模擬有源濾波器的電路設計
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系統(tǒng)中的運算放大器選用高精度低漂移低噪聲集成放大器OP07。該放大器的輸入偏移電流為1nA、偏移電壓為30μV、-3dB帶寬為600kHz、靜態(tài)耗散電流為4 mA、電壓溫度漂移為0．2μV／℃。
獲得很高的帶寬，也意味著會帶來高的功耗。而且，在單相全模擬有源電力濾波器使用高帶寬的運算放大器也同時會引入高頻噪聲。單相全模擬有源電力濾波器的信號頻率不超過3 kHz。型號為OP07的運算放大器的截止頻率為600kHz，故能很好地滿足有源電力濾波器的要求。
運算放大器的誤差主要由輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流以及等效輸入噪聲等引起。當前運算放大器的性能已經(jīng)得到很大的改進，其各項性能指標十分優(yōu)異。以高精度低漂移低噪聲集成放大器OP07為例，其輸入偏移電壓為μV級，輸入漂移電流和輸入偏置電流為nA級，因此，對于±10V電路工作電壓，完全可以忽略。
運算放大器電路的最終精度和穩(wěn)定性與其電路中的無源元件的精度和穩(wěn)定性具有對應的關(guān)系。本硬件選擇好的電容和電阻關(guān)系到該電路的整體性能表現(xiàn)。
電容的類別也是多種多樣。該濾波器電路中使用的電容主要是要求其頻率特性較好，溫度系數(shù)小，長期穩(wěn)定性好。聚苯乙烯電容的損耗較低、體積小，容量相對時間、溫度、電壓都很穩(wěn)定。
電阻有繞線電阻、金屬箔電阻、金屬膜電阻、金屬氧化膜電阻、碳膜電阻、碳實芯電阻、厚膜電阻、薄膜電阻、金屬釉質(zhì)電阻等。常用的是碳膜、金屬膜以及碳質(zhì)線繞電阻。本電路選用金屬膜電阻，該電阻是在真空中加熱合金，并使合金蒸發(fā)，從而使瓷棒表面形成一層導電金屬膜?？滩酆透淖兘饘倌ず穸瓤梢钥刂齐娮柚?。該電阻體積小、噪聲低、穩(wěn)定性好，當然成本也較高。
3 PWM控制電路
由于現(xiàn)在沒有專門為有源電力濾波器而設計的脈沖發(fā)生集成電路，所以，現(xiàn)在的研究與設計主要是利用一些現(xiàn)有的脈沖發(fā)生模塊來產(chǎn)生脈沖波，從而實現(xiàn)有源電力濾波器的控制。
美國通用公司的SG3525 PWM脈沖控制電路目前已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了很好的應用。本文將它試用在有源電力濾波器中，并將其作為模擬集成電路中比較有代表性的一種。SG3525是美國通用公司的產(chǎn)品，是專為開關(guān)電源設計的脈沖發(fā)生電路，它的輸入電壓范圍是1～3．5 V，而本文中的輸入信號是交流信號，故須經(jīng)過變換?？上冉?jīng)過精確絕對值電路將輸入信號變成正信號，再通過電平移動電路使輸入信號在1～3．5 V之間。圖3所示是采用SG3525實現(xiàn)的PWM電路框圖。其中絕對值電路所采用的精密全波整流電路如圖4所示。圖4中，R取20kΩ，為1％精密電阻；二極管選用超快速恢復二極管，其反向恢復時間為50 ns。圖5所示是本濾波器的邏輯控制電路實現(xiàn)框圖。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/191279.htm
4 模擬有源電力濾波器的噪聲和干擾抑制
模擬電子電路有其自身的特點，由于本有源電力濾波器使用的是全模擬電路，故在模擬信號的放大、運算以及傳輸過程中不可避免地會引入外界和內(nèi)部的一些無規(guī)則信號及干擾。如果無規(guī)則信號及外部干擾很強，若其大小可與正常工作信號相比較，那么勢必給模擬有源電力濾波器的諧波抑制性能造成破壞。所以，在模擬電路的設計階段就應進行抗干擾和濾除噪聲的設計。
噪聲及干擾的消除和抑制一般有屏蔽、接地和濾波等幾種措施。但也應該根據(jù)其產(chǎn)生的性質(zhì)分別加以處理。
對于元器件本身所產(chǎn)生的噪聲，只能在器件選型中加以注意。應盡量選用低噪聲、高精度的集成芯片?，F(xiàn)代的模擬電子已經(jīng)發(fā)展的很成熟，各種模擬元件都能達到令人滿意的性能。對于電阻的熱噪聲，設計中應盡量做到不將噪聲在最后結(jié)果中放大，故應在放大電路中選用較小阻值的電阻。熱噪聲會隨帶寬的增加而增加，并由于有源電力濾波器所針對的電力系統(tǒng)本身的電壓、電流頻率不高，因此，模擬電路可采用較低頻率帶寬的運算放大器來降低熱噪聲的影響。
對于接地噪聲，可減小公共地線部分的阻抗，這樣，公共地線上的電壓也會隨之減小，從而控制公共阻抗耦合。具體做法是地線聯(lián)結(jié)采用較粗的導線并盡量減短。減小地線阻抗的核心問題是減小地線的電感?？稍陔娐分胁捎枚鄺l相距較遠的并聯(lián)導體作為接地線。
對于輻射噪聲，則應該采用屏蔽方式予以抑制和消除。屏蔽的方式有靜電屏蔽、磁性屏蔽及電磁屏蔽等方式。屏蔽的結(jié)構(gòu)可以將干擾源或受干擾元件用屏蔽罩屏蔽起來。具體采用何種方式，取決于屏蔽的噪聲對象。
本設計采用并聯(lián)電容對電路的直流電源進行穩(wěn)壓和濾波，電容的特性是對直流開路，對高頻呈現(xiàn)低阻抗特性。所以，采用加設旁路電容可對高頻噪聲旁路。本電路中采用電解電容和瓷石兩種電容并聯(lián)方式進行聯(lián)接。這是因為電解電容的電容值可以做得比較大，采用電解電容主要還可起到穩(wěn)壓作用。但是，電解電容的高頻特性差強人意，所以要對高頻噪聲旁路，故應再并聯(lián)一個瓷片電容。
通過以上措施，模擬電路的噪聲抑制情況會有較好的改善，其可檢測到的噪聲信號在mV級。
5 模擬有源濾波器的主電路及接入方式
目前應用的有源濾波器多種多樣，但總的來說，其主電路都是基于脈沖調(diào)制(PWM)變流器的，由于變流器有電壓型變流器(VSC)和電流型變流器(CSR)兩種。兩種變流器都可以應用于各種有源電力濾波器中。電壓型PWM整流器最顯著的拓撲特征就是直流側(cè)采用電容進行直流儲能，從而使VSR直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特征；電流型PWM整流器的拓撲結(jié)構(gòu)的最顯著特征就是直流側(cè)采用電感進行直流儲能，從而使CSR直流側(cè)呈高阻抗的電流源特性。
電流源型結(jié)構(gòu)更容易跟蹤補償負荷的諧波電流。但電流源型式的主電路損耗較大，在交流側(cè)需要加裝更大的濾波電容來濾除不需要的諧波電流，且電流源型結(jié)構(gòu)不利于多重化。因而限制了有源電力濾波器的容量。而電壓源型有源電力濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、損耗小、價格便宜，可降低開關(guān)器件的開關(guān)頻率等優(yōu)點，因而一直在有源電力濾波器中得到廣泛應用?；诖?，本文采用電壓型變流器作為基于全模擬器件的有源濾波器的逆變器。
構(gòu)成變流器的核心是開關(guān)器件有MOSFET管、絕緣門極雙極型晶體管(IGBT)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、集成門極晶閘管IGCT等幾種可供選擇。選擇器件的首要條件是根據(jù)有源電力濾波器所需濾除諧波頻率來確定器件的開關(guān)頻率，然后根據(jù)有源電力濾波器的容量與電壓、電流等級來選擇合適的器件。對于高頻小容量的有源電力濾波器，一般可選用MOSFET器件，因其開關(guān)頻率很高，因而適用于濾除高頻率的諧波。而對于大容量低頻率的場合，則應選擇GTO／IGCT器件。但在有源濾波器中應用最廣泛的還是IGBT，這是因為IGBT驅(qū)動簡單，其開關(guān)頻率和容量適中。
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