專利名稱：一種本安電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電源技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種本安電源。
背景技術(shù)：
在エ業(yè)生產(chǎn)中，干擾信號經(jīng)常會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，尤其是電源輸出的干擾，很難消除，使整個(gè)系統(tǒng)的工作不穩(wěn)定；尤其是礦井下干擾強(qiáng)、電壓高和電流大的惡劣環(huán)境，本安電源高速穩(wěn)定地工作就更加重要。一般而言，電源濾波是通過電容的沖放電來完成的，整流出來的電源都是脈動(dòng)的直流，電容就是把脈動(dòng)的直流，變成平滑的直流，只有這樣，數(shù)字電路才能可靠正常穩(wěn)定的工作。但依據(jù)此設(shè)計(jì)的濾波器具有啟動(dòng)速度和給定變化較大時(shí)跟蹤速 度慢的缺點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型g在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本實(shí)用新型的ー個(gè)目的在于提出ー種具有濾波效好果、相移小，動(dòng)作響應(yīng)快、能夠保證電源精確可靠工作的優(yōu)點(diǎn)的本安電源。為此，本實(shí)用新型的第一個(gè)目的在于提出ー種本安電源，包括基板，以及安裝在所述基板上的電源輸入模塊、變壓器初級模塊、變壓器次級模塊、電源輸出模塊、信號采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示模塊、數(shù)字濾波模塊、PWM控制器、隔離與驅(qū)動(dòng)模塊；其中，所述電源輸入模塊、變壓器初級模塊、變壓器次級模塊、電源輸出模塊依次連接；所述電源輸入模塊接收信號的輸入，所述電源輸出模塊進(jìn)行電流輸出；所述變壓器初級模塊、PWM控制器和隔離與驅(qū)動(dòng)模塊依次連接，所述隔離與驅(qū)動(dòng)模塊與所述電源輸入模塊連接，用于對輸入電源輸入模塊的信號進(jìn)行隔離和驅(qū)動(dòng)；所述隔離和驅(qū)動(dòng)模塊由所述PWM控制器產(chǎn)生和控制；所述變壓器次級模塊、信號采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波模塊依次連接，所述數(shù)字濾波模塊與所述PWM控制器連接；所述信號采集模塊采集信號，所述A/D轉(zhuǎn)換器對采集的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，所述數(shù)字濾波模塊進(jìn)行數(shù)字濾波；所述A/D轉(zhuǎn)換器上連接有顯示模塊，用于顯示經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。另外，本實(shí)用新型還可以具有如下附加的技術(shù)特征進(jìn)一歩，所述信號采集模塊通過霍爾傳感器采集信號。進(jìn)ー步，所述顯示模塊為液晶顯示屏或觸摸顯示屏。進(jìn)ー步，所述數(shù)字濾波模塊設(shè)置有濾波計(jì)數(shù)器，將本次采樣值與當(dāng)前有效值比較；如果采樣值等于當(dāng)前有效值，則所述濾波計(jì)數(shù)器清零；如果采樣值不等于當(dāng)前有效值，則所述濾波計(jì)數(shù)器加1，且判斷所述濾波計(jì)數(shù)器是否大于等于上限N ；所述濾波計(jì)數(shù)器大于等于上限N，則用本次采樣值替換當(dāng)前有效值，并將所述濾波計(jì)數(shù)器清零；所述濾波計(jì)數(shù)器小于上限N，則繼續(xù)采樣，并與當(dāng)前有效值進(jìn)行比較。進(jìn)一歩，所述數(shù)字濾波模塊將連續(xù)采樣M個(gè)數(shù)據(jù)，去掉所述M個(gè)數(shù)據(jù)中的ー個(gè)最大值和ー個(gè)最小值，然后計(jì)算M-2個(gè)數(shù)據(jù)的算木平均值，將所述算術(shù)平均值作為當(dāng)前有效值。進(jìn)一歩，M值的選取范圍在3 14之間。進(jìn)ー步，所述數(shù)字濾波模塊確定信號帶寬之后，根據(jù)所述信號帶寬進(jìn)行濾波。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的本安電源至少具有下列優(yōu)點(diǎn)之一本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波礦用本安電源，能夠?qū)Ψ答侂娏鬟M(jìn)行有效的濾波，使用電流型PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)能夠在礦井下強(qiáng)干擾、高電壓和大電流的惡劣環(huán)境下高速穩(wěn)定地工作。本實(shí)用新型的本安電源中濾波器具濾波效果好、相移小、動(dòng)作響應(yīng)快、能夠保證電源精確可靠工作的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例一種本安電源的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對本實(shí)用新型的限制。電源輸出干擾的消除，可以用數(shù)字濾波技術(shù)對信號進(jìn)行處理。數(shù)字濾波技術(shù)是指對采集到的數(shù)據(jù)采用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行消除干擾的處理。一般來說，除了在硬件中對信號采取干擾措施外，還要在軟件中進(jìn)行數(shù)字濾波的處理，以進(jìn)一歩消除附加在電源輸出上的各式各樣的干擾，使電壓數(shù)據(jù)能夠真實(shí)地反映現(xiàn)場的エ藝實(shí)際情況。如圖I所示，本實(shí)用新型實(shí)施例涉及ー種采用數(shù)字濾波技術(shù)的礦用本安電源，包括基板，以及安裝在基板上的電源輸入模塊、變壓器初級模塊、變壓器次級模塊、電源輸出模塊、信號采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示模塊、數(shù)字濾波模塊、PWM控制器、隔離與驅(qū)動(dòng)模塊。電源輸入模塊、變壓器初級模塊、變壓器次級模塊、電源輸出模塊依次連接；電源輸入模塊接收信號的輸入，電源輸出模塊進(jìn)行電流輸出；變壓器初級模塊、PWM控制器和隔離與驅(qū)動(dòng)模塊依次連接，隔離與驅(qū)動(dòng)模塊與電源輸入模塊連接，用于對輸入電源輸入模塊的信號進(jìn)行隔離和驅(qū)動(dòng)；隔離和驅(qū)動(dòng)模塊由PWM控制器產(chǎn)生和控制；變壓器次級模塊、信號采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波模塊依次連接，數(shù)字濾波模塊與PWM控制器連接；信號采集模塊通過霍爾傳感器采集信號，A/D轉(zhuǎn)換器對采集的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波模塊進(jìn)行數(shù)字濾波；A/D轉(zhuǎn)換器上連接有顯示模塊，用于顯示經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。任何能實(shí)現(xiàn)上述顯示功能的裝置均可作為顯示模塊，例如液晶顯示屏或觸摸顯示屏等等。本實(shí)用新型實(shí)施例的礦用本安電源可以采用數(shù)學(xué)運(yùn)算方式通過數(shù)字芯片對離散信號進(jìn)行濾波處理。具體方案如下在現(xiàn)有本安電源的輸出端加上數(shù)字濾波模塊，數(shù)字濾波模塊的濾波原理可以為消抖濾波法、防脈沖干擾平均濾波法或無限數(shù)字濾波器IIR數(shù)字濾波法。本實(shí)用新型實(shí)施例的礦用本安電源在電源模塊的后端加入了數(shù)字濾波技術(shù)，此數(shù)字濾波模塊加入后只針對電路中的噪聲、紋波及高次諧波進(jìn)行消除，并不妨礙本安電源本身的特性和主要參數(shù)。本數(shù)字濾波電源在煤炭產(chǎn)品中的使用進(jìn)行了有效的探索，在國內(nèi)應(yīng)屬首次。如上所述,數(shù)字濾波(Digital filter)是由數(shù)學(xué)算法通過集成芯片或計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算方法。由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字濾波技術(shù)也可用如FPGA (Field-Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)一類的大規(guī)模集成數(shù)字MCU(Micro Control Unit，微控制單元)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用數(shù)字濾波處理模擬信號時(shí)，首先對信號進(jìn)行快速傅里葉變換，得到有用信號和噪聲的頻譜分析；然后對輸入模擬信號進(jìn)行限 帶、抽樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，在綜合考慮CPU硬件的處理速度后，設(shè)計(jì)數(shù)字電源濾波器，經(jīng)過一系列數(shù)學(xué)算法的處理后再將處理完畢的數(shù)字信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換、平滑等方式得到性能更好的模擬信號。由此可知，數(shù)字濾波具有精度高、可靠高性、可程控改變特性或復(fù)用、便于集成等優(yōu)點(diǎn)。下面，以實(shí)例具體說明數(shù)字濾波模塊進(jìn)行數(shù)字濾波的實(shí)現(xiàn)方式。在下列實(shí)例中，由于數(shù)字濾波器的硬件電路僅用集成電路芯片構(gòu)成，比較簡單，所以僅列出核心的數(shù)字濾波器的數(shù)學(xué)模型。實(shí)施例一，消抖濾波法具體方法為設(shè)置ー個(gè)濾波計(jì)數(shù)器，將每次采樣值與當(dāng)前有效值比較；如果采樣值等于當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器清零；如果采樣值不等于當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器加1，并判斷計(jì)數(shù)器是否大于等于上限N(即判斷是否溢出)，如果計(jì)數(shù)器溢出，則將本次值替換當(dāng)前有效值，井清計(jì)數(shù)器；如果計(jì)數(shù)器沒有溢出，則繼續(xù)采樣，將采樣值與當(dāng)前有效值比較，依此循環(huán)。上限N屬于自然數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先設(shè)定，當(dāng)發(fā)現(xiàn)上限N設(shè)置不恰當(dāng)時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改。消抖濾波法的優(yōu)點(diǎn)在于對于變化緩慢的被測參數(shù)有較好的濾波效果，可避免在臨界值附近控制器的反復(fù)開/關(guān)調(diào)動(dòng)或顯示器上數(shù)值抖動(dòng)。消抖濾波法以C語言實(shí)現(xiàn)的程序示例如下#define N 12 char filter()
{
char count=，，0”；char new—value;new—value=get—ad();while(value! =new—value);
{ 一 count++;
if(count>=N) return new value; delay();
new—value=get ad();
} — — return value;
}實(shí)施例ニ，防脈沖干擾平均濾波法具體方法為相當(dāng)干“中位值濾波法”+與“算木平均濾波法”的疊加使用。即連續(xù)采樣M個(gè)數(shù)據(jù)，去掉ー個(gè)最大值和ー個(gè)最小值，然后計(jì)算M-2個(gè)數(shù)據(jù)的算木平均值。M屬于自然數(shù)，M值的選取范圍通常在3 14之間。防脈沖干擾平均濾波法的優(yōu)點(diǎn)在于融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)，對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差。防脈沖干擾平均濾波法以C語言實(shí)現(xiàn)的程序示例如下
#define N 12 cnar filter()
{
char count,ij;char value buf[N];int sum=”0”；
for(count=0; countくN; count++)
{
value buf[count]=get ad(); delay();
}
for(j=0;j<N-l;j++)
{for(i=0;iくN-1 ;i++)
{
if(value_buf[i]>value_buf[i+l])
{ — —temp=value buf[i];value—buf[i]=value buf[i+l];value—buf[i+1 ] =temp;
} 一
}
}
for(count= I ;countくN-1; count++)
sum+=value[count];
return(char)(sum/(N-2));
}
實(shí)施例三，IIR數(shù)字濾波法
具體方法為確定信號帶寬，濾之。Y(n)= al*Y(n-l)+a2*Y(n_2)+,......+ak*Y(
n-k)+bO*X (n)+bl*X (n_l)+b2*X(n_2)+......+bk*X(n_k)。IIR數(shù)字濾波法的優(yōu)點(diǎn)在于可以對高通，低通，帶通，帶阻任意過濾，設(shè)計(jì)簡単。IIR數(shù)字濾波法以matlab實(shí)現(xiàn)的程序示例如下
clear all;%清哥存器值
clf;%清屏
N=256;%數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)
fs=600;%采樣頻率
dt=l/fs; for k=l:N;
fl=300;%信號頻率
￡2=100;%信號頻率
y(k)=sin(2*pi*fl*k*dt)+sin(2*pi*f2*k*dt)+sin(2*pi*(fl+20)*k*dt); %產(chǎn)生信號
end
lp=200;%截止頻率
wnl=2*lp/fs;%函數(shù)的參數(shù)
[zl,pl,kl] = CHEB Yl (3,0.5, wnl,'high')；%濾波器的極零點(diǎn)表示 = CHEBY1(3,0.5,wnl,'high')；% 濾波器的傳遞函數(shù)表示
yyl ⑴=0; yyl(2)=0;
yyi(3)=o；
b(l)=0.0580; b(2)=-0.1741; b(3)=0.1741;b(4)=-0.058;
a(l)=l; a(2)=1.1795; a(3)=0.918;a(4)=0.2742;
n=253;
for i=l:n
yy l(i+3)=b(4)*y(i)+b(3)*y(i+l)+b(2)*y(i+2)+
b( I )*y(i+3)-a(4)*yy I (i)-a(3) *yy I (i+1 )-a(2)*yy I (i+2); end
%yyl=filter(B,A，y);%濾波 y=ffl(y,N);%將信號做FFT變換
pyy=y.*conj(y);%做功率譜分析
f=(0:(N/2-l));% 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
figure(l);
plot(2.33*f,pyy(l:N/2))
y=fft(yy I ,N);%將濾波后數(shù)據(jù)做功率譜分析
pyy=y.*conj(y);%做功率譜分析
f=(0:(N/2-l));% 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
figure(2);
plot(2.33*f,pyy(l:N/2));% 畫功率譜本實(shí)用新型實(shí)施例公開的數(shù)字濾波礦用本安電源，能夠?qū)Ψ答侂娏鬟M(jìn)行有效的濾波，使用電流型PWM (Pul se Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)能夠在礦井下強(qiáng)干擾、高電壓和大電流的惡劣環(huán)境下高速穩(wěn)定地工作。本實(shí)用新型的本安電源中濾波器具濾波效果好、相移小、動(dòng)作響應(yīng)快、能夠保證電源精確可靠工作的優(yōu)點(diǎn)。盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗g的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求1.ー種本安電源，其特征在于，包括基板，以及安裝在所述基板上的電源輸入模塊、變壓器初級模塊、變壓器次級模塊、電源輸出模塊、信號采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示模塊、數(shù)字濾波模塊、PWM控制器、隔離與驅(qū)動(dòng)模塊；其中， 所述電源輸入模塊、變壓器初級模塊、變壓器次級模塊、電源輸出模塊依次連接；所述電源輸入模塊接收信號的輸入，所述電源輸出模塊進(jìn)行電流輸出； 所述變壓器初級模塊、PWM控制器和隔離與驅(qū)動(dòng)模塊依次連接，所述隔離與驅(qū)動(dòng)模塊與所述電源輸入模塊連接，用于對輸入電源輸入模塊的信號進(jìn)行隔離和驅(qū)動(dòng)；所述隔離和驅(qū)動(dòng)模塊由所述PWM控制器產(chǎn)生和控制； 所述變壓器次級模塊、信號采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波模塊依次連接，所述數(shù)字濾波模塊與所述PWM控制器連接；所述信號采集模塊采集信號，所述A/D轉(zhuǎn)換器對采集的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，所述數(shù)字濾波模塊進(jìn)行數(shù)字濾波；所述A/D轉(zhuǎn)換器上連接有顯示模塊，用于顯示經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。
2.如權(quán)利要求I所述的本安電源，其特征在于，所述信號采集模塊通過霍爾傳感器采集信號。
3.如權(quán)利要求I所述的本安電源，其特征在于，所述顯示模塊為液晶顯示屏或觸摸顯示屏。
4.如權(quán)利要求I所述的本安電源，其特征在于，所述數(shù)字濾波模塊確定信號帶寬之后，根據(jù)所述信號帶寬進(jìn)行濾波。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種本安電源，包括基板，以及安裝在所述基板上的電源輸入模塊、變壓器初級模塊、變壓器次級模塊、電源輸出模塊、信號采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示模塊、數(shù)字濾波模塊、PWM控制器、隔離與驅(qū)動(dòng)模塊。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波礦用本安電源，能夠?qū)Ψ答侂娏鬟M(jìn)行有效的濾波，使用電流型PWM能夠在礦井下強(qiáng)干擾、高電壓和大電流的惡劣環(huán)境下高速穩(wěn)定地工作。本實(shí)用新型的本安電源中濾波器具濾波效果好、相移小、動(dòng)作響應(yīng)快、能夠保證電源精確可靠工作的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02M1/12GK202455275SQ20122000312
公開日2012年9月26日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者王鵬, 榮慶豐, 趙華瑋 申請人:煤炭科學(xué)研究總院