一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路制造技术

本实用新型专利技术涉及工业互联网应用技术领域，具体公开了一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路，包括抗混叠滤波器、采样保持器、A/D转换器、CPU、过零比较器、相位比较器、低通滤波器、压控振荡器、调理电路以及N分频器，相位比较器、低通滤波器以及压控振荡器组成锁相环，所述抗混叠滤波器和过零比较器分别连接被测电网输入信号，抗混叠滤波器、采样保持器、A/D转换器以及CPU依次连接，过零比较器、相位比较器、低通滤波器、压控振荡器以及调理电路依次连接，调理电路分别连接采样保持器、A/D转换器以及N分频器，N分频器连接相位比较器。本实用新型专利技术提供的基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路，可以从根本上消除泄漏误差产生的根源。根源。根源。

【技术实现步骤摘要】
一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路


[0001]本技术涉及工业互联网应用
，更具体地，涉及一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路。

技术介绍

[0002]在工业互联网应用系统中，企业的电网谐波往往会对信息采集产生严重影响。因此，需要对电网谐波进行检测。在采用FFT算法进行谐波检测时，从对周期信号的复原与频谱分析角度考虑，如果采样频率和信号基频不同步，即如果不能将一个测量周期非常均匀地进行N等分，模拟信号用离散信号代替会出现频谱泄漏误差，从而影响测量精度。在实际中，电网工频信号频率经常会发生变动，当信号频率偏离原频率时，若仍以原频率的采样间隔对信号采样,就会引起采样失真，致使谐波分析发生误差。
[0003]根据目前国内外关于消除或减少FFT算法频谱泄漏的理论、方法和对本装置的实际调试结果，本装置选用锁相环设计硬件数据采样的同步控制，即利用锁相环的输出信号动态跟踪输入信号频率的这一特点可以达成。
[0004]如图1所示，基本的锁相环是由相位比较器(PD，Phase Detector)、低通滤波器(LF，Loop Filter)和压控振荡器(VCO，Voltage Control Oscilator)三个部分组成，构成基本的锁相环路(PLL)。其本质上是一个相位误差控制系统，工作原理是将参考输入信号U
i
(f1)与输出信号U0(f2)之间的相位进行比较，产生相位误差电压即调整电压U
d
来调整输出信号U0的相位，以达到与参考信号同频(f1＝f2)的目的。<br/>
技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的不足，本技术提供了一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路，可以解决
技术介绍
中存在的电网工频信号频率经常会发生变动，当信号频率偏离原频率时，若仍以原频率的采样间隔对信号采样,就会引起采样失真，致使谐波分析发生误差的问题。
[0006]作为本技术的第一个方面，提供一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路，包括抗混叠滤波器、采样保持器、A/D转换器、CPU、过零比较器、相位比较器、低通滤波器、压控振荡器、调理电路以及N分频器，所述相位比较器、低通滤波器以及压控振荡器组成锁相环，所述抗混叠滤波器和过零比较器分别连接被测电网输入信号，所述抗混叠滤波器、所述采样保持器、所述A/D转换器以及所述CPU依次电连接，所述过零比较器、所述相位比较器、所述低通滤波器、所述压控振荡器以及所述调理电路依次电连接，所述调理电路分别连接所述采样保持器、所述A/D转换器以及所述N分频器，所述N分频器又连接所述相位比较器。
[0007]进一步地，所述过零比较器包括调零电阻RUA1、电压比较器U1A以及光耦U2A，所述锁相环包括CD4046芯片U6，所述调理电路包括第一与非门U4A和第二与非门U4B，所述N分频器包括CD4060芯片U5，所述电压比较器U1A的同相输入端连接所述被测电网输入信号，反相
输入端连接所述调零电阻RUA1，所述电压比较器U1A的输出端通过所述光耦U2A连接所述CD4046芯片U6的引脚十四，所述CD4046芯片U6的引脚四连接所述第一与非门U4A的输入端，所述第一与非门U4A的输出端连接所述第二与非门U4B的输入端，所述第二与非门U4B的输出端连接所述CD4060芯片U5的引脚十一，所述CD4060芯片U5的引脚六连接所述CD4046芯片U6。
[0008]进一步地，所述电压比较器U1A的型号为LM119J。
[0009]本技术提供的一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路具有以下优点：能够快速跟踪信号频率变化，而且能产生完全同步于被测信号基频的采样脉冲，当信号基频发生漂移时，还能自动跟踪信号基频并产生新的同步于信号基频的脉冲，来保证每个周期采样都是等时间间隔的采样，即保证采样周期与信号周期同步，从而从根本上消除泄漏误差产生的根源。
附图说明
[0010]附图是用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本技术，但并不构成对本技术的限制。
[0011]图1为本技术提供的锁相环的原理图。
[0012]图2为本技术提供的基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路的原理框图。
[0013]图3为本技术提供的过零比较器、锁相环、调理电路以及N分频器的电路图。
具体实施方式
[0014]为更进一步阐述本技术为达成预定技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本技术提出的基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。显然，所描述的实施例为本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术的保护范围。
[0015]在本实施例中提供了一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路，如图2所示，所述基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路包括抗混叠滤波器、采样保持器、A/D转换器、CPU、过零比较器、相位比较器、低通滤波器、压控振荡器、调理电路以及N分频器，所述相位比较器、低通滤波器以及压控振荡器组成锁相环，所述抗混叠滤波器和过零比较器分别连接被测电网输入信号，所述抗混叠滤波器、所述采样保持器、所述A/D转换器以及所述CPU依次电连接，所述过零比较器、所述相位比较器、所述低通滤波器、所述压控振荡器以及所述调理电路依次电连接，所述调理电路分别连接所述采样保持器、所述A/D转换器以及所述N分频器，所述N分频器又连接所述相位比较器。
[0016]如图1
‑
2所示，本技术提供的基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路，其工作原理如下：被测电网输入信号经过所述过零比较器整形后输出至锁相环的相位比较器(PD)，然后锁相环的压控振荡器(VCO)的输出信号经过调理电路调理成符合所述N分频器要求的信号，再经过所述N分频器分频输出反馈信号，相位比较器将整形后的被测电网输入信
号与所述N分频器分频输出的反馈信号进行相位比较，当失步时，相位比较器(PD)输出幅度与相位差成比例的直流信号，该直流信号经低通滤波器(LF)滤波后控制并改变压控振荡器(VCO)的频率，使压控振荡器(VCO)输出的经调理电路和N分频器分频后的信号频率向被测电网输入信号频率靠拢，直至频差消失。由于环路中加入了N分频器，环路锁定时压控振荡器(VCO)输出频率正好是被测电网输入信号的N倍。这时便可将此压控振荡器(VCO)输出信号频率经调理电路调理后去跟踪输入信号频率变化，控制采样保持器并启动A/D转换器。而采样保持器的输入信号来自于被测电网输入信号，并经抗混叠滤波器滤波，以消除被测电网输入信号中的干扰信号，供采样保持器进行采样，A/D转换(数模转换)结束后向CPU发出中断请求信号，CPU响应中断后把A/D转换结果为数字信号读入。这样就可以使N个采样点均匀分布在信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路，其特征在于，包括抗混叠滤波器、采样保持器、A/D转换器、CPU、过零比较器、相位比较器、低通滤波器、压控振荡器、调理电路以及N分频器，所述相位比较器、低通滤波器以及压控振荡器组成锁相环，所述抗混叠滤波器和过零比较器分别连接被测电网输入信号，所述抗混叠滤波器、所述采样保持器、所述A/D转换器以及所述CPU依次电连接，所述过零比较器、所述相位比较器、所述低通滤波器、所述压控振荡器以及所述调理电路依次电连接，所述调理电路分别连接所述采样保持器、所述A/D转换器以及所述N分频器，所述N分频器又连接所述相位比较器。2.根据权利要求1所述的一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路，其特征在于，所述过零比较器包括调零电阻RUA1、电压比较器U1A以及光耦U2...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡子江，
申请(专利权)人：海基常州工业智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：