一种基于脉冲波注入算法的数字有源滤波器制造技术

本发明专利技术属于电力电子技术领域，公开了一种基于脉冲波注入算法的数字有源滤波器，在电流回路的干路上加入一个数字有源滤波器；滤波器由FPGA数字处部分、DA电路和反馈电压注入电路构成。本发明专利技术目的提出了一种基于数字有源滤波器的抑制EMI噪声的实现方法，解决了直流变换器中的EMI噪声的抑制，降低对其周围设备的影响，同时维持稳定地直流输出。本发明专利技术专利中滤波器方案实现算法简单，不存在负反馈环节，所以不会有系统稳定性问题，而且数字系统延迟可以根据算法补偿，不会影响到滤波器性能。最后本发明专利技术专利中滤波器方案，不需要使用到RC噪声检测电路和ADC采样电路，比起传统的数字有源滤波器抑制方案，大大降低了实现成本。大大降低了实现成本。大大降低了实现成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脉冲波注入算法的数字有源滤波器


[0001]本专利技术属于电力电子
，尤其涉及一种基于脉冲波注入算法的数字有源滤波器。

技术介绍

[0002]现代电力电子系统的功率密度一般为1
‑
3kw/dm3，这取决于所采用的技术和开关频率。对于更高的功率密度，可以使用更高的开关频率。随着现代社会的发展，直流变换器的应用越来越多，并且每年都在不断朝着体积更小、功率更大的方向发展，直流变换器中开关器件的开关频率越来越高。由于高频的du/dt以及寄生电容的存在会为高频信号提供阻抗较小的回路，这些高频的电流信号会对直流变换器系统产生严重的电磁干扰(EMI)。
[0003]开关电源作时，其内部的电压和电流波形都是在非常短的时间内上升和下降的，因此，开关电源本身是一个噪声发生源。这导致电磁兼容性(EMC)滤波组件在系统中占据很大的体积，在某些情况下超过30％。在系统和应用空间变得越来越昂贵的世界中，电源组件的体积减小非常重要。EMC滤波器尺寸减小的一个建议解决方案是使用有源系统，通常称为有源滤波器，而不是传统的无源滤波器。有源滤波器广泛应用于小电流和电压水平的信号处理领域，然而随着技术水平的提高，使用宽带放大器能够处理高电流和电压水平。
[0004]目前，常用的数字有源滤波器方法如图1所示，在直流电源和直流转直流电源中，加入了LISN和数字有源滤波器。LISN(Line Impedance Stabilization Network)，即线路阻抗稳定网络，是电力系统中电磁兼容测试中的一项重要辅助设备，可以隔离电网干扰，提供稳定的测试阻抗，并起到滤波的作用。数字有源滤波器电路拓扑包括四部分：检测电路、控制板、反馈电压注入电路和解耦电路构成。在电路回路的L线线上选取一个点作为EMI噪声检测点，检测电路实际上是一个高通滤波器，用于采集EMI噪声电压信号。然后控制板上的AD转换器将模拟噪声信号处理为数字信号，并对信号进行反相并放大，目的是为了能够抵消电路中的噪声信号。控制板的DA转换器还将处理过后的数字信号变为模拟信号。反馈电压注入电路实际上是一个低通滤波器，将控制板输出的信号注入了电路回路，实现电路回路中的EMI噪声的抑制。最后在检测点和注入点之间还包括了解耦电路，降低高频感应点与注入点之间的耦合以改善过滤性能。目前数字有源滤波器的共模电流抑制能力与数字控制算法有很大关系。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0006]由于高频的du/dt以及寄生电容的存在会为高频信号提供阻抗较小的回路，这些高频的电流信号会对直流变换器系统产生严重的电磁干扰(EMI)。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于脉冲波注入算法的数字有源滤波器。
[0008]本专利技术是这样实现的，一种基于脉冲波注入算法的数字有源滤波器，包括：直流电
源、LISN、数字有源滤波器和直流转直流电源；
[0009]直流电源是给直流转直流电源电路供电的，在直流电源和直流转直流电源中加入的LISN；
[0010]数字有源滤波器，电路拓扑包括三部分：FPGA数字电路、DAC数模转换电路和反馈电压注入电路构成。
[0011]进一步，所述FPGA数字电路，用于部署脉冲信号注入算法，根据需要调节注入脉冲信号的宽度、幅值和起始时刻；脉冲信号注入算法设置一个计数器，计时器的周期与开关电路的开关频率对应的周期一致。
[0012]进一步，根据计数器的值，在EMI噪声波形尖峰的时刻，对DAC数模转换电路的数字输入端口输入需要的数字信号，将使得DAC数模转换电路输出产生一个脉冲信号，该脉冲信号起始时刻与在EMI噪声波形尖峰的时刻一致，并且与EMI噪声波形反相。
[0013]进一步，所述DAC数模转换电路，接收FPGA数字电路输出的数字信号，并且输出对应的模拟信号。
[0014]进一步，所述反馈电压注入电路，是一个一阶RC低通滤波器，由一个电阻和电容组成，通过设置特定的参数，它滤除30MHz以上的高频信号。
[0015]进一步，所述反馈电压注入电路对DAC数模转换电路输出产生的脉冲信号提供了注入到电路回路的传导路径，同时滤除了30MHz以上的高频信号，实现了电路回路中的150kHz到30MHz的EMI噪声的抑制。
[0016]进一步，所述基于FPGA的数字处理部分采用了脉冲信号注入算法，能够根据需要调节注入脉冲信号的宽度、幅值和起始时刻。
[0017]进一步，加入该数字有源滤波器以后，开关电源电路的EMI噪声时域波形减小，EMI噪声频谱也整体明显减小。
[0018]进一步，所述基于FPGA的数字处理部分采用了脉冲信号注入算法，能够根据需要调节注入脉冲信号的宽度、幅值和起始时刻。
[0019]进一步，加入该数字有源滤波器以后，开关电源电路的EMI噪声时域波形减小，EMI噪声频谱也整体明显减小。
[0020]结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0021]第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本专利技术的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本专利技术技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
[0022]本专利技术目的提出了一种基于数字有源滤波器的抑制EMI噪声的实现方法，解决了直流变换器中的EMI噪声的抑制，降低对其周围设备的影响，同时维持稳定地直流输出。本专利技术EMI抑制方案与传统的数字有源滤波器抑制方案相比，具有更简低的实现难度和更低的成本。传统的数字有源滤波器需要精心设计滤波器参数，预防系统不稳定，产生自激振荡，并且滤波器的性能会受到数字系统延迟的影响。而本专利技术专利中滤波器方案实现算法简单，不存在负反馈环节，所以不会有系统稳定性问题，而且数字系统延迟可以根据算法补偿，不会影响到滤波器性能。最后本专利技术专利中滤波器方案，不需要使用到RC噪声检测电路和ADC采样电路，比起传统的数字有源滤波器抑制方案，大大降低了实现成本。
Network)，即线路阻抗稳定网络，是电力系统中电磁兼容测试中的一项重要辅助设备，它有三个重要作用：
[0042](1)为待测设备的电源线提供稳定的阻抗。由于大部分设备的电源输入端都装有干扰滤波器，这些滤波器的滤波性能与外接阻抗有关，为了保证测量结果的一致性，必须保证外接阻抗的一致。因此用LISN在150KHz～30MHz频率范围内为相线与地线之间提供50欧姆的稳定阻抗。
[0043](2)隔离待测设备与电网，阻止了高频噪声在待测设备和电网之间的传输。LISN的电路实际上是一个低通滤波器，这个滤波器将网上的高频干扰滤除掉，保证测量的干扰确实是由被测试的设备产生的。
[0044](3)将电源线上的传导干扰发射电流转换成电压信号，输入到测量仪器。
[0045]数字有源滤波器电路拓扑包括四部分：检测电路、控制板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲波注入算法的数字有源滤波器，其特征在于，包括：直流电源、LISN、数字有源滤波器和直流转直流电源；直流电源是给直流转直流电源电路供电的，在直流电源和直流转直流电源中加入的LISN；数字有源滤波器，电路拓扑包括三部分：FPGA数字电路、DAC数模转换电路和反馈电压注入电路构成。2.如权利要求1所述基于脉冲波注入算法的数字有源滤波器，其特征在于，所述FPGA数字电路，用于部署脉冲信号注入算法，根据需要调节注入脉冲信号的宽度、幅值和起始时刻；脉冲信号注入算法设置一个计数器，计时器的周期与开关电路的开关频率对应的周期一致。3.如权利要求2所述基于脉冲波注入算法的数字有源滤波器，其特征在于，根据计数器的值，在EMI噪声波形尖峰的时刻，对DAC数模转换电路的数字输入端口输入需要的数字信号，将使得DAC数模转换电路输出产生一个脉冲信号，该脉冲信号起始时刻与在EMI噪声波形尖峰的时刻一致，并且与EMI噪声波形反相。4.如权利要求1所述基于脉冲波注入算法的数字有源滤波器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕闯，廖悦宏，周畅，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：