有源滤波器的制作方法

1.本实用新型涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种有源滤波器。


背景技术：

2.近几年随着个体经营经济尤其是炼钢和化学工业的飞速发展，用电负荷日趋多样化，一些具有非线性、冲击性、不平衡特征负荷、谐波丰富的应用设备如整流器、变频调速装置等用电设备都会不同程度地对电力系统造成谐波污染，轻则影响系统设备的运行效率，增加电网损耗，重则损坏设备甚至危害电力系统的安全运行。
3.上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种有源滤波器，旨在解决现有技术中电力系统中存在谐波污染，导致运行不稳定的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提出一种有源滤波器，所述有源滤波器包括：信号接收电路、高次谐波抑制电路和信号放大电路；所述高次谐波抑制电路分别与所述信号接收电路及所述信号放大电路连接；
6.所述信号接收电路，用于接收待处理信号，并将所述待处理信号传输至所述高次谐波抑制电路；
7.所述高次谐波抑制电路，用于消除所述待处理信号中的高次谐波成分，获得滤波信号，并将所述滤波信号传输至所述信号放大电路；
8.所述信号放大电路，用于对所述滤波信号进行放大，获得目标信号。
9.可选的，所述高次谐波抑制电路包括：信号采样电路、信号转换电路和信号叠加电路；所述信号采样电路分别与所述信号转换电路及所述信号接收电路连接；所述信号叠加电路分别与所述信号转换电路及所述信号放大电路连接；
10.所述信号采样电路，用于对所述待处理信号进行谐波采样，获得采样信号，并将所述采样信号传输至所述信号转换电路；
11.所述信号转换电路，用于将所述采样信号进行转换，获得抑制信号，并将所述抑制信号传输至所述信号叠加电路，所述抑制信号与所述采样信号具有相反谐波成分；
12.所述信号叠加电路，用于将所述抑制信号与所述待处理信号进行叠加，以消除所述待处理信号中的高次谐波成分，获得滤波信号，并将所述滤波信号传输至所述信号放大电路。
13.可选的，所述信号采样电路包括：霍尔传感器、ad转换器和处理器；所述ad转换器分别与所述霍尔传感器及所述处理器连接；
14.所述霍尔传感器，用于对所述待处理信号进行电流采样，获得采样信号，并将所述采样信号传输至所述ad转换器；
15.所述ad转换器，用于对所述采样信号进行模数转换，获得数字信号，并将所述数字信号传输至所述处理器；
16.所述处理器，用于根据所述数字信号获得谐波信息，并将所述谐波信息传输至所述信号转换电路。
17.可选的，所述信号转换电路包括：信号源电路和变换器；
18.所述信号源电路，用于生成源信号，并将所述源信号传输至所述变换器；
19.所述变换器，用于根据所述采样信号将所述源信号进行转换，获得所述抑制信号，并将所述抑制信号传输至所述信号叠加电路。
20.可选的，所述信号叠加电路包括：滤波电路和开关电路；所述滤波电路分别与所述信号转换电路及所述开关电路连接；所述开关电路与所述信号放大电路连接；
21.所述滤波电路，用于对所述抑制信号进行滤波处理，获得过滤信号，并将所述过滤信号传输至所述开关电路；
22.所述开关电路，在接收到控制信号时，连通所述滤波电路与所述信号放大电路之间的回路。
23.可选的，所述滤波电路包括：第一电阻、第一电容、第一电感和第二电感；
24.所述第一电感的第一端与所述信号转换电路的输出端连接，所述第一电感的第二端与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电感的第一端及所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端接地。
25.可选的，所述开关电路包括：mos管和第二电阻；所述mos管的漏极与所述滤波电路的输出端连接，所述mos管的栅极与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述信号采样电路进行连接，所述mos管的源极与所述信号放大电路的输入端连接。
26.可选的，所述信号放大电路包括：第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和运算放大器；
27.所述第二电容的第一端与所述高次谐波抑制电路的输出端连接，所述运算放大器的同向输入端分别与所述第二电容的第二端、第三电阻的第一端及第四电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接高电平，所述第四电阻的第二端分别与所述第三电容的第一端及所述第五电阻的第一端连接，所述第三电容的第二端接地，所述第五电阻的第二端接地，所述第六电阻的第一端与所述运算放大器的反向输入端连接，所述第六电阻的第二端分别与所述第四电容的第一端及所述第七电阻的第一端连接，所述第四电容的第二端接地，所述运算放大器的输出端分别与所述第七电阻的第二端及所述第五电容的第一端连接。
28.在本实用新型中，通过设置信号接收电路、高次谐波抑制电路和信号放大电路；信号接收电路，用于接收待处理信号，并将所述待处理信号传输至所述高次谐波抑制电路；高次谐波抑制电路，用于消除所述待处理信号中的高次谐波成分，获得滤波信号，并将所述滤波信号传输至所述信号放大电路；信号放大电路，用于对所述滤波信号进行放大，获得目标信号。本实用新型通过传输一个与非线性负载产生的谐波相反的谐波，能够有效地抑制非线性负载产生的谐波，从而实现谐波抑制，进一步地，对抑制后的信号进行放大。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
30.图1为本实用新型提出的有源滤波器第一实施例的结构示意图；
31.图2为本实用新型提出的有源滤波器第二实施例的结构示意图；
32.图3为本实用新型提出的高次谐波抑制电路一实施例的功能模块图；
33.图4为本实用新型提出的信号叠加电路一实施例的电路示意图；
34.图5为本实用新型提出的信号放大电路一实施例的电路示意图。
35.附图标号说明：
36.标号名称标号名称10信号接收电路2021信号源电路20高次谐波抑制电路2022变换器30信号放大电路2031滤波电路201信号采样电路2032开关电路202信号转换电路r1～r7第一至第七电阻203信号叠加电路c1～c5第一至第五电容2011霍尔传感器ic运算放大器2022ad转换器qmos管2013处理器l1～l2第一至第二电感
37.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
38.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
39.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
40.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
41.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
42.参照图1，图1为本实用新型提出的有源滤波器第一实施例的结构示意图。
43.如图1所示，本实用新型提出的有源滤波器包括：信号接收电路10、高次谐波抑制电路20和信号放大电路30；所述高次谐波抑制电路20分别与所述信号接收电路10及所述信号放大电路30连接。
44.所述信号接收电路10，用于接收待处理信号，并将所述待处理信号传输至所述高次谐波抑制电路20。
45.在具体实现中，所述信号接收电路10可包括天线，通过天线接收用户设备发出的信号，并将所述信号传输至所述高次谐波抑制电路20。
46.所述高次谐波抑制电路20，用于消除所述待处理信号中的高次谐波成分，获得滤波信号，并将所述滤波信号传输至所述信号放大电路30。
47.需要说明的是，所述高次谐波抑制电路20可以产生一个与所述待处理信号中高次谐波信号相反的谐波信号，并和所述待处理信号进行叠加，从而获得所述滤波信号。
48.可理解的是，所述高次谐波是指对于任意一复合周期振动函数y(t)按傅氏级数分解表示为：第一项称均值或直流分量，第二项为基波或基本振动，第三项称二次谐波，依此类推或把二次谐波以后的统称为高次谐波。
49.所述信号放大电路30，用于对所述滤波信号进行放大，获得目标信号。
50.可理解的是，所述高次谐波抑制电路20会使所述滤波信号衰减，为了使所述滤波信号中的除了高次谐波成分以外的其他成分不被衰减，增加了所述信号放大电路30，对所述滤波信号进行放大。
51.在本实用新型中，通过设置信号接收电路、高次谐波抑制电路和信号放大电路；信号接收电路，用于接收待处理信号，并将所述待处理信号传输至所述高次谐波抑制电路；高次谐波抑制电路，用于消除所述待处理信号中的高次谐波成分，获得滤波信号，并将所述滤波信号传输至所述信号放大电路；信号放大电路，用于对所述滤波信号进行放大，获得目标信号。本实用新型通过传输一个与非线性负载产生的谐波相反的谐波，能够有效地抑制非线性负载产生的谐波，从而实现谐波抑制，再对抑制后的信号进行放大，从而消除电力系统中的谐波污染，保证电力系统的稳定运行。
52.进一步的，参考图2，图2为本实用新型提出的有源滤波器第二实施例的结构示意图。
53.如图2所示，本实用新型提出的高次谐波抑制电路20包括：信号采样电路201、信号转换电路202和信号叠加电路203；所述信号采样电路201分别与所述信号转换电路202及所述信号接收电路10连接；所述信号叠加电路203 分别与所述信号转换电路202及所述信号放大电路30连接。
54.所述信号采样电路201，用于对所述待处理信号进行谐波采样，获得采样信号，并将所述采样信号传输至所述信号转换电路。
55.所述信号转换电路202，用于将所述采样信号进行转换，获得抑制信号，并将所述抑制信号传输至所述信号叠加电路，所述抑制信号与所述采样信号具有相反谐波成分。
56.所述信号叠加电路203，用于将所述抑制信号与所述待处理信号进行叠加，以消除所述待处理信号中的高次谐波成分，获得滤波信号，并将所述滤波信号传输至所述信号放大电路。
57.在具体实现中，所述高次谐波抑制电路还包含有标准的rs232接口，可以让所述待处理信号中的谐波信息与实时计算机进行实时联系，方便管理人员对所述待处理信号进行监测并处理。
58.进一步的，参照图3，图3为本实用新型提出的高次谐波抑制电路一实施例的功能模块图。
59.如图3所示，本实用新型提出的信号采样电路201包括：霍尔传感器2011、 ad转换器2012和处理器2013；所述ad转换器2012分别与所述霍尔传感器 2011及所述处理器2013连接。
60.所述霍尔传感器2011，用于对所述待处理信号进行电流采样，获得采样信号，并将所述采样信号传输至所述ad转换器2012。
61.所述ad转换器2012，用于对所述采样信号进行模数转换，获得数字信号，并将所述数字信号传输至所述处理器2013。
62.所述处理器2013，用于根据所述数字信号获得谐波信息，并将所述谐波信息传输至所述信号转换电路202。
63.可理解的是，所述霍尔传感器2011基于磁平衡式霍尔原理，根据霍尔效应原理，从霍尔元件的控制电流端通入电流，并在霍尔元件平面的法线方向上施加磁感应强度为b的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向(即霍尔输出端之间)，将产生一个电势vh，称其为霍尔电势，其大小正比于控制电流。
64.在具体实现中，所述处理器2013可为微控制单元，即单片机，单片机可对数字信号进行处理，得到谐波信息，具体的算法可为数字信号处理器上丰富的i/o口，加上延时程序，根据点阵图形液晶显示谐波信息，本实施例在此不再赘述。
65.可理解的是，所述谐波信息包括谐波的分量、谐波的振幅、谐波的频率和谐波的周期等等。
66.进一步的，所述信号转换电路202包括：信号源电路2021和变换器2022；
67.所述信号源电路2021，用于生成源信号，并将所述源信号传输至所述变换器2022。
68.应理解的是，所述源信号可由石英晶体振荡器通过振荡生成，在具体实现中，晶振电路可采用电容三端式(考毕兹)交流等效振荡电路，通过电容来调节振荡频率，一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现，这只是一种信号生成方式，本实施例对此不做限制。
69.所述变换器2022，用于根据所述采样信号将所述源信号进行转换，获得所述抑制信号，并将所述抑制信号传输至所述信号叠加电路203。
70.在具体实现中，所述变换器2022可将所述源信号进行反向处理，获得所述抑制信号。
71.进一步地，所述信号叠加电路203包括：滤波电路2031和开关电路2032；所述滤波电路2031分别与所述信号转换电路202及所述开关电路2032连接；所述开关电路2032与所述信号放大电路30连接。
72.所述滤波电路2031，用于对所述抑制信号进行滤波处理，获得过滤信号，并将所述过滤信号传输至所述开关电路2032。所述开关电路2032，在接收到控制信号时，连通所述滤波电路与所述信号放大电路之间的回路。
73.进一步的，参照图4，图4为本实用新型提出的信号叠加电路一实施例的电路示意
图。
74.如图4所示，本实用新型提出的滤波电路2031包括：第一电阻r1、第一电容c1、第一电感l1和第二电感l2。所述第一电感l1的第一端与所述信号转换电路202的输出端连接，所述第一电感l1的第二端与所述第一电阻 r1的第一端连接，所述第一电阻r1的第二端分别与所述第二电感l2的第一端及所述第一电容c1的第一端连接，所述第一电容c1的第二端接地。
75.可理解的是，所述滤波电路2031可以对所述抑制信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的滤波信号，或消除一个特定频率后的滤波信号，所述特定频率由滤波电路2031中的电容、电感及电阻值决定。
76.进一步的，本实用新型提出的开关电路2032包括：mos管q和第二电阻r2；所述mos管q的漏极与所述滤波电路2031的输出端连接，所述mos 管q的栅极与所述第二电阻r2的第一端连接，所述第二电阻r2的第二端与所述信号采样电路201进行连接，所述mos管q的源极与所述信号放大电路 30的输入端连接。
77.在具体实现中，所述第二电阻r2的第二端可与所述信号采样电路201中的处理器2013连接，根据处理器2013发出的信号输出高电平或者低电平，由接收到的电平信号来控制所述开关电路是导通还是断开状态。
78.进一步的，参照图5，图5为本实用新型提出的信号放大电路一实施例的电路示意图。
79.如图5所示，本实用新型提出的信号放大电路30包括：第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7和运算放大器ic。
80.所述第二电容c2的第一端与所述高次谐波抑制电路20的输出端连接，所述运算放大器ic的同向输入端分别与所述第二电容c2的第二端、第三电阻r3的第一端及第四电阻r4的第一端连接，所述第三电阻r3的第二端接高电平，所述第四电阻r4的第二端分别与所述第三电容c3的第一端及所述第五电阻r5的第一端连接，所述第三电容c3的第二端接地，所述第五电阻 r5的第二端接地，所述第六电阻r6的第一端与所述运算放大器ic的反向输入端连接，所述第六电阻r6的第二端分别与所述第四电容c4的第一端及所述第七电阻r7的第一端连接，所述第四电容c4的第二端接地，所述运算放大器ic的输出端分别与所述第七电阻r7的第二端及所述第五电容c5的第一端连接。
81.可理解的是，为了对部件进行供电，需要设置一个供电电路，包括电池和反向单元，所述电池，用于提供+15v的电压；所述反向单元，用于将电池提供的+15v的电压转换为
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15v的电压。为便于实现，在具体实现中，所述反向单元通过mc34063芯片实现，mc34063芯片本身包含了401c/dc变换器所需要的主要功能的单片控制电路且价格便宜。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，r
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s触发器和大电流输出开关电路等组成。该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，由它构成的dc/dc变换器仅用少量的外部元器件。
82.可理解的是，所述滤波信号经过抑制后会衰减，为了得到所需的信号，本实施例对所述滤波信号进行放大，获得目标信号。
83.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是
利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
84.值得注意的是，在本实用新型的实际应用中，不可避免的会应用到软件程序，但申请人在此声明，该技术方案在具体实施时所应用的软件程序皆为现有技术，在本技术中，不涉及到软件程序的更改及保护，只是对为实现发明目的而设计的硬件架构的保护。