一種有源濾波器及通信系統的製作方法
2023-08-02 17:42:51
一種有源濾波器及通信系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種有源濾波器及通信系統，所述有源濾波器包括：主電路以及控制電路；所述控制電路用於檢測轉換電路輸入端的負極輸出的第一電流以獲取所述第一電流中的諧波分量，並根據所述諧波分量，生成控制信號；所述主電路用於在所述控制信號的控制下，生成與所述諧波分量的相位相反的第二電流，以使所述第一電流和所述第二電流流經電源之後形成的源電流為直流。採用本發明所提供的有源濾波器，可以實現對低頻噪聲的有效抑制。
【專利說明】一種有源濾波器及通信系統
【技術領域】
[0001]本發明實施例涉及通信技術，尤其涉及一種有源濾波器及通信系統。
【背景技術】
[0002]在現有的通信系統中，如圖1所示，通常包括:轉換電路2，負載3和電源4 ;其中，電源4通常提供48V的輸入電壓，實際應用時可能在36 - 60V之間變動，轉換電路2 —般為直流/直流(DC/DC)轉換電路，轉換電路2將電源4提供的電流轉換以後，將轉換後的電流提供給負載3並給負載3供電，負載3可以是實際的通信系統中的各種通信設備，這裡不做限定；然而，由於某些通信設備在不同的工作場景下，其電流變化巨大，使得負載3表現為周期性變化的非線性負載，進而引起轉換電路輸入的電流的低頻波動，而電流的波動會在供電母線的寄生阻抗上感應出電壓，也就是低頻噪聲，因為供電母線還同時連接到其他通信設備，故該低頻噪聲會竄入到其他通信設備，幹擾其它通信設備的正常工作，因此，在通信系統中需要消除因為負載3的非線性而引起的低頻噪聲。
[0003]為了解決上述問題，現有技術中採用無源低頻濾波方案，即在通信系統中設置低通濾波器，實現對低頻噪聲的濾波，這裡沒有示出，可以參考現有技術，其中，該低通濾波器通常是電感、電容和/或電阻的組合而成的濾波電路。
[0004]採用無源濾波器時，由於電感和電阻是串聯在供電母線中，考慮到損耗問題，該電感和電阻的取值不能過大，因此，導致了所需的電容容量非常大，從而使得該低通濾波器體積龐大，進而無法滿足通信系統小型化的需求。
【發明內容】
[0005]本發明實施例提供一種有源濾波器及通信系統，以實現對低頻噪聲的有效抑制，以及滿足通信系統小型化的需求。
[0006]第一方面，本發明實施例提供了一種有源濾波器，所述有源濾波器並聯在電源和轉換電路的輸入端之間，其中，所述有源濾波器的輸入端分別耦合至所述電源的正極以及所述轉換電路輸入端的正極，所述有源濾波器的輸出端分別耦合至所述電源的負極以及所述轉換電路輸入端的負極，所述有源濾波器包括:主電路以及控制電路；所述控制電路用於檢測所述轉換電路輸入端的負極輸出的第一電流以獲取所述第一電流中的諧波分量，並根據所述諧波分量，生成控制信號；所述主電路用於在所述控制信號的控制下，生成與所述諧波分量的相位相反的第二電流，以使所述第一電流和所述第二電流流經所述電源之後形成的源電流為直流。
[0007]在第一方面的第一種可能的實施方式中，所述控制信號包括第一控制信號和第二控制信號，所述第二控制信號為所述第一控制信號的反相信號；所述主電路包括:全橋電路，電感和電容，所述全橋電路包括第一開關管、第二開關管、第三開關管和第四開關管，其中，由所述第一開關管和所述第四開關管組成的串聯電路分別與所述電容以及由所述第二開關管和第三開關管組成的串聯電路相併聯，所述電感一端耦合至所述第一開關管和所述第四開關管之間的一個節點，所述電感的另一端耦合作為所述有源濾波器的輸入端；所述第二開關管和所述第三開關管之間的一個節點作為所述有源濾波器的輸出端，所述第一開關管和所述第三開關的控制端分別接收所述第一控制信號，所述第二開關管和所述第四開關的控制端分別接收與所述第二控制信號；所述主電路用於在所述控制信號的控制下，通過對所述全橋電路進行導通切換，從而對所述電感以及所述電容的充放電進行控制，以生成所述第二電流。
[0008]在第一方面的第二種可能的實施方式中，所述控制信號包括第一控制信號和第二控制信號，所述第二控制信號為所述第一控制信號的反相信號；所述主電路包括電感，電容，第五開關管和第六開關管，其中，所述第六開關管與由所述電容以及所述第五開關管組成的串聯電路並聯，且所述第六開關管的一端耦合至所述電感的一端，所述第六開關管的另一端作為所述有源濾波器的輸出端，所述電感的另一端作為所述有源濾波器的輸入端，所述第五開關管的控制端接收所述第一控制信號，所述第六開關管的控制端接收所述第二控制信號；所述主電路用於在所述控制信號的作用下，通過對所述第五開關管和所述第六開關管進行導通切換，從而對所述電感以及所述電容的充放電進行控制，以生成所述第二電流。
[0009]結合第一方面的第一種可能的實施方式或者第一方面的第二種可能的實施方式，在第一方面的第三種可能的實施方式中，所述控制電路包括:高通濾波器、加法器、第一比例積分控制器、第二比例積分控制器、電壓比較器和反相器；其中，所述高通濾波器用於接收所述第一電流並進行濾波，以得到所述諧波分量；所述加法器用於分別接收所述諧波分量以及所述第二電流並進行相加，得到第三電流；所述第一比例積分控制器用於分別接收預設的第一參考電壓以及所述主電路的輸出電壓，並將所述第一參考電壓減去所述輸出電壓之後再進行第一比例積分，得到第四電流，其中，所述主電路的輸出電壓為所述電容兩端的電壓；所述第二比例積分控制器用於分別接收所述第三電流以及所述第四電流，並將所述第四電流減去所述第三電流之後再進行第二比例積分，得到第一比較電壓；所述電壓比較器用於將所述第一比較電壓與預設的第二參考電壓進行比較，根據比較結果生成所述第一控制信號；所述反相器用於反轉所述第一控制信號的相位，得到所述第二控制信號。
[0010]結合第一方面的第三種可能的實施方式，在第一方面的第四種可能的實施方式中，所述第二參考電壓為周期性的三角波信號，則任一周期內，所述電壓比較器具體用於:若所述第一比較電壓高於所述三角波信號的電平，則生成用於關斷所述第一開關管和所述第三開關管，或者關斷所述第五開關管的所述第一控制信號；若所述第一比較電壓低於所述三角波信號的電平，則生成用於導通所述第一開關管和所述第三開關管，或者導通所述第五開關管的所述第一控制信號。
[0011]結合第一方面的第一種可能的實施方式或者第一方面的第二種可能的實施方式，在第一方面的第五種可能的實施方式中，所述控制電路包括:高通濾波器、加法器、第一比例積分控制器、滯環比較器和反相器；其中，所述高通濾波器用於接收所述第一電流並進行濾波，以得到所述諧波分量；所述加法器用於分別接收所述諧波分量以及所述第二電流並進行相加，得到第三電流；所述第一比例積分控制器用於分別接收第一參考電壓以及所述主電路的輸出電壓，並將所述第一參考電壓減去所述輸出電壓之後進行第一比例積分，得到第四電流，其中，所述主電路的輸出電壓為所述電容兩端的電壓；所述滯環比較器用於將所述第三電流與所述第四電流進行比較，根據比較結果生成所述第一控制信號；所述反相器用於反轉所述第一控制信號的相位，得到所述第二控制信號。
[0012]結合第一方面的第五種可能的實施方式，在第一方面的第六種可能的實施方式中，所述滯環比較器具體用於:若所述第三電流大於所述第四電流，則生成用於導通所述第一開關管和所述第三開關管，或者導通所述第五開關管的所述第一控制信號；若所述第三電流小於所述第四電流，則生成用於關斷所述第一開關管和所述第三開關管，或者關斷所述第五開關管的所述第一控制信號。
[0013]結合第一方面的第一種可能的實施方式至第一方面的第六種可能的實施方式中的任一種實施方式，在第一方面的第七種可能的實施方式中，所述電感為濾波電感，所述電容為一個或一組儲能電容。第二方面，本發明提供了一種通信系統，所述通信系統包括:電源，轉換電路，非線性負載以及如本發明第一方面及第一方面的第一種可能的實施方式至第七種可能的實施方式中的任一實施方式所提供的有源濾波器；所述電源用於輸出所述源電流；所述轉換電路用於通過輸入端接收所述源電流，並進行直流/直流轉換之後，通過輸出端輸出轉換後的電流給所述非線性負載以給所述非線性負載供電。
[0014]在第二方面的第一種可能的實施方式中，其特徵在於，所述通信系統還包括:電磁幹擾濾波器；所述電磁幹擾濾波器並聯在所述電源與所述有源濾波器之間，用於抑制所述通信系統中的高頻幹擾。
[0015]本發明實施例的有源濾波器及通信系統，由於採用源濾波器進行濾波，避免引入無源濾波器和大電容，有源濾波器體積較小，且能有效抑制非線性負載引起的低頻噪聲，滿足了通信系統小型化的需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為現有的通信系統的結構示意圖；
[0018]圖2為本發明實施例提供的採用無源濾波器的通信系統的結構示意圖；
[0019]圖3為本發明實施例提供的一種無源濾波器的主電路的示意圖；
[0020]圖4為本發明實施例提供的另一種無源濾波器的主電路的示意圖；
[0021]圖5為本發明實施例提供的一種無源濾波器的控制電路的示意圖；
[0022]圖6為圖5所示的控制電路生成第一控制信號的時序邏輯圖；
[0023]圖7為本發明實施例提供的另一種無源濾波器的控制電路的示意圖；
[0024]圖8為圖7所示的控制電路生成第一控制信號的時序邏輯圖；
[0025]圖9為本發明實施例提供的另一種採用無源濾波器的通信系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0027]如圖2所示，本發明實施例提供了一種通信系統，包括:有源濾波器1，轉換電路2，負載3和電源4 ;其中，所述有源濾波器I的輸入端分別耦合至所述電源4的正極以及所述轉換電路2輸入端的正極，所述有源濾波器I的輸出端分別耦合至所述電源4的負極以及所述轉換電路2輸入端的負極，所述轉換電路2的輸出端的正極耦合至所述負載3的正極，所述轉換電路2的輸出端的負極耦合至所述負載3的負極，從而形成導電迴路。所述電源4用於輸出源電流；所述轉換電路2用於通過輸入端接收所述源電流，並進行直流/直流轉換之後，通過輸出端輸出轉換後的電流給所述負載3以給所述負3載供電.
[0028]所述有源濾波器I包括:主電路11，控制電路12 ;
[0029]在本實施例中，電源4輸出的源電流可以標示為IS，轉換電路2的輸出端與非線性的負載3相耦合，其輸入負載3的電流在因為負載3的非線性而引起低頻波動後，從轉換電路的輸入端的負極輸出並回流至電源4的第一電流中包括直流分量和交流分量(也叫諧波分量)，這裡將第一電流標示為IL，將第一電流IL的直流分量標示為ILdc，將第一電流IL的諧波分量標示為ILA。;另外，將有源濾波器I輸出的第二電流標示為IF。
[0030]其中，源電源IS、第一電流IL和第二電流IF的關係如公式⑴所示:
[0031]IS = IF+IL (I)
[0032]另外，第一電流IL包括直流分量ILdc和諧波分量IL Ac,如公式⑵所示:
[0033]IL = I Ldc+I Lac (2)
[0034]將公式⑵代入公式⑴中，則可以得到公式(3):
[0035]IS = IF+ILdc+ILac (3)
[0036]由此可知，理想情況下，為了抑制低頻噪聲，即消除由非線性的負載3所引起的電流波動，使得從電源4輸出的源電流IS接近直流，即IS = ILDC，則有源濾波器I的需要輸出與諧波分量ILac相位相反的第二電流IF，以抵消所述諧波分量ILac,即第二電流IF滿足公式⑷:
[0037]IF+ILac= O (4)
[0038]以下結合本實施例的有源濾波器I的主電路11和控制電路12，對如何抑制低頻噪聲做詳細說明:
[0039]本實施例中，所述控制電路12可以用於檢測所述轉換電路2輸入端的負極輸出的第一電流IL以獲取所述第一電流中的諧波分量ILa。，並根據所述諧波分量ILa。，生成控制信號;
[0040]所述主電路11用於在所述控制信號的控制下，生成與所述諧波分量11^的相位相反的第二電流IF，以使所述第一電流IL和所述第二電流IF流經所述電源之後形成的源電流IS為直流。
[0041]本實施例的通信系統中，由於採用有源濾波器I生成與諧波分量ILac相位相反的第二電流IF，中和了因為負載4的非線性而引起的電流波動，抑制了通信系統的低頻噪聲，避免對通信系統的其他通信設備造成幹擾。
[0042]在本實施例的一種實施方式中，所述主電路11具體結構可以如圖3所示，圖3中，所述主電路11可以包括:
[0043]電感111，全橋電路112和電容113，所述全橋電路112可以包括第一開關管Ql、第二開關管Q2、第三開關管Q3和第四開關管Q4。需要說明的是，本領域技術人員應當知道，本發明實施例的全橋電路112中的開關管可以是現有技術中各種包括控制端的開關管，例如金屬氧化物半導體(Metal Oxide Semiconductor, MOS)管，電晶體，場效應電晶體等，電感111可以為濾波電感，電容113可以由一個或者一組儲能電容組成，關於全橋電路對於濾波電感和儲能電容的參數的要求，具體可以參考在先技術，此外，控制電路12所生成的控制信號具體可以包括第一控制信號和第二控制信號，其中，第二控制信號為第一控制信號的反相信號，圖3中是以N型MOS (NMOS)管示例性地說明主電路11中的各個開關管，其中，每個NMOS管可以通過柵極(即控制端)接收控制信號以控制NMOS管的源極和漏極之間的導通，圖3中，分別用V_GATE1、V_GATE2、V_GATE3和V_GATE4標示各個NMOS管柵極的控制信號，其中V_GATE1、和V_GATE3為第一控制信號，V_GATE2和V_GATE3為第二控制信號，當控制信號為高電平時，?OS管導通，當控制信號為低電平時，NMOS管關斷，其它的開關管如P型MOS(PMOS)管，電晶體等工作原理與之類似，可以參考現有技術，這裡不再詳述。
[0044]具體地，在全橋電路112中，由所述第一開關管Ql和所述第四開關管Q4組成的串聯電路分別與所述電容113以及由所述第二開關管Q2和所述第三開關管Q3組成的串聯電路相併聯，所述電感111 一端耦合至所述第一開關管Ql和所述第四開關管Q4之間的一個節點a，所述電感111的另一端作為所述有源濾波器I的輸入端，分別耦合至所述電源4的正極以及所述轉換電路2輸入端的正極，即如圖2所示，共同耦合至一個節點c ;所述第二開關管Q2和所述第三開關管Q3之間的一個節點b作為所述有源濾波器I的輸出端，分別耦合至所述電源4的負極以及所述轉換電路2輸入端的負極，即如圖2所示，共同耦合至一個節點山所述第一開關管Ql和所述第三開關Q3的控制端分別接收所述第一控制信號，例如:V_GATE1和V_GATE3，所述第二開關管Q2和所述第四Q4開關的控制端分別接收與所述第二控制信號，例如:V_GATE2和V_GATE4，本領域技術人員應當知道，本發明實施例中所述的耦合，包括直接連接和間接連接等方式；
[0045]所述主電路11用於在所述控制信號的控制下，通過對所述全橋電路112進行導通切換，從而對所述電感111以及所述電容113的充放電進行控制，以生成所述第二電流IF。
[0046]這裡對主電路11如何控制全橋電路112的導通切換，進而控制所述電感111以及所述電容113的充放電過程做簡要說明:
[0047]I)當開關管Ql和Q3同時導通時，電感111放電，第二電流IF減小，同時電容113也放電，電容113的電壓(也可以成為主電路11的輸出電壓，這裡用VC標示)也降低，根據全橋電路的原理，由於開關管Q2和Q4的控制信號與開關管Ql和Q3的控制信號反相，此時開關管Q2和Q4同時關斷，後續對此將不做詳細說明，可以參考現有技術；
[0048]2)當開關管Q2和Q4同時導通時，過程剛好與I)相反，這時候電感111被充電，第二電流IF增加，同時電容113也被充電，輸出電壓VC增加。
[0049]由此可見，主電路11通過切換開關管(Q1、Q3)和開關管(Q2、Q4)的導通狀態，就可以對第二電流IF和輸出電壓VC的大小進行調節；
[0050]這種實施方式中，由於主電路11採用全橋逆變的實現方式，可以使主電路11承受的電壓應力和損耗降低，因此，採用這種主電路11的有源濾波器可以用於較高電壓的場景。
[0051]在本實施例的另一種實施方式中，所述主電路11具體電路結構還可以如圖4所示，圖4中，所述主電路11包括電感111，電容113，第五開關管Q5和第六開關管Q6，其中，所述第六開關管Q6與由所述電容113以及所述第五開關管Q5組成的串聯電路相併聯，且所述第六開關管Q6的一端耦合至所述電感11的一端，所述第六開關管Q6的另一端分別耦合至所述電源4的負極以及所述轉換電路2輸入端的負極，即如圖2所示，共同耦合至節點d，所述電感111的另一端分別耦合至所述電源4的正極以及所述轉換電路2輸入端的正極，即如圖2所示，共同耦合至節點d，同樣地，這裡的電感111可以為濾波電感，電容113可以由一個或者一組儲能電容組成，控制電路12所生成的控制信號也可以包括第一控制信號和第二控制信號，第二控制信號為第一控制信號的反相信號，此時，所述第五開關管Q5的控制端接收所述第一控制信號，例如V_GATE1，所述第六開關管Q6的控制端接收所述第二控制信號，例如V_GATE2 ；
[0052]所述主電路11用於在所述控制信號的作用下，通過對所述第五開關管Q5和所述第六開關管Q6進行導通切換，從而對所述電感111以及所述電容113的充放電進行控制，以生成所述第二電流IF。
[0053]主電路11通過對所述第五開關管Q5和所述第六開關管Q6進行導通切換，進而控制所述電感111以及所述電容113的充放電過程如下:
[0054]當所述第五開關管Q5導通時，電感111被放電，第二電流IF減小，電容113也被放電，電容113的電壓VC降低；
[0055]當所述第六開關管Q6導通時，電感111被充電，第二電流IF增加，電容113的電壓VC增加。
[0056]進一步地，這裡結合圖3和圖4，對本發明實施例中的控制電路12的具體結構進行說明，在本發明實施例的一種實施方式中，如圖5所示，所述控制電路12包括:高通濾波器121、加法器122、第一比例積分控制器123、第二比例積分控制器124、電壓比較器125和反相器126，所述控制電路12可以用於對圖3所示的主電路11進行控制，也可以對圖4所示的主電路11進行控制；其中，
[0057]所述高通濾波器121用於接收所述第一電流IL並進行濾波，以得到所述諧波分量ILac，其中，利用高通濾波器121進行高通濾波是為了去除一些不必要的或者影響甚微的低頻成分，得到能夠反映通信系統中當前的電流波動的高頻成分，其濾波參數可以根據經驗值或者仿真計算等確定，具體可以參考在先技術，這裡不做限定；
[0058]所述加法器122用於通過兩個輸入端分別接收所述諧波分量ILacW及所述第二電流IF並進行相加，得到第三電流IDIFF並輸出；
[0059]所述第一比例積分控制器123用於分別接收預設的第一參考電壓VC_REF以及所述主電路11的輸出電壓VC，即所述電容113兩端的電壓￥(:，並將所述第一參考電壓￥(:_1--減去所述輸出電壓VC之後再進行第一比例積分，得到第四電流IREF，本領域技術人員應當知道，所述第一參考電壓VC_REF具體可以根據經驗值設定，或者通過仿真、測試等手段確定；所述第一比例積分器123還可以稱為電壓環的比例積分器，具體可以劃分為第一減法器1231和第一比例積分調節器1232，利用所述第一減法器1231的兩個輸入端分別接收所述第一參考電壓VC_REF以及所述輸出電壓VC，進行減法運算之後再由第一比例積分調節器1232對所述第一參考電壓VC_REF減去所述輸出電壓VC之後的差值進行第一比例積分，得到所述第四電流IREF並輸出，這裡不再詳述，具體可以參考現有技術，所述第一比例積分控制器123的增益(包括積分增益和比例增益)針對不同的應用場景，可以預設不同的增益函數，本領域技術人員應當知道，設定增益函數的原則，通常在確保通信系統的電流環路穩定的前提下，增益越大越好即可，這裡不做具體限定；
[0060]所述第二比例積分控制器124用於分別接收所述第三電流IDIFF以及所述第四電流IREF，並將所述第四電流IREF減去所述第三電流IDIFF之後再進行第二比例積分，得到第一比較電壓V_CON，同上，所述第二比例積分器124可以稱之為電流環的比例積分器，具體也可以劃分為第二減法器1241和第二比例積分調節器1242，所述第一比例積分控制器123的增益針對不同的應用場景，也可以預設不同的增益函數；
[0061]所述電壓比較器125通過反相輸入端接收所述第一比較電壓V_CON，通過同相輸入端接收預設的第二參考電壓V_TRI，用於將所述第一比較電壓V_CON與所述第二參考電SV_TRI進行比較，根據比較結果生成所述第一控制信號，並將所述第一控制信號分別提供給圖3中所示的所述第一開關管Ql和所述第三開關管Q3以控制所述第一開關管Ql和所述第三開關管Q3的導通，或者提供給圖4中所示的所述第五開關管Q5以控制所述第五開關管Q5的導通，應當知道，電壓比較器125的原理在於:當同相輸入端電壓大於反相輸入端電壓時，輸出高電平信號，當同相輸入端電壓小於反相輸入端電壓時，輸出低電平信號，本實施例中，可選的，所述電壓比較器125還可以通過同相輸入端接收所述第一比較電壓V_CON，通過反相輸入端接收預設的第二參考電壓V_TRI，只是比較時的邏輯相反，本實施例對此並不做限定；
[0062]所述反相器126用於反轉所述第一控制信號的相位，生成所述第二控制信號，並將所述第二控制信號分別提供給圖3中所示的所述第二開關管Q2和所述第四開關管Q4以控制所述第二開關管Q2和所述第四開關管Q4的導通，或者提供給圖4中所示的所述第六開關管Q6以控制所述第六開關管Q6的導通；
[0063]可選地，所述控制電路12中還可以包括參考電壓源128，用於提供所述第一參考電壓 VC_REF ；
[0064]可選地，所述控制電路12中還可以包括信號發生器127，用於提供所述第二參考電壓V_TRI，示例性地，所述信號發生器127可以是三角波發生器，或者是其它波形的信號發生器。
[0065]具體地，所述第二參考電壓V-TRI可以為周期性的三角波信號，則在所述三角波信號的任一周期內，所述電壓比較器125根據比較結果生成所述第一控制信號包括:
[0066]若所述第一比較電壓V_CON高於所述三角波信號V_TRI的電平，則生成可以關斷所述第一開關管Ql和所述第三開關管Q3，或者關斷所述第五開關管Q5的第一控制信號；
[0067]若所述第一比較電壓V_CON低於所述三角波信號V_TRI的電平，則生成可以導通所述第一開關管Ql和所述第三開關管Q3，或者導通所述第五開關管Q5控制信號；
[0068]需要說明的是，在本實施例中，第二比例積分調節器124的帶寬遠大於第一比例積分控制器123的帶寬，從而保證在幾個開環周期以內，第一比例積分控制器123輸出的第四電流IREF可以為恆定值，但是，如果在較長的時間內，電容113的電壓VC發生變化，例如:電壓VC降低了，則會通過第二比例積分控制器使得第四電流IREF上升，同時導致第一比較電壓V_CON也上升，電壓比較器125判斷出第一比較電壓V_CON大於預設三角波信號V_TRI，則生成可以關斷所述第一開關管Ql和所述第三開關管Q3，或者關斷所述第五開關管Q5的第一控制信號，同時反相器126生成可以導通第二開關管Q2和第四開關管Q4，或者第六開關管Q6的第二控制信號，進而使得主電路11中的電感111被充電，同時電容113被充電，相應的，電容113的電壓VC也會增加，從而使第一比例積分控制器123輸出的第四電流IREF和電容113的電壓VC保持恆定。
[0069]下面以第一開關管Ql和所述第三開關管Q3，或者第五開關管Q5為NMOS管且所述電壓比較器125通過反相輸入端接收所述第一比較電壓V_C0N，通過同相輸入端接收預設的第二參考電壓V_TRI為例，並結合圖6，對生成第一控制信號的原理做進一步說明:
[0070]首先需要說明的是，NMOS管的導通特性包括:當柵極電壓為高電平時，NMOS管的源漏極之間導通，當柵極電壓為低電平時，NMOS管的源漏極之間關斷，對於其它的類型開關管，例如:PM0S管，則與NMOS管相反，當其柵極電壓為高電平時，其源漏極之間關斷，當其柵極電壓為低電平時，其源漏極之間導通，在這種情形下，所述電壓比較器125則需要通過同相輸入端接收所述第一比較電壓V_C0N，通過反相輸入端接收第二參考電壓V_TRI，本領域技術人員可以據此進行擴展，因此，本發明實施例的開關管並不局限於PMOS管或者NOMS管；
[0071]在實際電路中，由於主電路11中的器件會不可避免地產生一些能量損耗，這部分能量損耗需要得到補償，否則主電路11中的電容113的電壓VC會跌落，一旦電壓VC跌落小於母線電壓的上限值時，將會導致主電路11中的電感111的電流無法進行放電，從而使主電路11起不到濾波效果，因此，為了保持電容113的電壓VC，理論上，第一電流IL的諧波分量ILa。和第二電流IF之間需要滿足的關係如公式(5)所示:
[0072]IF+ILac= IREF (5)
[0073]其中，IREF即為第四電流；
[0074]因此，為了使有源濾波器I能夠抑制負載3引起的低頻噪聲，控制電路12在控制過程中就需要利用公式(5)所示的原理進行控制，具體來說，就是需要實時獲取第二電流IF和諧波分量ILa。的和，即第三電流IDIFF，然後利用第四電流IREF作為參考值，使第三電流IDIFF實時跟蹤第四電流IREF，由於第一比較電壓V_C0N與第三電流IDIFF和第四電流IREF的差值之間可以看成類似正比的關係，因此，所述電壓比較器125生成第一控制信號的過程如下:
[0075]當第一比較電SV_C0N大於三角波信號V_TRI的電平時，說明實時的第三電流IDIFF小於第四電流IREF，因此，需要增大第二電流IF，使得實時的第三電流IDIFF接近第四電流IREF，即需要控制主電路11中的電感111和/或電容113處於充電狀態，從而增加實時的第二電流IF，則所述電壓比較器125會生成低電平的第一控制信號，以使NMOS管關斷；
[0076]當第一比較電SV_C0N小於三角波信號V_TRI的電平時，說明實時的第三電流IDIFF大於第四電流IREF，因此，需要降低第二電流IF，即使主電路11中的電感111和/或電容113處於放電狀態，從而降低實時的第二電流IF，則所述電壓比較器125會生成高電平的第一控制信號，以使NMOS管導通，這種控制方式屬於脈衝寬度調製(Pulse-WidthModulat1n, PWM)方式，適合濾波指標要求略低的場景；
[0077]由於控制第二開關管Q2和第四開關管Q4，或者第六開關管Q6的第二控制信號是所述第一控制信號的的反相信號，它們的控制邏輯剛好相反，這裡就不再贅述。
[0078]應當知道，上述生成第一控制信號的過程是以NMOS管為例的，如果第一開關管Ql和所述第三開關管Q3，或者第五開關管Q5均為PMOS管，則需要利用所述電壓比較器125的同相輸入端接收所述第一比較電壓V_C0N，以及利用反相輸入端接收第二參考電壓V_TRI，從而使得生成的第一控制信號的電平剛好相反。
[0079]進一步地，在本發明實施例的另一種實施方式中，如圖7所示，還提供了一種控制電路12，這裡繼續結合圖3和圖4，對圖7所示的的控制電路12的具體結構進行說明，所述控制電路12可以用於對圖3所示的主電路11進行控制，也可以對圖4所示的主電路11進行控制，所述控制電路12包括:高通濾波器121、加法器122、第一比例積分控制器123、滯環比較器124A和反相器126，為了便於描述，對於與圖5所示的控制電路12中的相同器件，這裡採用了相同的編號進行標示，具體可以參考前述實施方式中關於這些器件的描述；其中，
[0080]所述高通濾波器121用於接收所述第一電流IL並進行濾波，以得到所述諧波分量ILac;
[0081]所述加法器122用於分別接收所述諧波分量ILac以及所述第二電流IF並進行相加，得到第三電流IDIFF ;
[0082]所述第一比例積分控制器123用於分別接收預設的第一參考電壓VC_REF以及所述主電路11的輸出電壓VC，並將所述第一參考電壓VC_REF減去所述輸出電壓VC之後再進行第一比例積分，得到第四電流IREF ；
[0083]所述滯環比較器124A，用於對所述第三電流IDIFF和所述第四電流IREF進行比較，並根據比較結果生成所述第一控制信號，並將所述第一控制信號分別提供給所述第一開關管Ql和所述第三開關管Q3以控制所述第一開關管Ql和所述第三開關管Q3的導通，或者提供給所述第五開關管Q5以控制所述第五開關管Q5的導通，需要說明的是，採用滯環比較的控制方式，使得控制電路對第一電流IL的跟蹤速度更快，有利於改善濾波性能，且適合濾波要求略高，而成本要求較低的場景；
[0084]所述反相器126用於反轉所述第一控制信號的相位，生成所述第二控制信號，並將所述第二控制信號分別提供給所述第二開關管Q2和所述第四開關管Q4以控制所述第二開關管Q2和所述第四開關管Q4的導通，或者提供給所述第六開關管Q6以控制所述第六開關管Q6的導通；
[0085]可選地，所述控制電路12中還可以包括參考電壓源128，用於提供所述第一參考電壓 VC_REF。
[0086]具體地，所述滯環比較器124A根據比較結果生成所述第一控制信號包括:
[0087]若所述第三電流IDIFF大於所述第四電流IREF，則生成可以導通所述第一開關管Ql和所述第三開關管Q3，或者導通所述第五開關管Q5的第一控制信號，進而使主電路11中的電感111和/或電容113處於放電狀態，降低實時的第二電流IF ；
[0088]若所述第三電流IDIFF小於所述第四電流IREF，則生成可以關斷所述第一開關管Ql和所述第三開關管Q3，或者關斷所述第五開關管Q5的第一控制信號，進而使主電路11中的電感111和/或電容113處於充電狀態，從而增加實時的第二電流IF。
[0089]下面仍然以所述第一開關管Ql和所述第三開關管Q3，或者所述第五開關管Q5分別為NMOS管為例，並結合圖8，對所述滯環比較器124A生成第一控制信號的原理做進一步說明:
[0090]如前所述，主電路11在抑制低頻噪聲時，需要使第三電流IDIFF實時跟蹤第四電流IREF，因此，所述滯環比較器124A生成第一控制信號的過程如下:
[0091]當第三電流IDIFF大於第四電流IREF與一個預設的回差值hys之和時，即滿足:
[0092]I_DIFF>IREF+hys (6)
[0093]為了跟蹤第四電流IREF，需要通過降低第二電流IF，使得實時的第三電流IDIFF接近第四電流IREF，即需要控制主電路11中的電感111和/或電容113處於放電狀態，從而降低實時的第二電流IF，則所述滯環比較器124A會生成高電平的第一控制信號，其中，回差值hys通常設置為一個微小量，其具體設置以及滯環比較的原理可以參考現有技術；
[0094]當第三電流IDIFF小於第四電流IREF與回差值hys之差時，即
[0095]I_DIFF<IREF-hys (7)
[0096]需要增大第二電流IF，使實時的第三電流IDIFF接近第四電流IREF，即需要控制主電路11中的電感111和/或電容113處於充電狀態，從而增大實時的第二電流IF，則所述滯環比較器124A會生成低電平的第一控制信號；
[0097]本發明實施例中，控制第二開關管Q2和第四開關管Q4，或者第六開關管Q6的第二控制信號是所述第一控制信號的的反相信號，它們的控制邏輯剛好相反，這裡也不再贅述。
[0098]進一步地，可選擇性地，如圖9所示的採用無源濾波器的通信系統中，還可以包括:電磁幹擾濾波器5，其餘元件參考圖2 ;
[0099]所述電磁幹擾濾波器5並聯在所述電源4與所述有源濾波器I之間，用於抑制所述通信系統中的高頻幹擾。
[0100]在本實施例中，控制電路12通過生成控制信號，控制主電路11生成與諧波分量11^的相位相反的第二電流IF以中和該諧波分量ILac，實現對非線性的負載3引起的低頻噪聲的有效抑制，從而解決了現有技術中濾波器體積龐大、無法滿足大功率設備的濾波要求等缺陷，保證了輸入的電流接近直流。另外，相對於現有技術中通信設備採用的無源濾波器，本實施例提供的有源濾波器，一方面可以顯著降低通信系統的成本，另一方面由於該有源濾波器的體積較小，可以滿足小型化，大功率的通信系統的濾波要求。最後應說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。
【權利要求】
1.一種有源濾波器，其特徵在於，所述有源濾波器並聯在電源和轉換電路的輸入端之間，其中，所述有源濾波器的輸入端分別耦合至所述電源的正極以及所述轉換電路輸入端的正極，所述有源濾波器的輸出端分別耦合至所述電源的負極以及所述轉換電路輸入端的負極，所述有源濾波器包括:主電路以及控制電路； 所述控制電路用於檢測所述轉換電路輸入端的負極輸出的第一電流以獲取所述第一電流中的諧波分量，並根據所述諧波分量，生成控制信號； 所述主電路用於在所述控制信號的控制下，生成與所述諧波分量的相位相反的第二電流，以使所述第一電流和所述第二電流流經所述電源之後形成的源電流為直流。
2.根據權利要求1所述的有源濾波器，其特徵在於，所述控制信號包括第一控制信號和第二控制信號，所述第二控制信號為所述第一控制信號的反相信號； 所述主電路包括: 全橋電路，電感和電容，所述全橋電路包括第一開關管、第二開關管、第三開關管和第四開關管，其中，由所述第一開關管和所述第四開關管組成的串聯電路分別與所述電容以及由所述第二開關管和第三開關管組成的串聯電路相併聯，所述電感一端耦合至所述第一開關管和所述第四開關管之間的一個節點，所述電感的另一端作為所述有源濾波器的輸入端；所述第二開關管和所述第三開關管之間的一個節點作為所述有源濾波器的輸出端，所述第一開關管和所述第三開關的控制端分別接收所述第一控制信號，所述第二開關管和所述第四開關的控制端分別接收與所述第二控制信號； 所述主電路用於在所述控制信號的控制下，通過對所述全橋電路進行導通切換，從而對所述電感以及所述電容的充放電進行控制，以生成所述第二電流。
3.根據權利要求1所述的有源濾波器，其特徵在於，所述控制信號包括第一控制信號和第二控制信號，所述第二控制信號為所述第一控制信號的反相信號； 所述主電路包括電感，電容，第五開關管和第六開關管，其中，所述第六開關管與由所述電容以及所述第五開關管組成的串聯電路並聯，且所述第六開關管的一端耦合至所述電感的一端，所述第六開關管的另一端作為所述有源濾波器的輸出端，所述電感的另一端作為所述有源濾波器的輸入端，所述第五開關管的控制端接收所述第一控制信號，所述第六開關管的控制端接收所述第二控制信號； 所述主電路用於在所述控制信號的作用下，通過對所述第五開關管和所述第六開關管進行導通切換，從而對所述電感以及所述電容的充放電進行控制，以生成所述第二電流。
4.根據權利要求2或3所述的有源濾波器，其特徵在於，所述控制電路包括:高通濾波器、加法器、第一比例積分控制器、第二比例積分控制器、電壓比較器和反相器；其中， 所述高通濾波器用於接收所述第一電流並進行濾波，以得到所述諧波分量； 所述加法器用於分別接收所述諧波分量以及所述第二電流並進行相加，得到第三電流； 所述第一比例積分控制器用於分別接收預設的第一參考電壓以及所述主電路的輸出電壓，並將所述第一參考電壓減去所述輸出電壓之後再進行第一比例積分，得到第四電流，其中，所述主電路的輸出電壓為所述電容兩端的電壓； 所述第二比例積分控制器用於分別接收所述第三電流以及所述第四電流，並將所述第四電流減去所述第三電流之後再進行第二比例積分，得到第一比較電壓； 所述電壓比較器用於將所述第一比較電壓與預設的第二參考電壓進行比較，根據比較結果生成所述第一控制信號； 所述反相器用於反轉所述第一控制信號的相位，得到所述第二控制信號。
5.根據權利要求4所述的有源濾波器，其特徵在於，所述第二參考電壓為周期性的三角波信號，則任一周期內，所述電壓比較器具體用於: 若所述第一比較電壓高於所述三角波信號的電平，則生成用於關斷所述第一開關管和所述第三開關管，或者關斷所述第五開關管的所述第一控制信號； 若所述第一比較電壓低於所述三角波信號的電平，則生成用於導通所述第一開關管和所述第三開關管，或者導通所述第五開關管的所述第一控制信號。
6.根據權利要求2或3所述的有源濾波器，其特徵在於，所述控制電路包括:高通濾波器、加法器、第一比例積分控制器、滯環比較器和反相器；其中， 所述高通濾波器用於接收所述第一電流並進行濾波，以得到所述諧波分量； 所述加法器用於分別接收所述諧波分量以及所述第二電流並進行相加，得到第三電流； 所述第一比例積分控制器用於分別接收第一參考電壓以及所述主電路的輸出電壓，並將所述第一參考電壓減去所述輸出電壓之後進行第一比例積分，得到第四電流，其中，所述主電路的輸出電壓為所述電容兩端的電壓； 所述滯環比較器用於將所述第三電流與所述第四電流進行比較，根據比較結果生成所述第一控制信號； 所述反相器用於反轉所述第一控制信號的相位，得到所述第二控制信號。
7.根據權利要求6所述的有源濾波器，其特徵在於，所述滯環比較器具體用於: 若所述第三電流大於所述第四電流，則生成用於導通所述第一開關管和所述第三開關管，或者導通所述第五開關管的所述第一控制信號； 若所述第三電流小於所述第四電流，則生成用於關斷所述第一開關管和所述第三開關管，或者關斷所述第五開關管的所述第一控制信號。
8.根據權利要求2至7中任一所述的有源濾波器，其特徵在於，所述電感為濾波電感，所述電容為一個或一組儲能電容。
9.一種通信系統，其特徵在於，所述通信系統包括:電源，轉換電路，非線性負載以及如權利要求1至8任一所述的有源濾波器； 所述電源用於輸出所述源電流； 所述轉換電路用於通過輸入端接收所述源電流，並進行直流/直流轉換之後，通過輸出端輸出轉換後的電流給所述非線性負載以給所述非線性負載供電。
10.根據權利要求9所述的通信系統，其特徵在於，所述通信系統還包括:電磁幹擾濾波器；所述電磁幹擾濾波器並聯在所述電源與所述有源濾波器之間，用於抑制所述通信系統中的高頻幹擾。
【文檔編號】H02M1/12GK104506026SQ201510003854
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月4日 優先權日:2015年1月4日
【發明者】楊丹, 王慶海, 朱勇發 申請人:華為技術有限公司