专利名称：电源有源滤波装置及其滤波方法
技术领域：
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种电源有源滤波装置及其滤波方法。
背景技术：
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制控制IC和开关单元件(M0SFET、BJT 等)构成。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。但是，开关电源也有缺点，例如电磁干扰很大，电磁兼容不容易过，需要增加额外的成本解决电磁兼容的问题，响应速度慢。这是由其原理决定的，因此开关电源的输出纹波电压大，其纹波电压包含有高频纹波和低频纹波，其中高频纹波通过LC滤波电路即可滤除，但是由于负载变化引起的几十到几百赫兹的低频纹波很难滤除，它意味着无源的功率滤波单元要有足够低的截止频率，还要求有足够的纹波衰减能力，同时还要能够承受大的电流，目前这种无源滤波单元还不能实现。这样带来的结果是使负载工作不稳定，甚至会使负载工作不正常或保护电路误动作。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种电源有源滤波装置及其滤波方法，旨在滤除电源输入电压中的纹波电压，稳定电源输出电压，使得负载工作稳定可靠。为了达到上述目的，本发明提出一种电源有源滤波装置，该电源有源滤波装置包括输入电压检测模块、输出电压检测模块和电压调节模块；所述输入电压检测模块的输入端和所述电压调节模块的输入端均与电源输入端连接，所述输入电压检测模块的输出端与所述电压调节模块的第一检测输入端连接，所述电压调节模块的输出端分别与电源输出端和所述输出电压检测模块的输入端连接，所述输出电压检测模块的输出端与所述电压调节模块的第二检测输入端连接；其中所述输入电压检测模块用于检测电源输入电压，对其进行纹波滤除，获得纹波滤除后的所述电源输入电压中最小的直流电压，并将该直流电压作为基准电压；所述输出电压检测模块用于检测电源输出电压；所述电压调节模块用于将检测到的所述电源输出电压与所述基准电压比较，并根据比较结果，调节所述电源输出电压，以使其跟随所述基准电压变化。优选地，所述电压调节模块包括电压比较单元、电压放大单元和电压调节控制单元；所述电压比较单元的第一输入端作为所述电压调节模块的第一检测输入端，与所述输入电压检测模块的输出端连接，所述电压比较单元的第二输入端作为所述电压调节模块的第二检测输入端，与所述输出电压检测模块的输出端连接，所述电压比较单元的输出端与所述电压放大单元的输入端连接，所述电压放大单元的输出端与所述电压调节控制单元的控制端连接，所述电压调节控制单元的输入端作为所述电压调节模块的输入端，与所述电源输入端连接，所述电压调节控制单元的输出端作为所述电压调节模块的输出端，与所述电源输出端连接；其中所述电压比较单元用于比较所述电源输出电压和所述基准电压，输出误差信号；所述电压放大单元用于将所述误差信号进行放大处理，获得放大后的误差信号；所述电压调节控制单元用于根据该放大后的误差信号，调节所述电源输出电压，以使其跟随所述基准电压变化。优选地，所述输入电压检测模块包括一二极管、第一电阻和一电容；所述二极管的阴极作为所述输入电压检测模块的输入端与所述电源输入端连接；所述二极管的阳极经所述电容接地，且作为所述输入电压检测模块的输出端，与所述电压比较单元的第一输入端连接；所述第一电阻和所述二极管并联。优选地，所述输出电压检测模块包括第二电阻；所述第二电阻的一端作为所述输出电压检测模块的输入端，与所述电压比较单元的第二输入端连接，所述第二电阻的另一端作为所述输出电压检测模块的输出端，与所述电压调节控制单元的输出端连接。优选地，所述电压比较单元包括第一三极管和第二三极管；所述第一三极管的基极作为所述电压比较单元的第一输入端，与所述二极管的阳极连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极连接；所述第二三极管的集电极作为所述电压比较单元的输出端，与所述电压放大单元的输入端连接；所述第二三极管的基极作为所述电压比较单元的第二输入端，与所述第二电阻的一端连接。优选地，所述电压放大单元包括第三三极管；所述第三三极管的基极作为所述电压放大单元的输入端连接，与所述第二三极管的集电极连接，所述第三三极管的集电极作为所述电压放大单元的输出端，与所述电压调节控制单元的控制端连接，所述第三三极管的发射极接地；优选地，所述电压调节控制单元包括第一辅助供电端、第二辅助供电端、第四三极管和一场效应管；其中所述第四三极管的基极作为所述电压调节控制单元的控制端，与所述第三三极管的集电极连接，且与所述第一辅助供电端连接，所述第四三极管的发射极接地，所述第四三极管的集电极与所述场效应管的栅极连接；所述场效应管的漏极作为所述电压调节控制单元的输入端，与所述电源输入端连接；所述第二辅助供电端与所述场效应管的栅极，且与所述第一三极管的集电极连接；所述场效应管的源极作为所述电压调节控制单元的输出端，与所述第二电阻的另一端连接，且与所述电源输出端连接。本发明还提出一种电源有源滤波装置的滤波方法，该滤波方法包括以下步骤步骤SlO :输入电压检测模块检测电源输入电压，对其进行纹波滤除，获得纹波滤除后的所述电源输入电压中最小的直流电压，并将该直流电压作为基准电压；步骤S20 :输出电压检测模块检测电源输出电压；步骤S30 :电压调节模块将检测到的所述电源输出电压与所述基准电压比较，根据比较结果，调节所述电源输出电压，以使其跟随所述基准电压变化。优选地,所述步骤30包括
步骤S31 :电压比较单元比较所述电源输出电压和所述基准电压，输出误差信号；步骤S32 电压放大单元将所述误差信号进行放大处理，获得放大后的误差信号；步骤S33 :电压调节控制单元根据该放大后的误差信号，调节所述电源输出电压，以使其跟随所述基准电压变化。本发明提出的电源有源滤波装置及其滤波方法，首先通过输入电压检测模块检测电源输入电压，对电源输入电压进行滤除纹波处理，获得纹波滤除后的电源输入电压中最小的直流电压，并将该直流电压作为基准电压，再通过输出电压检测模块检测电源输出电压，然后通过电压调节模块将检测到的电源输出电压与基准电压进行比较，经比较后输出误差信号，将该误差信号进行放大处理，获得放大后的误差信号，根据该放大后的误差信号，调节电源输出电压，以使电源输出电压跟随基准电压变化。本发明将滤除电源输入电压中的纹波电压信号的直流电压作为基准电压，通过反向调节，使得电源输出电压跟随该基准电压变化，达到电源有源滤波的目的，而且电源具有很高的滤除性能，使得电源输出电压稳定输出，进而使得负载工作稳定可靠。同时，本发明还具有电路结构简单合理，使用的元件数量少，成本低廉，工作稳定可靠的优点。
图1为本发明电源有源滤波装置较佳实施例的原理框图；图2为本发明电源有源滤波装置一实施例的电路图；图3为本发明电源有源滤波装置的滤波方法较佳实施例的流程示意图；图4为本发明电源有源滤波装置的滤波方法中步骤S30 —实施例的流程示意图。本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施例方式以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明提出一种电源有源滤波装置。参照图1，图1为本发明电源有源滤波装置较佳实施例的原理框图。本发明实施例中，电源有源滤波装置包括输入电压检测模块100、输出电压检测模块200和电压调节模块300。输入电压检测模块100的输入端和电压调节模块300的输入端均与电源输入端VI连接，输入电压检测模块100的输出端与电压调节模块300的第一检测输入端连接，电压调节模块300的输出端分别与电源输出端VO和输出电压检测模块200的输入端连接，输出电压检测模块200的输出端与电压调节模块300的第二检测输入端连接。在本实施例中，输入电压检测模块100用于检测电源输入电压,对电源输入电压进行纹波滤除，获得纹波滤除后的电源输入电压中最小的直流电压，并将该直流电压作为基准电压；输出电压检测模块200用于检测电源输出电压；电压调节模块300用于将检测到的电源输出电压与基准电压比较，并根据比较结果，调节电源输出电压，以使其跟随基准电压变化，即使得电源输出电压与基准电压保持一致。具体地，电压调节模块300包括电压比较单元310、电压放大单元320和电压调节控制单元330。电压比较单兀310的第一输入端作为电压调节模块300的第一检测输入端,与输入电压检测模块100的输出端连接，电压比较单元310的第二输入端作为电压调节模块300的第二检测输入端，与输出电压检测模块200的输出端连接，电压比较单元310的输出端与电压放大单元320的输入端连接，电压放大单元320的输出端与电压调节控制单元330的控制端连接，电压调节控制单元330的输入端作为电压调节模块300的输入端，与电源输入端VI连接，电压调节控制单元330的输出端作为电压调节模块300的输出端，与电源输出端VO连接。在本实施例中，电压比较单元310用于比较电源输出电压和基准电压，输出误差信号；电压放大单元320用于将误差信号进行放大处理，获得放大后的误差信号；电压调节控制单元330用于根据该放大后的误差信号，调节电源输出电压，以使其跟随基准电压变化。结合图1和图2，图1为本发明电源有源滤波装置较佳实施例的原理框图；图2为本发明电源有源滤波装置一实施例的电路图。本实施例中，输入电压检测模块100包括二极管Dl、第一电阻Rl和电容Cl ;二极管Dl的阴极作为输入电压检测模块100的输入端，与电源输入端VI连接，二极管Dl的阳极经电容Cl接地，且二极管Dl的阳极作为输入电压检测模块100的输出端，与电压比较单兀310的第一输入端连接；第一电阻Rl和二极管Dl并联。二极管Dl、第一电阻Rl和电容Cl组成一个不对称的积分电路，在本实施例中，电容Cl的充电时间常数和放电时间常数不同，当电源输入电压为电容Cl充电时，电源输入电压通过第一电阻R1，由于第一电阻Rl的阻值大，使得电容Cl的充电速度慢，电容Cl两端的电压上升的速度慢；而当电容Cl两端的电压大于电源输入电压时，电容Cl放电，此时电容Cl释放的电压通过二极管D1，由于二极管Dl的内阻小，使得电容Cl的放电速度快，进而使得电容Cl两端的电压下降的速度快。若设定电容Cl的充电时间常数是要求滤除纹波电压时间常数的三倍以上，则电容Cl两端的电压视为被电源输入电压的最小值所钳位，从而检波出最小的直流电压。同时通过第二电阻R2实时采样检测电源输出电压。具体地，输出电压检测模块200包括第二电阻R2 ;第二电阻R2的一端作为输出电压检测模块200的输入端，与电压比较单元310的第二输入端连接，第二电阻R2的另一端作为输出电压检测模块200的输出端，与电压调节控制单元330的输出端连接。本实施例通过第二电阻R2采用检测电压调节单元输出的电压输出电压，将该电压输出电压反馈到电压比较单元310，与基准电压进行比较。具体地，电压比较单元310包括第一三极管Ql和第二三极管Q2，其中第一三极管Ql为NPN型三极管，第二三极管Q2为PNP型三极管；第一三极管Ql的基极作为电压比较单元310的第一输入端，与二极管Dl的阳极连接，第一三极管Ql的发射极与第二三极管Q2的发射极连接；第二三极管Q2的集电极依次经第三电阻R3和第四电阻R4接地，且第三电阻R3和第四电阻R4的公共端作为电压比较单元310的输出端，与电压放大单元320的输入端连接，第二三极管Q2基极作为电压比较单元310的第二输入端，与第二电阻R2的一端连接。电压比较单元310中，将检波出最小的直流电压加到第一三极管Ql的基极，作为基准电压，同时将检测到的电源输出电压加到第二三极管Q2的基极，通过第一三极管Ql和第二三极管Q2的作用，将电源输出电压和基准电压进行比较，将比较后第二三极管Q2输出电源输出电压和基准电压的误差电压。具体地，电压放大单元320包括第三三极管Q3，其中，第三三极管Q3为NPN型三极管；第三三极管Q3的基极作为电压放大单元320的输入端连接，与第二三极管Q2的集电极连接，第三三极管Q3的集电极作为电压放大单元320的输出端，与电压调节控制单元330的控制端连接，第三三极管Q3的发射极接地；电压放大单元320中，第三三极管Q3将第二三极管Q2输出的误差电压进行放大处理，使得输出的误差电压更稳定。具体地，电压调节控制单元330包括第一辅助供电端V1、第二辅助供电端V2、第四三极管Q4和场效应管Q5，其中，第四三极管Q4为NPN型三极管，场效应管Q5为N沟道场
效应管。其中，第四三极管Q4的基极作为电压调节控制单元330的控制端，与第三三极管Q3的集电极连接，且第四三极管Q4的基极经第五电阻R5与第一辅助供电端Vl连接，第四三极管Q4的发射极接地，第四三极管Q4的集电极经第六电阻R6与场效应管Q5的栅极连接；场效应管Q5的漏极作为电压调节控制单元330的输入端，与电源输入端VI连接，且电源输入端VI和地之间连接有第一滤波电容C2 ;第二辅助供电端V2与第一三极管Ql的集电极连接，且第二辅助供电端V2经第七电阻R7与场效应管Q5的栅极连接；场效应管Q5的源极作为电压调节控制单元330的输出端，与第二电阻R2的另一端连接，且与电源输出端VO连接，且电源输出端VO和地之间连接有第二滤波电容C3。电压调节控制单元330中，经第三三极管Q3进行放大处理后的误差电压通过第四三极管Q4耦合到场效应管Q5的栅极，控制场效应管Q5对电源输出电压进行反向调节，使得电源输出电压跟随基准电压变化，即使得电源输出电压与基准电压保持一致，实现电源的有源滤波。本实施例如图2所示的电路的工作原理具体为电源输入电压从电源输入端VI输入，通过第一电阻R1，为电容Cl充电，电容Cl两端的电压上升；当电容Cl两端的电压大于电源输入电压时，电容Cl放电，此时电容Cl通过二极管Dl放电，电容Cl两端的电压被电源输入电压的最小值所钳位，从而检波出最小的直流电压，经该直流电压加到第一三极管Ql的基极，作为基准电压；同时通过第二电阻R2实时采样检测电源输出电压，将检测到的电源输出电压加到第二三极管Q2的基极，通过第一三极管Ql和第二三极管Q2的作用，将电源输出电压和基准电压进行比较，将比较后第二三极管Q2输出电源输出电压和基准电压的误差电压，将该误差电压加到第三三极管Q3的基极，第三三极管Q3将该误差电压进行放大处理，得到稳定的放大后的误差电压。然后将经第三三极管Q3进行放大处理后的误差电压通过第四三极管Q4耦合到场效应管Q5的栅极，控制场效应管Q5对电源输出电压进行反向调节，使得电源输出电压跟随基准电压变化，即使得电源输出电压与基准电压保持一致，达到电源有源滤波的目的。本发明提出的电源有源滤波装置，通过输入电压检测模块100检测电源输入电压，对电源输入电压进行滤除纹波处理，获得纹波滤除后的电源输入电压中最小的直流电压，并将该直流电压作为基准电压，同时通过输出电压检测模块200检测电源输出电压，然后通过电压调节模块300将检测到的电源输出电压与基准电压进行比较，经比较后输出误差信号，将该误差信号进行放大处理，获得放大后的误差信号，根据该放大后的误差信号，调节电源输出电压，以使得电源输出电压与基准电压保持一致，达到电源有源滤波的目的，而且电源具有很高的滤除性能，使得电源输出电压稳定输出，进而使得负载工作稳定可靠。同时本发明提出的电源有源滤波装置具有电路结构简单合理，使用的元件数量少，成本低廉，工作稳定可靠的优点。本发明还提出一种电源有源滤波装置的滤波方法。参照图3，图3为本发明电源有源滤波装置的滤波方法较佳实施例的流程示意图。本发明实施例提出的电源有源滤波装置的滤波方法包括以下步骤步骤SlO :输入电压检测模块检测电源输入电压，对其进行纹波滤除，获得纹波滤除后的电源输入电压中最小的直流电压，并将该直流电压作为基准电压；步骤S20 :输出电压检测模块检测电源输出电压；步骤S30 :电压调节模块将检测到的电源输出电压与基准电压比较，根据比较结果，调节电源输出电压，以使其跟随基准电压变化。结合图3和图4，图3为本发明电源有源滤波装置的滤波方法较佳实施例的流程示意图；图4为本发明电源有源滤波装置的滤波方法中步骤S30 —实施例的流程示意图。本实施例中，步骤30中电压调节模块将检测到的电源输出电压与基准电压比较，根据比较结果，调节电源输出电压，以使其跟随基准电压变化，包括以下步骤步骤S31 :电压比较单元比较电源输出电压和基准电压，输出误差信号；步骤S32 电压放大单元将误差信号进行放大处理，获得放大后的误差信号；步骤S33 :电压调节控制单元根据该放大后的误差信号，调节电源输出电压，以使其跟随基准电压变化。本发明提出的电源有源滤波装置的滤波方法，首先输入电压检测模块检测电源输入电压，对电源输入电压进行滤除纹波处理，获得纹波滤除后的电源输入电压中最小的直流电压，并将该直流电压作为基准电压，输出电压检测模块检测电源输出电压，然后电压调节模块将检测到的电源输出电压与基准电压进行比较，经比较后输出误差信号，将该误差信号进行放大处理，获得放大后的误差信号，根据该放大后的误差信号，调节电源输出电压，以使电源输出电压跟随基准电压变化。本发明将滤除电源输入电压中的纹波电压信号的直流电压作为基准电压，通过反向调节，使得电源输出电压跟随该基准电压变化，达到电源有源滤波的目的，而且该滤波方法具有很高的滤除性能，使得电源输出电压稳定输出，进而使得负载工作稳定可靠。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种电源有源滤波装置，其特征在于，包括输入电压检测模块、输出电压检测模块和电压调节模块；所述输入电压检测模块的输入端和所述电压调节模块的输入端均与电源输入端连接，所述输入电压检测模块的输出端与所述电压调节模块的第一检测输入端连接， 所述电压调节模块的输出端分别与电源输出端和所述输出电压检测模块的输入端连接，所述输出电压检测模块的输出端与所述电压调节模块的第二检测输入端连接；其中所述输入电压检测模块用于检测电源输入电压，对其进行纹波滤除，获得纹波滤除后的所述电源输入电压中最小的直流电压，并将该直流电压作为基准电压；所述输出电压检测模块用于检测电源输出电压；所述电压调节模块用于将检测到的所述电源输出电压与所述基准电压比较，并根据比较结果，调节所述电源输出电压，以使其跟随所述基准电压变化。
2.如权利要求1所述的电源有源滤波装置，其特征在于，所述电压调节模块包括电压比较单元、电压放大单元和电压调节控制单元；所述电压比较单元的第一输入端作为所述电压调节模块的第一检测输入端，与所述输入电压检测模块的输出端连接，所述电压比较单元的第二输入端作为所述电压调节模块的第二检测输入端，与所述输出电压检测模块的输出端连接，所述电压比较单元的输出端与所述电压放大单元的输入端连接，所述电压放大单元的输出端与所述电压调节控制单元的控制端连接，所述电压调节控制单元的输入端作为所述电压调节模块的输入端，与所述电源输入端连接，所述电压调节控制单元的输出端作为所述电压调节模块的输出端，与所述电源输出端连接；其中所述电压比较单元用于比较所述电源输出电压和所述基准电压，输出误差信号；所述电压放大单元用于将所述误差信号进行放大处理，获得放大后的误差信号；所述电压调节控制单元用于根据该放大后的误差信号，调节所述电源输出电压，以使其跟随所述基准电压变化。
3.如权利要求1或2所述的电源有源滤波装置，其特征在于，所述输入电压检测模块包括一二极管、第一电阻和一电容；所述二极管的阴极作为所述输入电压检测模块的输入端与所述电源输入端连接；所述二极管的阳极经所述电容接地，且作为所述输入电压检测模块的输出端，与所述电压比较单元的第一输入端连接；所述第一电阻和所述二极管并联。
4.如权利要求3所述的电源有源滤波装置，其特征在于，所述输出电压检测模块包括第二电阻；所述第二电阻的一端作为所述输出电压检测模块的输入端，与所述电压比较单元的第二输入端连接，所述第二电阻的另一端作为所述输出电压检测模块的输出端，与所述电压调节控制单元的输出端连接。
5.如权利要求2或4所述的电源有源滤波装置，其特征在于，所述电压比较单元包括第一三极管和第二三极管；所述第一三极管的基极作为所述电压比较单元的第一输入端， 与所述二极管的阳极连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极连接；所述第二三极管的集电极作为所述电压比较单元的输出端，与所述电压放大单元的输入端连接；所述第二三极管的基极作为所述电压比较单元的第二输入端，与所述第二电阻的一端连接。
6.如权利要求5所述的电源有源滤波装置，其特征在于，所述电压放大单元包括第三三极管；所述第三三极管的基极作为所述电压放大单元的输入端连接，与所述第二三极管的集电极连接，所述第三三极管的集电极作为所述电压放大单元的输出端，与所述电压调节控制单元的控制端连接，所述第三三极管的发射极接地。
7.如权利要求2或6所述的电源有源滤波装置，其特征在于，所述电压调节控制单元包括第一辅助供电端、第二辅助供电端、第四三极管和一场效应管；其中所述第四三极管的基极作为所述电压调节控制单元的控制端，与所述第三三极管的集电极连接，且与所述第一辅助供电端连接，所述第四三极管的发射极接地，所述第四三极管的集电极与所述场效应管的栅极连接；所述场效应管的漏极作为所述电压调节控制单元的输入端，与所述电源输入端连接；所述第二辅助供电端与所述场效应管的栅极，且与所述第一三极管的集电极连接；所述场效应管的源极作为所述电压调节控制单元的输出端，与所述第二电阻的另一端连接，且与所述电源输出端连接。
8.—种如权利要求1所述的电源有源滤波装置的滤波方法，其特征在于，包括以下步骤步骤SlO :输入电压检测模块检测电源输入电压，对其进行纹波滤除，获得纹波滤除后的所述电源输入电压中最小的直流电压，并将该直流电压作为基准电压；步骤S20 :输出电压检测模块检测电源输出电压；步骤S30 :电压调节模块将检测到的所述电源输出电压与所述基准电压比较，根据比较结果，调节所述电源输出电压，以使其跟随所述基准电压变化。
9.如权利要求8所述的滤波方法，其特征在于，所述步骤30包括步骤S31 :电压比较单元比较所述电源输出电压和所述基准电压，输出误差信号；步骤S32 :电压放大单元将所述误差信号进行放大处理，获得放大后的误差信号；步骤S33 :电压调节控制单元根据该放大后的误差信号，调节所述电源输出电压，以使其跟随所述基准电压变化。
全文摘要
本发明公开一种电源有源滤波装置及滤波方法，该滤波方法包括以下步骤输入电压检测模块检测电源输入电压，并对其进行滤波处理，获得基准电压；输出电压检测模块检测电源输出电压；电压调节模块将检测到的电源输出电压与基准电压比较，并根据比较结果，调节电源输出电压，以使其跟随基准电压变化。本发明将滤除电源输入电压中的纹波电压信号的直流电压作为基准电压，通过反向调节，使得电源输出电压跟随基准电压变化，达到电源有源滤波的目的，而且电源具有很高的滤除性能，使得电源输出电压稳定输出，进而使得负载工作稳定可靠。本发明公开的电源有源滤波装置具有电路结构简单合理，使用的元件数量少，成本低廉，工作稳定可靠的优点。
文档编号H02M3/156GK103001474SQ20121049936
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者王坚 申请人:深圳Tcl新技术有限公司