快速基波检测电路制造技术

本实用新型专利技术涉及快速基波检测电路，由开关电容滤波器电路和等幅移相电路组成，开关电容滤波器电路的输出端与等幅移相电路输入端相连。由于上述原因本实用新型专利技术具有以下优点：ａ）通过调节时钟频率就可随意调节滤波器的截止频率；ｂ）芯片体积可大大缩小，便于集成；ｃ）具有很高精度和良好的温度稳定性；ｄ）没有数字滤波器的Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转化和实现简单；ｅ）只要很少的外围器件即可为了完成滤波任务。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于节能技术中电能质量领域，具体涉及一种基于开关电 容滤波电路与等幅移相电路的快速基波检测电路。
技术介绍
目前研究最为广泛的基波检测方案是基于瞬时无功功率理论的检测方 法，这种检测方案要经过几次坐标变化的计算和一个低通滤波器的滤波， 实现起来比较复杂，而且该方法是基于三相系统而提出的，它假设系统电 压是纯正弦波，该假设在很多情况往往不容易满足。另一种基波检测方法 采用模拟带通或带阻滤波器，这种检测法结构简单，成本低，品质因数易于控制。但该方法也有许多缺点如滤波器的中心频率和精度对元件参凄t 十分敏感，受外界环境影响较大，对电网频率波动也十分敏感，难以获得 理想的幅频特性和相频特性。除此之外，还有采用傅立叶分析或快速傅立 叶变换FFT((fast Fourier transform,)的方法， 一般必须采用计算机或 数字信号处理器(DSP)才能完成，计算量大，实现起来比较复杂。而且必须 与电网频率严格同步， 一般适合于作离线的谐波分析。
技术实现思路
本技术的目的为了克服现有基于瞬时无功功率理论的检测方法和 采用模拟带通或带阻滤波器的不足，提供一种简单易行、集成度高、稳定 型的快速基波;险测电路。本电路具体的技术是快速基波检测电路，由开关电容滤波器电路和 等幅移相电路组成，其特征在于开关电容滤波器电路的输出端与等幅移 相电5^输入端相连。所述的开关电容滤波器电路为以低通8阶巴特沃斯开关电容滤波器 作为滤波芯片，滤波芯片的时钟输入脚上接一电容，正电源脚、负电源脚 之间串联一电容，正电源脚与接地脚接一分压电阻，负电源脚与接地脚接 一并联电容和电阻，信号输出脚依次与一电容、电阻及运算放大器的正极 相连，运算放大器的负极与运算放大器的输出脚之间相连，滤波芯片的信 号输入脚为开关电容滤波器电路的输入端，运算放大器的输出脚为开关电 容滤波器电路的输出端。所述的等幅移相电路为将开关电容滤波器电路的输出端通过一电位 器连接到运算放大器的正脚，将开关电容滤波器电路的输出端通过一电阻连接到运算放大器的负脚，将运算放大器的输出脚经一电阻连接到运算放 大器的负脚上。根据开关电容与电阻等效的原理，设计了 一个包括开关电容滤波器电路(Switched-Capacitor Filter简写为SCF)和等幅移相电路在内的整个枱r 测电路，具体见图l和图2。在开关电容滤波电路上，本电路选择了一种 低通8阶巴特沃斯开关电容滤波器MAX291作为滤波IC,由于该芯片的制 造工艺决定了其输入信号的频率在-1到+4V之间变化，因此为了完成滤波 任务， 一般须在原来的信号的基础上加一个直流偏置。具体的连接如图1， 在MAX291的l脚也就是时钟输入脚上接一电容用来产生时钟频率。在芯片 的8脚接信号输入，正电源脚为7脚，负电源脚为2脚，6脚(GND接地脚) 及其旁路为芯片提供电源，R138、 R139为分压作用，5脚为信号输出脚， 在5脚信号输出后接C31、 R141为滤掉上述的直流偏置，经过高通滤波之 后连接到IC22C的正脚10,输出端0UT1连接负脚9起跟随作用。在等幅移相电路上如图2设计了以IC7A为主芯片的等幅移相电路。输 入IN2分别经过R1和W1连接到芯片的负脚2，正脚3上。输出端0UT2经1 + _/2; /CWl=1相角差过RF回馈到芯片的负2脚起反^f作用。a =由电子电^^知识可知传递函凄t为 为0 = -2&-'p^CWl)也就是说，该电路的相角是随着电位器Wl和电容器C的大小的变化而变化。在实际使用中， 一般电容是不容易被调整的， 所以一般比较容易实现的方式就是调整电位器的大小。从上式可知通过 调整电位器的大小，该电路的相位变化范围接近180度。鉴于普通的RC有源滤波器的截止频率是电路时间常数RC的函数，/。-f^Q，而采用一个开关电容来等效其中的电阻，则有/。=印0/0>(1/厶》。只要改变时钟频率fc,就可随意调节滤波器的截止频率,。。在IC芯片里，芯片电容的容量误差可以达到10%，而电容比的误差却 只有0. 01%，决定滤波器截止频率的时间常数RC恰可表示为若干电容的比 值，而与绝对容量无关。所以SCF的滤波截止频率可达到很高精度且具有 良好的温度稳定性。在开关电容滤波器的选择上，本电路选择8阶巴特沃斯开关电容滤波 器MAX291作为滤波芯片IC，是因为市面上多为8阶，鉴于上述理论，滤 波器的阶数n和截止频率fc可以选择。当截止频率一定时，阶数越高，检 测的精度越高，但是阶数越高，系统的动态响应越慢，且实现的电路元件 数目越多越复杂。通过仿真发现当阶数一定时，截止频率离基波或信号 所含的其他的频率太近，检测出来的基波信号幅值会受影响。综上所述，基波所需的低通滤波器的阶数大约为6阶，在有三次谐波的情况下，截止 频率选100Hz就可以同时满足精度和动态响应的要求。但是由于市场很少 有6阶供应，因此本电路选择了 MAX291这种8阶低通巴特沃斯型作滤波芯 片。当实际三相系统中的三次谐波含量4艮低时，截止频率可以选择得更高 一些，这样阶数可以下降从而可以提高动态响应。因为^r测精度是与动态 响应相矛盾的，实际设计参数时可以根据谐波源的特点和目前成熟的滤波 器设计理论来选择参数以满足需要。由于上述原因本技术具有以下优点a)通过调节时钟频率fc就可 随意调节滤波器的截止频率,。。b)芯片体积可大大缩小，便于集成。c)具 有很高精度和良好的温度稳定性。d)没有数字滤波器的A/D、 D/A转化和实 现简单。e)只要4艮少的外围器件即可为了完成滤波任务。附图说明图1为开关电容滤波电路图。图2为等幅移相电路图。具体实施方式以下结合附图对本技术进行详细的说明如图1、图2所示，本技术由开关电容滤波器电路和等幅移相电 路组成，开关电容滤波器电路的输出端与等幅移相电路输入端相连，所述 的开关电容滤波器电路为以低通8阶巴特沃斯开关电容滤波器MAX291作 为滤波芯片，滤波芯片的时钟输入脚上接一电容，正电源脚、负电源脚之 间串联一电容，正电源脚与接地脚GND接一分压电阻、负电源脚与接地脚 GND接一并联电容和电阻，信号输出脚依次与一电容、电阻及IC22C运算 放大器的正极相连，IC22C运算放大器的负极与IC22C运算放大器的输出 脚之间相连，滤波芯片MAX291的信号输入脚为开关电容滤波器电路的输入 端，IC22C运算放大器的输出脚为开关电容滤波器电路的输出端。所述的等幅移相电路为以IC7A运算放大器为芯片，将开关电容滤波 器电路的输出端通过一电位器连接到IC7A运算放大器的正脚，将开关电容 滤波器电路的输出端通过一电阻连接到IC7A运算放大器的负脚，将IC7A 运算放大器的输出脚经一电阻连接到IC7A运算放大器的负脚上 按图1，图2方式构成电路，开关电容滤波器芯片为MAX291该开关电容 滤波芯片截止频率从0. 1Hz到25kHz之间变化。时钟频率决定了截止频率， 时钟频率和截止频率之比为100: 1,只需选择决定截止频率的时钟频率即可 完成滤波电路的设计。在MAX291芯片中CLK引脚可以被一个外部时钟或者一 个内部振荡器来设置，内部振荡器的频率由一个外接的来决定。本文为了简5单起见，选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
快速基波检测电路，由开关电容滤波器电路和等幅移相电路组成，开关电容滤波器电路的输出端与等幅移相电路输入端相连，所述的开关电容滤波器电路为：以低通８阶巴特沃斯开关电容滤波器作为滤波芯片，滤波芯片的时钟输入脚上接一电容，正电源脚、负电源脚之间串联一电容，正电源脚与接地脚接一分压电阻，负电源脚与接地脚接一并联电容和电阻，信号输出脚依次与一电容、电阻及运算放大器的正极相连，运算放大器的负极与运算放大器的输出脚之间相连，滤波芯片的信号输入脚为开关电容滤波器电路的输入端，运算放大器的输出脚为开关电容滤波器电路的输出端；所述的等幅移相电路为：将开关电容滤波器电路的输出端通过一电位器连接到运算放大器的正脚，将开关电容滤波器电路的输出端通过一电阻连接到运算放大器的负脚，将运算放大器的输出脚经一电阻连接到运算放大器的负脚上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李达义，
申请(专利权)人：武汉市通益电气有限公司，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]