技术领域本发明涉及开关电源领域，具体的来说是涉及一种开关电源变换器参数记录仪滤波方法及其装置。
背景技术：
随着现代电力电子技术的发展，开关电源技术也在不断地进步。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于各类电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源装置。但是，开关电源中开关管工作在开关状态时，会产生尖峰干扰和谐波信号，虽然经过整流滤波，输出电压和输出电流中的纹波和噪声仍然较大。这些噪声会对后期数据处理造成很大的影响，从而影响开关电源控制系统的性能，导致电源装置的电能质量变差。如何在能够保证数据准确性的同时滤除这些噪声显得十分重要。开关电源变换器参数记录仪主要是用于对开关电源变换器各参数的实时监测，数据的准确性对其来说，就显得更加重要了。运用传统滤波算法数学模型复杂，CPU运算量大，对快速采样不利，而且无法对历史数据进行修正，从而影响整个开关电源变换器参数记录仪所记录数据的准确性。综上所述，为了使开关电源变换器参数记录仪所记录的数据更具有研究价值，迫切需要一种准确、快速、高效和针对性强的滤波算法。
技术实现要素：
本发明需要解决的是现有滤波算法无法对历史数据进行修正的问题，提供一种开关电源变换器参数记录仪滤波方法及其装置。本发明通过以下技术方案解决上述问题：一种开关电源变换器参数记录仪滤波方法，包括如下步骤：步骤1，以周期T对待测信号和噪声信号进行A/D采样；步骤2，把采样数据经过自适应对消算式输出信号e1、e2……en；步骤3，每隔时间T′把输出信号进行快速傅里叶变换(FFT)确定自适应对消算式中自适应系数K的值。步骤4，由步骤2输出的信号en-1和en根据步骤3中确定的K的值预测出下一点的信号e′n＋1；步骤5，将采集运算输出的en＋1和预测e′n＋1进行差值运算；步骤6，当步骤5的差值绝对值小于或等于预设的最大允许误差值Δemax时，取en＋1作为信号的有效值，返回步骤2；步骤7，当步骤5的差值绝对值大于预设的最大允许误差值Δemax时，先令en＋1＝e′n＋1；步骤8，由步骤2输出的信号en和en＋2预测出中间一点的信号e″n+1；步骤9，将步骤7中的en+1和预测e″n+1进行差值运算；步骤10，当步骤9的差值绝对值小于或等于预设的最大允许误差值Δemax时，取en+1＝e′n+1作为信号的有效值，返回步骤2；步骤11，当步骤9的差值绝对值大于预设的最大允许误差值Δemax时，先令en+1＝(e′n+1+e″n+1)/2,返回步骤2。步骤2中的自适应对消算式为e(n)＝d(n)-k*N1(n)式中，d(n)表示待测信号的采样值，N1(n)表示噪声信号的采样值，k为自适应系数，初始值设为1，e(n)为运算输出信号。步骤3中确定自适应对消算式中自适应系数K的值的过程为：步骤3.1，以周期T'把输出信号进行快速傅里叶变换(FFT)，将原来的时域信号转换成为频域信号；步骤3.2，算出频域信号中频率大于20HZ的信号与总信号的比值，当第一次比值大于1/20时，自适应系数K增加0.1，反之，自适应系数K的值不变；步骤3.3，当下一次频域信号中频率大于20HZ的信号与总信号的比值与比上一次时小，继续增大自适应系数K的值，直至大于20HZ的信号含量出现最小值；反之，减小自适应系数K的值，直至大于20HZ的信号含量出现最小值。步骤5中的差值运算式为Δe＝|e′n-1-en-1|Δe＜＝Δemax式中，Δe表示采集运算输出en+1信号和预测信号e′n+1差值的绝对值的大小，Δemax为最大允许误差值，取值范围为0.01≤Δemax≤1。一种开关电源变换器参数记录仪装置，包括输入端采样模块、开关电源变换器、温度传感器模块、输出端采样模块、处理器模块、非易失存储器模块、独立电源模块和USB接口模块；输入端采样模块和输出端采样模块的输出端均与处理器模块连接；开关电源变换器经温度传感器模块与处理器模块连接；处理器模块的输出端与非易失存储器模块连接；独立电源模块输出端与非易失存储器模块连接供电；非易失存储器模块输出端与USB接口模块连接。上述方案中，优选的是输入端采样模块包括第1A/D转换器、第1差分放大电路、第1噪声采样电路、第1电压传感器、电容C1和电阻R1，所述电容C1的一端连接电压输入端，该端同时连接电阻R1、第1噪声采样电路、第1电压传感器和第1电压传感器的一端，所述电容C1的另一端连接第1噪声采样电路、第1电压传感器的另一端并接地；电阻R1的另一端连接开关电源变换器的输入端，该端同时连接第1差分放大电路的另一端；所述第1差分放大电路、第1噪声采样电路和第1电压传感器的输出端同时与第1A/D转换器的输入端连接；第1A/D转换器的输出端与处理器模块的输入端连接。上述方案中，优选的是所述输出端采样模块包括第2A/D转换器、第2差分放大电路、第2噪声采样电路、第2电压传感器、电容C2和电阻R2，所述电容C2的一端连接电压输出端，该端同时电阻R2、第2噪声采样电路、第2电压传感器和第2电压传感器的一端,；所述电容C2的另一端连接第2噪声采样电路和第2电压传感器的另一端并接地；电阻R2的另一端连接开关电源变换器的输出端，该端同时连接第2差分放大电路另一输入端；所述第2差分放大电路、第2噪声采样电路和第2电压传感器的输出端同时与第2A/D转换器的输入端连接；第2A/D转换器的输出端与处理器模块连接。为了防止高电压对非易失存储器模块的影响，上述方案中，优选的是处理器模块与非易失存储器模块为光耦隔离通信连接的方式。为了能更好采集开关电源变换器中各器件的温度，上述方案中，优选的是温度传感器模块至少包括2个温度传感器，温度传感器主要安装在开关电源变换器的电感、MOS管、变压器和整流二极管附近。本发明的优点与效果是：1、本发明采用双向线性预测方法，能有效滤除开关噪声带来的影响，获得更精准的采样数据；2、使用线性前向和后向预测方法，其数学模型简洁，能减少CPU的运算量，更有利于快速采样和更兼容于微型处理器。3、由于采用向后预测手段，将历史数据进行修正，使得采样后的数据精度得到进一步提高，使本发明用在开关电源参数记录仪中更具优势。附图说明图1为本发明的滤波流程图。图2为本发明的总体装置结构图。具体实施方式以下结合实施例对本发明作进一步说明。一种开关电源变换器参数记录仪滤波方法，如图1所示，包括如下步骤：步骤1，处理器模块以周期T对待测信号和噪声信号进行A/D采样，得到n个待测信号采样值和n个噪声信号采样值，分别设为d1,d2,d3,…,dn和N1,N2,N3,…,Nn；步骤2，根据现有的自适应对消系统进行分析，待测信号：d(t)＝s(t)+N0(t)其中，s(t)为有用信号，N0(t)为噪声信号，是要抵消的噪声，s(t)与N0(t)不相关。从开关电源变换器参数记录仪的噪声采样电路可采集待测信号中的噪声信号N1(t)。由于噪声信号在采集的过程中主要是发生了衰减，其他参数基本保持不变，所以实际上所采集噪声信号N1(t)与原噪声信号N0(t)基本成线性关系。即y(t)＝k*N1(t)其中，k是自适应系数，初始值令k＝1，一般取值范围为1≤k≤100，其取值的大小将直接影响系统的对消效果，取值过小，对消效果不明显，取值过大，反而会引入更多噪声。y(t)是由N1(t)经自适应系数k所确定的实际响应。系统输出信号：e(t)＝d(t)-y(t)＝s(t)+N0(t)-y(t)为提高噪声对消效果，y(t)应是对d(t)中N0(t)的最佳估计：y(t)=N^0(t)]]>因此，自适应对消系统的输出信号：e(t)=s(t)+[N0(t)-y(t)]=s(t)+[N0(t)-N^0(t)]]]>即，当N1(t)与N0(t)线性相关且k取一定值时，y(t)=N^0(t)=k*N1(t)]]>e(t)＝s(t)此时，系统输出信号为最好对消情况。根据初始值令k＝1，可以时间T′内输出有用信号e1、e2……en，T′根据自己采集的频率进行设定，本发明设定T′等于AD采样1024个点的时间。步骤3，在步骤2中输出有用信号e1、e2……en后，处理器模块对自适应对消系统输出信号进行快速傅里叶变换(FFT)，将有用信号e1、e2……en的时域信号转换成为易于分析的频域信号(信号的频谱)，从而判断出自适应对消系统输出信号中频率大于20HZ的信号的含量，即待测信号中工频谐波、开关电源脉宽调制纹波、放大器件产生的热噪声等干扰信号的含量，在处理开关电源变换器参数记录仪的相关数据时，不大于20HZ的信号可认为是有用信号。当增大自适应系数k的值时，大于20HZ的信号含量减小，则继续增大自适应系数k的值，直至大于20HZ的信号含量出现最小值；反之，减小自适应系数k的值，直至大于20HZ的信号含量出现最小值，最终确定自适应系数k的值，当k第一次变化后返回步骤2输出e2，进入下一步。自适应系数k的取值范围为1≤k≤100，初始化令其的值为1，即默认所采集噪声信号N1(t)与原噪声信号N0(t)相等。步骤4，由步骤2输出的信号en-1和en预测出下一点的信号e′n+1；由于采样时间极端，可以看成线性变化的en-en-1T=en+1′-en-12T]]>可向前预测出en-1的下一个采集数据为e′n+1＝2en-en-1步骤5，当采集得到en的下一个数据en+1时，计算出预测误差值Δe，即Δe＝|e′n+1-en+1|设Δemax为最大允许误差值，此值大小可根据实际需要而定，取值范围为0.01≤Δemax≤1，在处理开关电源变换器参数记录仪的相关数据时，通常可以令Δemax＝0.1，即可满足数据准确性的要求。步骤6，当步骤5中Δe＜＝Δemax则en+1无需更改，en+1为原采集值作为有效输出值。步骤7，当步骤5中Δe＞Δemax先令en+1＝e′n+1。步骤8，由步骤2输出的信号en和en+2预测出中间一点的信号e″n+1；en+2-en2T=e′′n+1-enT]]>可向后预测出en+2的前一个采集数据为e″n+1＝(en+2+en)/2步骤9，将步骤7中的en+1和预测e″n+1进行差值运算；步骤10，当步骤9的差值绝对值小于或等于预设的最大允许误差值Δemax时，取en+1＝e′n+1作为信号的有效值，返回步骤2；步骤11，当步骤9的差值绝对值大于预设的最大允许误差值Δemax时，先令en+1＝(e′n+1+e″n+1)/2,返回步骤2。实现上述方法的一种开关电源变换器参数记录仪装置，如图2所示，包括输入端采样模块、开关电源变换器、温度传感器模块、输出端采样模块、处理器模块、非易失存储器模块、独立电源模块和USB接口模块；输入端采样模块和输出端采样模块的输出端均与处理器模块连接；开关电源变换器经温度传感器模块与处理器模块连接；处理器模块的输出端与非易失存储器模块连接；独立电源模块输出端与非易失存储器模块连接供电；非易失存储器模块输出端与USB接口模块连接。输入端采样模块包括第1A/D转换器、第1差分放大电路、第1噪声采样电路、第1电压传感器、电容C1和电阻R1，所述电容C1的一端连接电压输入端，该端同时连接电阻R1、第1噪声采样电路、第1电压传感器和第1电压传感器的一端，所述电容C1的另一端连接第1噪声采样电路、第1电压传感器的另一端并接地；电阻R1的另一端连接开关电源变换器的输入端，该端同时连接第1差分放大电路的另一端；所述第1差分放大电路、第1噪声采样电路和第1电压传感器的输出端同时与第1A/D转换器的输入端连接；第1A/D转换器的输出端与处理器模块的输入端连接，如图2所示。输出端采样模块包括第2A/D转换器、第2差分放大电路、第2噪声采样电路、第2电压传感器、电容C2和电阻R2，所述电容C2的一端连接电压输出端，该端同时电阻R2、第2噪声采样电路、第2电压传感器和第2电压传感器的一端,；所述电容C2的另一端连接第2噪声采样电路和第2电压传感器的另一端并接地；电阻R2的另一端连接开关电源变换器的输出端，该端同时连接第2差分放大电路另一输入端；所述第2差分放大电路、第2噪声采样电路和第2电压传感器的输出端同时与第2A/D转换器的输入端连接；第2A/D转换器的输出端与处理器模块连接，如图2所示。处理器模块与非易失存储器模块为光耦隔离通信连接的方式，光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离。光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏三极管封装在一起。光耦隔离电路使被隔离的两部分电路之间没有电的直接连接，主要是防止因有电的连接而引起的干扰。温度传感器模块至少包括2个温度传感器，温度传感器主要安装在开关电源变换器的电感、MOS管、变压器和整流二极管附近，可以更好采集各个器件的温度。以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。