有源濾波器中電流傳感器噪聲抑制電路
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時(shí)間：2011-04-22
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采樣調(diào)理回路的選擇是另一個(gè)重點(diǎn)。電流信號(hào)中存在著大量PWM調(diào)制產(chǎn)生的高次諧波，這些諧波會(huì)影響運(yùn)算，因此這些波形需要被濾除。通用的方法是添加低通濾波器去除諧波?？梢赃x擇相應(yīng)的濾波器的結(jié)構(gòu)，使得幅頻特性符合濾波需求。但是對(duì)于有源電力濾波器，需要生成的電流不是單一次數(shù)的諧波，而是含有不同次數(shù)諧波的復(fù)合波形。為了真實(shí)地復(fù)現(xiàn)所需要的波形，必須真實(shí)的獲得采樣信號(hào)，但是由于低通濾波器的存在，信號(hào)的群延時(shí)往往不同，這就使得信號(hào)在通過(guò)低通濾波器前后不同頻率的諧波的延時(shí)不同．信號(hào)發(fā)生了畸變．最終的輸出必然會(huì)有誤差，這個(gè)延時(shí)可由相頻特性反映。但是對(duì)于通常的低通濾波電路，考慮的都是濾波器的相頻特性，很少提及幅頻特性，更不用說(shuō)群延時(shí)。但是在實(shí)際的有源電力濾波器中，相頻特性同樣很重要。相頻特性反映到時(shí)域中直接體現(xiàn)出濾波器對(duì)不同頻率信號(hào)的延時(shí)影響；另外從群延時(shí)角度分析相頻特性，還需要延時(shí)盡可能的低。但是對(duì)于低通濾波器而言，幅頻特性好意味著截止頻率低或者濾波階數(shù)高，但同時(shí)延時(shí)必然會(huì)加大，因此，如何權(quán)衡這二者關(guān)系是設(shè)計(jì)的一個(gè)問(wèn)題。延時(shí)不單是由電容的增加產(chǎn)生的，還與電路中的分布電容有關(guān)。濾波電容的固定之后，需要進(jìn)一步減小或消除分布電容對(duì)電路的影響；分布電容是由元器件的排列引起的。因此合理排列元器件可以盡可能消除分布電容，但是，這是件很難做到的事，故選擇一個(gè)集成的濾波器對(duì)此是最好的選擇。本樣機(jī)選擇MAXIM公司集成濾波器MAX275構(gòu)造濾波電路。
MAX275是美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的通用型有源濾波器。它內(nèi)含兩個(gè)獨(dú)立的二階有源濾波電路，可分別同時(shí)進(jìn)行低通和帶通濾波，也可通過(guò)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)四階有源濾波，中心頻率／截止頻率可達(dá)300 kHz。MAX275無(wú)需時(shí)鐘電路，因此與開關(guān)電容濾波器相比，其噪聲更低，動(dòng)態(tài)特性更好，能廣泛應(yīng)用于各種精密測(cè)試設(shè)備、通信設(shè)備、醫(yī)療儀器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
該集成濾波器內(nèi)部含有電容和電阻，中心頻率、品質(zhì)因素和放大倍數(shù)的改變只需改變外圍的R1～R4四個(gè)電阻就能完成，并且有著很好的相頻特性。MAX275集成濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部連接如圖3所示，其中虛線框內(nèi)為MAX內(nèi)部部件，外部為需選擇部件。同時(shí)MAXIM公司針對(duì)MAX275提供了專用設(shè)計(jì)軟件。用戶只需輸入要求，即可獲得相應(yīng)的電阻阻值選擇。
實(shí)驗(yàn)分別對(duì)開環(huán)電壓輸出型霍爾電流型傳感器和閉環(huán)電流輸出型霍爾電流傳感器做比較分析，運(yùn)行樣機(jī)，得出以下不同的補(bǔ)償效果。圖4為可控硅整流柜開啟時(shí)的負(fù)載電流Iload。，其中橫坐標(biāo)為時(shí)間，單位為秒，縱坐標(biāo)為電流，單位為安培，可以看出該電流含有大量非基波成分，經(jīng)過(guò)專業(yè)儀器分析，該電流含有大量的5次和7次諧波，這也印證了可控硅電路的諧波含有特點(diǎn)。為樣機(jī)安裝電壓輸出型霍爾電流傳感器，測(cè)量Isys對(duì)可控硅整流柜的補(bǔ)償效果如圖5所示，可見(jiàn)結(jié)果中電流趨于正弦，但仍含有很多毛刺，經(jīng)過(guò)專業(yè)工具分析，發(fā)現(xiàn)電路中雖然5次和7次諧波明顯降低，但是出現(xiàn)了部分偶次諧波，而這些待補(bǔ)償電流中原來(lái)沒(méi)有，說(shuō)明這些電流是由有源濾波器發(fā)出的，而發(fā)出這些電流的原因歸咎于信號(hào)傳遞過(guò)程中的干擾，這些噪聲信號(hào)通過(guò)低通濾波器后仍然留有部分頻率較低信號(hào)，參與運(yùn)算后得到了這樣的結(jié)果。
在此盡力排好信號(hào)線，做好屏蔽，縮短信號(hào)線，信號(hào)線緊密纏繞，并且換了電流輸出型霍爾傳感器，更改了調(diào)理回路，運(yùn)行有源電力濾波器，補(bǔ)償效果如圖6所示。圖6中可明顯看到電流波形變的光滑，對(duì)稱性提高很多，使用儀器分析，發(fā)現(xiàn)5次和7次諧波明顯下降，同時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)其他次數(shù)的諧波。因此證明所做改動(dòng)成功。為使用閉環(huán)電流輸出型霍爾電流傳感器補(bǔ)償效果。
表1為兩種補(bǔ)償效果做的對(duì)比結(jié)果。
說(shuō)明：以上實(shí)驗(yàn)樣機(jī)額定電流為相電流200 A補(bǔ)償能力，諧波挑選了大于1 A的電流列表，當(dāng)樣機(jī)補(bǔ)償對(duì)象基波為150 A電流時(shí)，總畸變率可降低至5％以下。
5 結(jié) 語(yǔ)
這里通過(guò)對(duì)有源濾波器工作原理的分析，找出可能影響濾波器工作效果的因素，信號(hào)傳遞的失真是影響效果的最主要因素，而對(duì)于傳感器，傳遞線路，低通濾波器的合理選擇和處理可以最大程度的減小信號(hào)的失真度，從而使得有源濾波器工作效果得到明顯的改善，使得樣機(jī)具有工程實(shí)際應(yīng)用意義。
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