数字滤波器设计进阶——陷波器

前言

      多年前在设计光伏逆变器时,就遇到需要滤除信号中的特定频次干扰。陷波器(带阻滤波器)的实现困扰了我很久,这种滤波器在电力电子电源里面,算是比较高级的算法,能实现的人都不是菜鸟。单相逆变器中间母线电压存在二次波动,电压的二次波动导致电压外环输出也含有二次分量,如果不对这个二次分量进行处理,交流电流会有较大的3次谐波,一般做法就是在电压外环输出串联一个陷波器。在三相逆变器中,当电网电压不平衡时,如何实现对电网电压正序分量的锁相,也可以用到陷波器。当然在其它很多方向也可以用到陷波器。

 正文:

     第一步:根据物理模型推导出传递函数,根据传递函数的波特图评估滤波器性能

RC双T型电路是带阻滤波电路(陷波器),双T型电路输出连接负反馈运算放大电路,可实现Q值可调。陷波器中心频率是传递函数的零点,所以此处的幅值增益为0,阻带以外的频率信号幅值几乎不受滤波器影响。陷波器幅频曲线有两个-3dB点,两个-3dB频率点的相差定义为陷波器的带宽。

第二步:根据陷波器中心频率和带宽(或Q值),确定陷波器传递函数,然后进行离散化处理,求出数字滤波器的传递函数。    

根据干扰信号幅值和频率,本着有用信号的幅值和相位不受滤波器影响,干扰信号被衰减掉,合理的选择滤波器类型和滤波器参数。

设定陷波器的中心频率f0,品质因数Q,采样周期Ts,分析其频率响应,是否达到设计要求。然后通过离散方法,得到离散域传递函数,再得到差分方程,有了差分方程,就可以写出滤波器函数。

    

第三:建立仿真模型,编写函数代码进行仿真验证。

推荐书籍:

《电子技术基础.模拟部分》-康华光-第5版

《 数字信号处理教程》-程佩青

小结:

本文内容讲述了时域、频域和离散域之间关系,连续系统函数怎么到离散系统函数,通过此方法可将传递函数变成MCU执行的代码,也可以用于控制器的设计。在设计滤波器或者控制器的时候,一定要把函数跟实际的物理模型联系起来,可加深理解,一切复杂的滤波器或者传递函数都是由基本单元组成,每个基本单元都有着对应的物理模型。

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关于本人:

本人有多年的电源开发经验,涉及到的产品有单相光伏逆变器、三相组串逆变器、集中式光伏逆变器、双向DC/DC,PCS。涉及到的电路拓扑有H4、H6、Boost、Boost-Buck、两电平三相半桥、T字三电平三相半桥和I字型三电平半桥。近几年一直做双向变流器产品,主要做技术管理工作。在这个平台希望与更多的同行进行交流。

              

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