应用于EPS电源系统的滤波方法及滤波电路

摘要

本发明提供了一种应用于EPS电源系统的滤波方法及滤波电路，选用Ellipt低通滤波器算法作为数字滤波器，并进一步根据EPS电源系统的特性结合大量实验确定了滤波指标，通过将EPS电源系统检测信号预先执行调试从而的得到满足滤波指标的适合的Ellipt低通滤波器算法的传递函数，进而将该传递函数应用到具体EPS电源系滤波中去，可以在保留有效信号的同时，更好的消除低频干扰。

说明书

技术领域

本发明涉及电源系统技术，尤其是指一种应用于EPS电源系统的滤波方法 及滤波电路。

背景技术

现有的EPS电源系统检测信号大多采用模拟滤波器。模拟滤波器输出通过 数字信号处理芯片AD转换，AD转换结果作为系统控制输入。采用这类滤波器， 系统器件多，电路复杂，会有电压漂移、温度漂移和噪声等问题，易受干扰， 系统稳定性较差。同时，一般滤波器很难消除EPS电源系统中成分较大的3次， 5次等低次谐波。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种滤波效果好且简单的应用于EPS 电源系统的滤波方法及滤波电路。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种应用于EPS电源 系统的滤波方法，包括调试流程及滤波流程；所述调试流程包括步骤，

A)获取EPS电源系统检测信号；

B)滤除检测信号中高频成分；

C)对检测信号进行A/D采样；

D)选用Ellipt低通滤波器算法；

E)设定滤波指标；所述滤波指标为，输出符合通带边界频率范围于 50-150Hz、通带增益范围为1.0-0.9，阻带增益范围为40-80db；

F)获取满足滤波指标的Ellipt低通滤波器算法的传递函数；

所述滤波流程包括步骤，

A)获取EPS电源系统获取检测信号；

B)滤除检测信号中高频成分；

C)对检测信号进行A/D采样；

D)使用调试流程得到的Ellipt低通滤波器算法的传递函数对检测信号进行 数字滤波。

上述中，所述调试流程及滤波流程的步骤B中滤除检测信号中高于 500HZ-1000HZ的高频成分；步骤C中以大于检测信号最高频率至少2倍的频率 对检测信号进行A/D采样。

上述中，所述调试流程的步骤F具体包括，

F1)将经A/D采样后的检测信号进行数据缓存区；

F2)通过逼近法得到满足滤波指标的Ellipt低通滤波器算法的传递函数；

所述滤波流程的步骤D具体包括，

D1)将经A/D采样后的检测信号进行数据缓存区；

D2)应用调试流程得到的Ellipt低通滤波器算法的传递函数对检测信号进 行数字滤波。

上述中，所述调试流程的步骤D-F由计算机实现；所述滤波流程的步骤D 由DSP处理器实现。

上述中，所述调试流程的步骤D选用4-8阶的Ellipt低通滤波器算法获取满 足滤波指标的传递函数。

本发明还涉及一种应用于EPS电源系统的滤波电路，包括信号获取模块、 低通滤波模块及数字滤波器模块；所述数字滤波器模块包括A/D采样单元及椭 圆滤波器单元；

所述信号获取模块，用于获取EPS电源系统检测信号而后转到低通滤波模 块；

所述低通滤波模块，用于滤除检测信号中高频成分而后转到数字滤波器模 块的A/D采样单元；

所述A/D采样单元，用于对低通滤波模块传来的检测信号进行A/D采样， 而后转到椭圆滤波器单元；

所述椭圆滤波器单元，用于将满足滤波指标的Ellipt低通滤波器算法的传递 函数对检测信号进行数字滤波递；所述滤波指标为，输出符合通带边界频率范 围于50-150Hz、通带增益范围为1.0-0.9，阻带增益范围为40-80db。

上述中，所述信号获取模块包括电压获取单元及电流获取单元；所述低通 滤波模块包括第一RC低通滤波器单元及第二RC低通滤波器单元；所述EPS 电源系统检测信号分为EPS电源系统电压检测信号及EPS电源系统电流检测信 号；所述EPS电源系统电压检测信号输入电压获取单元后通过第一RC低通滤 波单元传输至数字滤波器模块的A/D采样单元；所述EPS电源系统电压检测信 号输入电流获取单元后通过第二RC低通滤波单元传输至数字滤波器模块的 A/D采样单元；所述低通滤波模块用于滤除检测信号中高于500HZ-1000HZ的 高频成分。

上述中，还包括电压输出限幅模块及电流输出限幅模块；所述电压获取单 元包括电压比例放大器及电压跟随器；

所述电流获取单元包括电流比例放大器及电流跟随器；所述EPS电源系统 电压检测信号输入电压比例放大器，电压比例放大器还输入有偏置信号，电压 比例放大器与电压跟随器相连，电压跟随器连接第一RC低通滤波单元，第一 RC低通滤波单元连接电压输出跟随模块，电压输出跟随模块连接数字滤波器模 块的A/D采样单元；

所述EPS电源系统电流检测信号输入电流比例放大器，电流比例放大器还 输入有偏置信号，电流比例放大器与电流跟随器相连，电流跟随器连接第二RC 低通滤波单元，第二RC低通滤波单元连接电流输出跟随模块，电流输出跟随模 块连接数字滤波器模块的A/D采样单元。

上述中，所述电流比例放大器、电流跟随器、流比例放大器、电流跟随器 各包括一运算放大器；所述电压输出限幅模块及电流输出限幅模块各包括一组 相反设置、分别接地与电源的二极管。

上述中，所述数字滤波模块包括型号为TMS320F28016的信号处理芯片。

本发明的有益效果在于：选用Ellipt低通滤波器算法作为数字滤波器，并进 一步根据EPS电源系统的特性结合大量实验确定了滤波指标，通过将EPS电源 系统检测信号预先执行调试从而的得到满足滤波指标的适合的Ellipt低通滤波 器算法的传递函数，进而将该传递函数应用到具体EPS电源系滤波中去，可以 在保留有效信号的同时，更好的消除低频干扰。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明方法的调试流程图；

图2为本发明方法的滤波流程图；

图3为本发明电路的原理框图；

图4为本发明电路的具体实施例1的原理框图；

图5为本发明电路的具体实施例2的原理框图；

图6为本发明的应用效果示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合 实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1以及图2，一种应用于EPS电源系统的滤波方法，包括调试流 程及滤波流程；所述调试流程包括步骤，

A)获取EPS电源系统检测信号；

B)滤除检测信号中高频成分；

C)对检测信号进行A/D采样；

D)选用Ellipt低通滤波器算法；

这里选用的Ellipt低通滤波器算法是基于椭圆滤波器的，其振幅平方函数 为：

$A^2\left(\Omega \right)={\left|H_a\left(\mathrm{j\Omega }\right)\right|}^2=\frac{1}{1+{ϵ}^2{R}_N^2(\Omega ,L)}$

式中R_N(Ω，L)为雅克比椭圆函数，而L则为波纹性质的参量。

椭圆滤波器的特点在于：幅值响应在通带和阻带内都是等波纹的，而对于 给定的阶数和给定的波纹要求，椭圆滤波器能获得教其他滤波器更窄的过渡带 宽，因此就这点而言，椭圆滤波器是最优的。

E)设定滤波指标；所述滤波指标为，输出符合通带边界频率范围于 50-150Hz、通带增益范围为1.0-0.9，阻带增益范围为40-80db；

F)获取满足滤波指标的Ellipt低通滤波器算法的传递函数；

选用传递函数计算得到满足滤波指标的系数a_i，b_i。

所述滤波流程包括步骤，

A)获取EPS电源系统获取检测信号；

B)滤除检测信号中高频成分；

C)对检测信号进行A/D采样；

D)使用调试流程得到的Ellipt低通滤波器算法的传递函数对检测信号进行 数字滤波。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：选用了Ellipt低通滤波器算法作 为数字滤波器，并进一步根据EPS电源系统的特性结合大量实验确定了滤波指 标，通过将EPS电源系统检测信号预先执行一个调试流程从而确定适合的Ellipt 低通滤波器算法的传递函数，进而应用到具体滤波流程时如图6所示，可以在 保留有效信号的同时，更好的消除低频干扰。

实施例1：

上述中，所述调试流程及滤波流程的步骤B中滤除检测信号中高于 500HZ-1000HZ的高频成分；步骤C中以大于检测信号最高频率至少2倍的频率 对检测信号进行A/D采样。

由于EPS电源系统的滤波主要是信号的低频部分，因此为了最大限度所需 检测信号频段同时降低后续数字滤波的数据运算量。经大量实验发现，对检测 信号的500HZ-1000HZ的高频成分进行预滤波效果最佳。而后续的检测信号采 样，则是根据香农采样定理得出。

实施例2：

上述中，所述调试流程的步骤F具体包括，

F1)将经A/D采样后的检测信号进行数据缓存区；

F2)通过逼近法得到满足滤波指标的Ellipt低通滤波器算法的传递函数；

所述滤波流程的步骤D具体包括，

D1)将经A/D采样后的检测信号进行数据缓存区；

D2)应用调试流程得到的Ellipt低通滤波器算法的传递函数对检测信号进 行数字滤波。

本实施例提供了一种适于然间获得、执行具体Ellipt低通滤波器算法的传递 函数的方法。由于传统上椭圆滤波器的传递函数是一种较复杂的函数，若是利 用传统的设计方法进行电路网络综合要进行繁琐的计算,还要根据计算结果进 行查表，,整个设计、调整都十分困难和繁琐。因此将该计算转化为软件可模拟 逼近则会大幅提高设计效率。

实施例3：

上述中，所述调试流程的步骤D-F由计算机实现；所述滤波流程的步骤D 由DSP处理器实现。Ellipt低通滤波器算法的传递函数的逼近由于处理量大，可 选用外部计算机来实现，例如计算机上运行的MATLAB设计椭圆滤波器可以大 大简化设计过程。

实施例4：

上述中，所述调试流程的步骤D选用4-8阶的Ellipt低通滤波器算法获取满 足滤波指标的传递函数。

采用多阶的Ellipt低通滤波器可确保更好的滤波效果，通常的，在通带和阻 带内波纹固定时，阶数越高，过渡带越窄。但阶数越高滤波处理速度也会收到 影响。最佳的根据滤波质保进行4-8阶的Ellipt低通滤波器算法毕竟得到传递函 数的参数后求加权平均数，可达到上述效果的平衡。

如图3所示，本发明还涉及一种应用于EPS电源系统的滤波电路，包括信 号获取模块、低通滤波模块及数字滤波器模块；所述数字滤波器模块包括A/D 采样单元及椭圆滤波器单元；

所述信号获取模块，用于获取EPS电源系统检测信号而后转到低通滤波模 块；

所述低通滤波模块，用于滤除检测信号中高频成分而后转到数字滤波器模 块的A/D采样单元；

所述A/D采样单元，用于对低通滤波模块传来的检测信号进行A/D采样， 而后转到椭圆滤波器单元；

所述椭圆滤波器单元，用于将满足滤波指标的Ellipt低通滤波器算法的传递 函数对检测信号进行数字滤波递；所述滤波指标为，输出符合通带边界频率范 围于50-150Hz、通带增益范围为1.0-0.9，阻带增益范围为40-80db。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：选用了椭圆滤波器单元作为数 字滤波器，并进一步根据EPS电源系统的特性结合大量实验确定了滤波指标， 根据该滤波指标获取对应适合的Ellipt低通滤波器算法的传递函数，进而应用到 电路中后，对检测信号滤波即可在保留有效信号的同时，更好的消除低频干扰。

实施例1：

参见图4，上述中，所述信号获取模块包括电压获取单元及电流获取单元； 所述低通滤波模块包括第一RC低通滤波器单元及第二RC低通滤波器单元；所 述EPS电源系统检测信号分为EPS电源系统电压检测信号及EPS电源系统电流 检测信号；所述EPS电源系统电压检测信号输入电压获取单元后通过第一RC 低通滤波单元传输至数字滤波器模块的A/D采样单元；所述EPS电源系统电压 检测信号输入电流获取单元后通过第二RC低通滤波单元传输至数字滤波器模 块的A/D采样单元；所述低通滤波模块用于滤除检测信号中高于500HZ-1000HZ 的高频成分。

本实施例中采用了RC电路作为低通滤波模块，采用RC电路可根据公式

fs＝1/2πRC≤500-1000Hz

计算得到电阻R与电容C的值，具备电路简单的好处。

而EPS电源系统检测信号则分成了EPS电源系统电压检测信号及EPS电源 系统电流检测信号两路，通过对电流电压的分别采集可更好的确保数字滤波器 的滤波效果。

实施例2：

参见图5，上述中，还包括电压输出限幅模块及电流输出限幅模块；所述电 压获取单元包括电压比例放大器及电压跟随器；

所述电流获取单元包括电流比例放大器及电流跟随器；所述EPS电源系统 电压检测信号输入电压比例放大器，电压比例放大器还输入有偏置信号，电压 比例放大器与电压跟随器相连，电压跟随器连接第一RC低通滤波单元，第一 RC低通滤波单元连接电压输出跟随模块，电压输出跟随模块连接数字滤波器模 块的A/D采样单元；

所述EPS电源系统电流检测信号输入电流比例放大器，电流比例放大器还 输入有偏置信号，电流比例放大器与电流跟随器相连，电流跟随器连接第二RC 低通滤波单元，第二RC低通滤波单元连接电流输出跟随模块，电流输出跟随模 块连接数字滤波器模块的A/D采样单元。

该电路具备构成简单且安全性高的优点。

实施例3：

上述中，所述电流比例放大器、电流跟随器、流比例放大器、电流跟随器 各包括一运算放大器；所述电压输出限幅模块及电流输出限幅模块各包括一组 相反设置、分别接地与电源的二极管。

实施例4：

上述中，所述数字滤波模块包括型号为TMS320F28016的信号处理芯片。

TMS320F28016的信号处理芯片是一个具备了A/D采样I/O口并具备充足的 计算能力，可很好的满足数字滤波器计算的需求。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利 用本发明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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。