[发明专利]消除交流电源输出周期对称波形中直流分量的装置及方法

说明书

本发明提供了消除交流电源输出周期对称波形中直流分量的装置及方法，该装置包括信号发生单元、DC控制单元、DC采样电路、环路控制单元和功率单元，所述信号发生单元用于发出交流电源的过零点和周期信息，所述DC控制单元根据交流电源的过零点和周期信息，产生对应的控制信号控制DC采样电路采样实际输出信号，获取整周期的直流分量，并将直流分量送入环路控制单元；所述环路控制单元用于修正控制量，逐渐去除波形中的直流分量，通过功率单元输出，形成一个慢速的闭环控制，最终将输出波形的直流分量消除稳定在一个很小的数量级上，提高了交流电源的输出精度和准确度，避免了交流信号中混有的直流成分带来的严重后果。

技术领域

本发明属于交流电源技术领域，特别是涉及消除交流电源输出周期对称波形中的直流分量的装置及方法。

背景技术

日常情况中，交流电源输出周期性对称波形时，由于硬件电路，控制环路的计算精度和数据的量化误差等影响下，常常输出的波形中正波形和负波形不对称，导致产生了直流分量，且这种直流偏置噪声不是一个固定值，会随着频率和环境等因素改变，影响交流电源的输出精度和准确度。同时在一些实际的交流源应用中，交流信号中混有的直流成分会带来的后果较为严重，所以我们希望寻求一种自适应强，高效快速的方法，消除交流源输出周期对称波形中的直流分量。

发明内容

针对以上现有问题，本发明提出的消除交流电源输出周期对称波形中的直流分量的装置及方法，消除了交流源输出周期对称波形中的直流分量，提高了交流电源的输出精度和准确度。

为达成上述功能，本发明公开的消除交流电源输出周期对称波形中的直流分量的装置所采用的技术方案如下：

消除交流电源输出周期对称波形中直流分量的装置，包括：信号发生单元、DC控制单元、DC采样电路、环路控制单元和功率单元，

所述信号发生单元用于发出交流电源的过零点和周期信息，所述信号发生单元分别与DC控制单元和环路控制单元相连接；

所述DC控制单元根据交流电源的过零点和周期信息，产生对应的控制信号控制DC采样电路采样实际输出信号，获取整周期的直流分量，并将直流分量送入环路控制单元；

所述环路控制单元用于修正控制量，逐渐去除波形中的直流分量，通过功率单元输出信号发生单元输出的目标设定值波形，形成一个慢速的闭环控制，最终将输出波形的直流分量消除或者稳定在阈值范围内。

进一步地，所述DC采样电路由一个积分单元和ADC采样电路组成，所述积分单元由运算放大器、电容、开关和电阻组成。

进一步地，为了保护电路不损坏，在没有直流分量的情况下，积分单元获取的最大峰值的计算公式如下：

，

其中，Vmax:电源设备能输出的最大瞬时峰值电压，sin(wt):电源设备能输出的最小频率的交流正弦波形，T : 电源设备能输出的最小周期，Rs:运放电路中的电阻值，Cf:运放电路中的反馈电容值。

进一步地，所述DC控制单元控制积分单元获取直流分量值过程包括快速过程、慢速过程和消除过程，其中，

快速过程：电源设备刚输出ON信号，波形开始输出时，由于此时直流分量很大，尽量缩短积分时间，最快的情况下，控制积分一个波形周期获取直流分量，直流分量降低到一定的阈值后，控制进入慢速过程；

慢速过程：波形稳定且直流分量低于一定的阈值时，延长积分时间；

消除过程：当波形运行过程中，发生波形频率变换、波形幅值变化或ON/OFF信号变化，DC控制单元丢弃积分单元获取直流分量值，并控制复位信号至DC采样电路，积分单元到波形的过零信号再重新开始积分。

进一步地，所述环路控制单元消除直流分量处理为：

，