路可以通过200KHz的载波信号，并起到一定的滤除电磁干扰信号的作用，利用变增益带通滤波器可以将不同大小的载波选频信号进行不同倍数的放大增益，实现对放大增益后的选频信号具有一定稳幅作用的目的。

可选的，在本实用新型上述实施例中，高通滤波器可以包括：第五电容和第七电阻，第五电容串联与四阶切比雪夫有源带通滤波器和变增益带通滤波器之间，第七电阻的第一端与第五电容的第二端和变增益带通滤波器连接，第七电阻的第二端接地。

图4是根据本实用新型实施例的一种可选的RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器的电路示意图，如图4所示，在一种可选的方案中，高通滤波器可以由第七电阻R₃₁和第五电容C₃₁，电阻R₃₁的正输入端与负输入端分别与第三运算放大器A3的同相输入端与地相连；耦合电容C₃₁的正输入端与负输入端分别与第二级无限增益多路反馈环形带通滤波器的输出端与第三运算放大器A3的同相输入端相连，其中，电路参数有R₃₁＝10kΩ，C₃₁＝100pF。由电阻R₃₁和电容C₃₁组成的高通滤波器输入级的下限截止频率为f_L＝1/2πR₃₁C₃₁＝159.15KHz，因此可以满足高通滤波器通过200KHz的选频信号，并起到一定的滤除电磁干扰信号的作用。

可选的，在本实用新型上述实施例中，变增益带通滤波器可以包括：第三运算放大器和反馈支路，第三运算放大器的同相输入端与第五电容的第二端连接，第三运算放大器的反向输入端经过第八电阻接地，反馈支路的第一端与第三运算放大器的输出端连接，反馈支路的第二端与第三运算放大器的反向输入端连接。

可选的，在本实用新型上述实施例中，上述的第三运算放大器的型号可以为EL2244C，增益带宽积为50MHz。

在一种可选的方案中，如图4所示，变增益带通滤波器可以包括：第三运算放大器A3，第八电阻R₃₂和反馈支路，其中，运算放大器A3的型号为EL2244C，运算放大器A3的同相输入端可以与耦合电容C₃₁的负输入端连接，电阻R32的正输入端与负输入端分别与运算放大器A3的反相输入端与地相连反馈支路连接在第三运算放大器A3的反相输入端和输出端之间。载波信号可以从运算放大器A3的输出端引出，反馈到运算放大器A3的反相输入端。

可选的，在本实用新型上述实施例中，反馈支路可以包括：第一二极管、第九电阻、电感、第六电容和第二二极管，第一二极管的正极与第三运算放大器的反向输入端连接，第一二极管的负极与第三运算放大器的输出端连接，第九电阻的第一端与第三运算放大器的反向输入端连接，第九电阻的第二端与第三运算放大器的输出端连接，电感的第一端与第三运算放大器的反向输入端连接，电感的第二端与第三运算放大器的输出端连接，第六电容的第一端与第三运算放大器的反向输入端连接，第六电容的第二端与第三运算放大器的输出端连接，第二二极管的正极与第三运算放大器的输出端连接，第二二极管的负极与第三运算放大器的反向输入端连接。

在一种可选的方案中，如图4所示，可以由第六电容C₃₂、电感L₁、第九电阻R₃₃、第一二极管D₁和第二二极管D₂组成的谐振与稳幅电路作为运放的反馈支路，并联谐振与稳幅电路置于运算放大器A3的反馈回路中。在本实施例中RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器的设计指标为中心频率f₃＝200KHz。根据具体的指标参数设计出RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器，其中，电路参数有R₃₂＝100Ω，R₃₃＝1KΩ，L₁＝220uH，C₃₂＝2.88nF，二极管D₁、D₂均选用型号为IN4148的超高速二极管，有源RLC并联谐振电路的中心频率可以满足本实施例的设计指标。由于二极管D1、D2的伏安特性成非线性，对于输入大小不同的选频信号而言，二极管的阻值也在发生变化。由二极管伏安特性曲线可知，二极管IN4148在导通状态下的阻值一般在50Ω～1.2KΩ内，未导通状态下阻值为无穷大，假定二极管的电阻为R_D，与R₃₃并联后得电阻Z＝R_D×R₃₃/(R_D+R₃₃)，则并联后得到的Z值在47Ω～1KΩ内。由并联电压负反馈电路增益公式知，第二模块RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器的增益G₃＝1+Z/R₃₂，可以实现对小信号具有11倍左右的增益，而对大信号仅具有1.47倍的增益，则第二模块RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器对选频信号实现11至1.5倍左右的放大增益，第一模块和第二模块级联后可对选频信号实现330至45倍的放大增益。

可选的，在本实用新型上述实施例中，施密特触发器可以包括：第四运算放大器、第十一电阻、第三二极管和第十二电阻，第四运算放大器的同相输入端与有源RLC窄带通滤波器连接，第四运算放大器的反向输入端经过第十电阻接地，第四运算放大器的第一电源输入端与第一直流电源连接，第四运算放大器的第二电源输入端与第二直流电源连接，第十一电阻的第一端与第四运算放大器的输出端连接，第十一电阻的第二端与第四运算放大器的反向输入端连接，第三二极管的正极与第四运算放大器的输出端连接，第三二极管的负极与监测模块连接，第十二电阻的第一端与第三二极管的负极连接，第十二电阻的第二端接地；其中，施密特触发器的触发门限为1.2V。

图5是根据本实用新型实施例的一种可选的施密特触发器的电路示意图，如图5所示，在一种可选的方案中，施密特触发器的输入端可以与第二模块的RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器的输出端相连，施密特触发器可以包括第十电阻R₄₁、第十一电阻R₄₂、第十二电阻R₄₃、第三二极管D₃、第四运算放大器A4及外加5V的电源V₀，其中，电路参数有R₄₁＝1.1kΩ，R₄₂＝8.1KΩ，R₄₃＝1KΩ，运算放大器A4的型号为EL2244C，D₃是型号为IN4148的超高速二极管，电阻R₄₂的正输入端和负输入端分别与运算放大器A4的输出端和运算放大器A4的同相输入端相连，电阻R₄₁的正输入端和负输入端分别与运算放大器A4的同相输入端与地相连，运算放大器A4的反相输入端与第三级RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器的输出端相连。施密特触发器的作用是将正弦信号转换成方波信号，其触发门限为方波信号从施密特触发器输出，经二极管D₃及电阻R₄₃整流将正负电平脉冲变换为正电平脉冲送往MCU。

图6是根据本实用新型实施例的一种可选的有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路的电路示意图，下面结合图6，对本实用新型一种优选的实施例进行详细说明，如图6所示。

对于一种有源RLC窄带通滤波器和施密特触发器相结合的选频电路，可以包括有源RLC窄带通滤波器电路和施密特触发器电路，其中，有源RLC窄带通滤波器电路是由两级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器级联构成的四阶切比雪夫有源带通滤波器和RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器组成。

所述实施例中，经实验测试，当输入频率为200KHz时，0-2mV的信号经过有源RLC窄带通滤波器电路后具有320倍左右的增益，最大输出电压为0.64V；2-6mV的信号具有250倍增益，最大输出电压为1.5V；120mV的信号具有45倍增益，最大输出电压为5.4V。由于输出电压为1.2V及以下时，施密特触发器不触发，同时输入信号超过120mV时，施密特触发器输出的上升沿有失真，故对200KHz的选频信号而言，其正常的工作范围为6-120mV。施密特触发器输出经二极管D₃及电阻R₄₃整流将正负电平脉冲变换为正电平脉冲送往MCU。

所述实施例中，对于输入的40KHz及以下的电磁干扰信号而言，噪声信号经过有源RLC窄带通滤波器电路，其输出衰减为22dB及以上，即当输入的电磁干扰信号为15V及以下时，输出的电磁干扰信号为1.2V及以下。由实验测得，本实施例中所述的光伏电站组件串列的噪声经耦合电路输出一般不超过4V，再经过有源RLC窄带通滤波器衰减后，其输出的噪声信号的大小未达到施密特触发器的触发条件。

综上所述，对200KHz的选频信号经过有源RLC窄带通滤波器电路将6mV及以上的选频信号放大到1.5V及以上，将15V及以下的频率为40KHz及以下的电磁干扰信号衰减至1.2V及以下，输入输出信噪比提高了69.9dB。通过选频电路得到的电磁干扰信号不能达到施密特触发器的触发条件，而选频信号可以触发施密特触发器，通过施密特触发器将正弦信号变成方波信号，进而在MCU得到光伏组件串列通信中所需要的载波信号。而且，本实用新型所提供的选频电路不仅可用于光伏组件间的载波通信中，同样也可用于调制解调中的载波提取与恢复过程。

通过本实用新型上述实施例提供的方案，可以达到如下有益效果：

1、本实用新型的选频电路采用有源RLC窄带通滤波器,其克服了无源滤波器不能对信号进行放大增益及一般有源滤波器频率选择性差等缺点，在将选频信号放大增益的同时实现较好的选频特性。

2、本实用新型的选频电路中的第二模块RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器电路，这一电路是在有源LC并联谐振负反馈带通滤波器的并联LC反馈支路中并联一个电阻R，克服了有源LC并联谐振负反馈带通滤波器的放大倍数高、容易产生自激的缺点，使选频电路的放大倍数合理，不易产生自激，同时还具有选频特性较好的优点。

3、本实用新型选频电路中，第二模块RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器加入两个反向并联的二极管D₁、D₂，利用二极管伏安的非线性特性，将不同大小的选频信号进行不同倍数的放大增益，实现对放大增益后的选频信号具有一定稳幅作用的目的。

4、本实用新型的选频电路中第一模块和第二模块级联将40KHz及以下的电磁干扰信号进行大幅度的衰减，改善了信噪比。其中选频电路允许的最小输入信号与最大噪声之比是6/15000，即输入信噪比是-67.96dB，对应的输出信号与衰减后的噪声之比是1.5/1.2，即输出信噪比是1.94dB，输出与输入之间信噪比提高了69.9dB。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种有源RLC窄带通滤波器与施密特触发器结合的选频电路，其特征在于，包括：

有源RLC窄带通滤波器，包括：四阶切比雪夫有源带通滤波器和RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器，其中，所述四阶切比雪夫有源带通滤波器由两级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器级联构成，所述四阶切比雪夫有源带通滤波器接入载波信号，所述RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器与所述四阶切比雪夫有源带通滤波器连接，所述有源RLC窄带通滤波器用于对所述载波信号进行放大和滤波，得到200kHz的正弦信号，以将所述载波信号中的选频信号放大330至45倍，将所述载波信号中小于等于40KHz的电磁干扰信号衰减大于等于22dB；

施密特触发器，与所述有源RLC窄带通滤波器连接，用于将所述正弦信号转换为方波信号，得到用于载波通信的选频信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述四阶切比雪夫有源带通滤波器包括：

第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器和第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器，所述第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器接入所述载波信号，所述第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器分别与所述第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器和所述RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器连接，其中，所述第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器与所述第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器的电路结构相同，所述第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器的中心频率为182.08KHz，品质因数为6.86，电路增益为6，所述第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器的中心频率为218.55KHz，品质因数为6.87，电路增益为6；

所述第一级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器包括：第一电阻、第一电容、第一运算放大器、第二电阻、第三电阻和第二电容，所述第一电阻的第一端接入所述载波信号，所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第一电容的第二端连接，所述第一运算放大器的同相输入端接地，所述第二电阻的第一端与所述第一电容的第一端和所述第一电阻的第二端连接，所述第二电阻的第二端接地，所述第三电阻的第一端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一运算放大器的反向输入端连接，所述第二电容的第一端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第二电容的第二端与所述第二电阻的第一端连接；

所述第二级二阶无限增益多路反馈环形带通滤波器包括：第四电阻、第三电容、第二运算放大器、第五电阻、第六电阻和第四电容，所述第四电阻的第一端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第三电容的第一端与所述第四电阻的第二端连接，所述第二运算放大器的反向输入端与所述第三电容的第二端连接，所述第二运算放大器的同相输入端接地，所述第五电阻的第一端与所述第三电容的第一端和所述第四电阻的第二端连接，所述第五电阻的第二端接地，所述第六电阻的第一端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第六电阻的第二端与所述第二运算放大器的反向输入端连接，所述第四电容的第一端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第四电容的第二端与所述第五电阻的第一端连接；

其中，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的型号为EL2244C，增益带宽积为50MHz。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述RLC有源并联谐振负反馈带通变增益滤波器包括：

高通滤波器和变增益带通滤波器，所述高通滤波器与所述四阶切比雪夫有源带通滤波器连接，所述变增益带通滤波器分别与所述高通滤波器和所述施密特触发器连接，所述变增益带通滤波器用于利用二极管的非线性，将不同大小的选频信号进行不同倍数的放大增益，所述变增益带通滤波器的中心频率为199.99KHz，放大倍数为11至1.47倍；

所述高通滤波器包括：第五电容和第七电阻，所述第五电容串联与所述四阶切比雪夫有源带通滤波器和所述变增益带通滤波器之间，所述第七电阻的第一端与所述第五电容的第二端和所述变增益带通滤波器连接，所述第七电阻的第二端接地；

所述变增益带通滤波器包括：第三运算放大器和反馈支路，所述第三运算放大器的同相输入端与所述第五电容的第二端连接，所述第三运算放大器的反向输入端经过第八电阻接地，所述反馈支路的第一端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述反馈支路的第二端与所述第三运算放大器的反向输入端连接；

其中，所述反馈支路包括：第一二极管、第九电阻、电感、第六电容和第二二极管，所述第一二极管的正极与所述第三运算放大器的反向输入端连接，所述第一二极管的负极与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第九电阻的第一端与所述第三运算放大器的反向输入端连接，所述第九电阻的第二端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述电感的第一端与所述第三运算放大器的反向输入端连接，所述电感的第二端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第六电容的第一端与所述第三运算放大器的反向输入端连接，所述第六电容的第二端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第二二极管的正极与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第二二极管的负极与所述第三运算放大器的反向输入端连接；

其中，所述第三运算放大器的型号为EL2244C，增益带宽积为50MHz。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述施密特触发器包括：

第四运算放大器、第十一电阻、第三二极管和第十二电阻，所述第四运算放大器的同相输入端与所述有源RLC窄带通滤波器连接，所述第四运算放大器的反向输入端经过第十电阻接地，所述第四运算放大器的第一电源输入端与第一直流电源连接，所述第四运算放大器的第二电源输入端与第二直流电源连接，所述第十一电阻的第一端与所述第四运算放大器的输出端连接，所述第十一电阻的第二端与所述第四运算放大器的反向输入端连接，所述第三二极管的正极与所述第四运算放大器的输出端连接，所述第十二电阻的第一端与所述第三二极管的负极连接，所述第十二电阻的第二端接地；

其中，所述施密特触发器的触发门限为1.2V。