模擬有源濾波器的電路設(shè)計(jì)

摘要：提出了一種基于全模擬器件的有源電力濾波器的電路設(shè)計(jì)方法。該有源電力濾波器借用成熟的模擬電子技術(shù)構(gòu)成，能達(dá)到實(shí)時(shí)的諧波抑制效果。文中給出了各部分電路設(shè)計(jì)及其說(shuō)明，并對(duì)采用并聯(lián)和串聯(lián)型接入電網(wǎng)方式進(jìn)行了研究和對(duì)比。
關(guān)鍵詞：有源濾波器；模擬器件；電力濾波

0 引言
有源電力濾波器(APF)是一種用于動(dòng)態(tài)諧波抑制和功率補(bǔ)償?shù)男滦碗娏﹄娮友b置。它能對(duì)大小和頻率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償。與無(wú)源濾波器相比，有源電力濾波器具有更高的可控性和快速響應(yīng)性，本文提出了一種基于全模擬器件的有源濾波器的設(shè)計(jì)思路。其各個(gè)主要部件的輸入量及輸出量都是連續(xù)變化的電壓、電流等物理量。該方案由若干種作用及數(shù)量不同的加法器、乘法器、函數(shù)產(chǎn)生器以及各種分離元件等組成。另外，使用模擬器件來(lái)實(shí)現(xiàn)可以很容易地集成為芯片。有源電力濾波器諧波檢測(cè)及控制等電路集成為芯片后，使用起來(lái)就更加方便、靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。這樣就能達(dá)到更好地推廣有源電力濾波器的目的。

1 模擬有源濾波器的結(jié)構(gòu)原理
本有源電力濾波器系統(tǒng)由指令電流運(yùn)算電路、控制電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路三大部分組成。其中指令電流運(yùn)算電路的功能是從負(fù)載電流
i1中分離出諧波電流分量及基波無(wú)功電流分量，然后將其反極性作用后產(chǎn)生補(bǔ)償電流的指令信號(hào)。電流跟蹤控制電路的功能是根據(jù)主電流產(chǎn)生的補(bǔ)償ic應(yīng)跟蹤的原則，來(lái)計(jì)算主電路各開(kāi)關(guān)器件的觸發(fā)脈沖。此脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后將作用于主電路，并產(chǎn)生補(bǔ)償電流ic。圖1所示是并聯(lián)型有源電力濾波器的原理框圖。

基于全模擬器件的有源電力濾波器同樣也是由圖1所示的這幾個(gè)部分組成，只是其各個(gè)部分都是由模擬器件構(gòu)成。現(xiàn)分別對(duì)電路各個(gè)部分進(jìn)行介紹。

2 諧波信號(hào)檢測(cè)電路
采用ip、iq諧波檢測(cè)法，諧波信號(hào)檢測(cè)電路可由乘法、加減法以及低通有源濾波電路組成。通過(guò)模擬器件獲取單相諧波參考電流的ip、iq法所實(shí)現(xiàn)的單相諧波檢測(cè)的原理框圖如圖2所示。

由于本濾波器是基于全模擬器件的，其電路全部由常規(guī)電路元件構(gòu)成。故此濾波器的性能也受到元件的溫度漂移、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、相移等因素的影響。因此，元件的選型對(duì)于本有源電力濾波器尤為關(guān)鍵。
現(xiàn)代模擬電子器件的寬頻帶而言，有源電力濾波器對(duì)帶寬要求不高。如要求能濾除50次諧波則其帶寬要求為50x50 Hz=2．5kHz。AD632、AD633、AD534等加法器的帶寬、輸入及滿功率輸出范圍相當(dāng)。本文在乘法器電路中選用AD633乘法器。
AD633乘法器的誤差包括輸入輸出偏移、放大倍數(shù)誤差和乘法核的非線形誤差。輸入偏移隨溫度變化曲線顯示，-40℃～+40℃的偏置電流范圍為420 nA～580 nA。放大倍數(shù)誤差在滿額時(shí)的典型值為0．25％。AD633資料給出的總的誤差典型值為1％，最大值為2％。