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一种用于有源电力 滤波器的数字滤波器

阅读：974发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种用于有源电力滤波器的数字滤波器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种用于有源电力滤波器的数字滤波器，包括：有源电力滤波器4个IGBT作为开关、4个EXB84l组成驱动电路，根据补偿电流与指令电流的关系，用数字信号处理器(DSP)控制PWM引脚的高低电平，并由驱动电路控制IGBT的通断，驱动电路同时对过流故障进行监测，由DSP采取封锁控制信号、停机处理。相对简单、实用，对被驱动的IGBT有完善的保护能力，输出阻抗低，具有较强的抗干扰性能。应用这种IGBT模块的有源滤波器的样机通过试验，证明硬件能够协调配合，控制效果稳定、精确，并且已经批量制板。，下面是一种用于有源电力滤波器的数字滤波器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于有源电力滤波器的数字滤波器，其特征在于，包括：有源电力滤波器4个IGBT作为开关、4个EXB84l组成驱动电路，根据补偿电流与指令电流的关系，用数字信号处理器(DSP)控制PWM引脚的高低电平，并由驱动电路控制IGBT的通断，驱动电路同时对过流故障进行监测，由DSP采取封锁控制信号、停机处理。
2.根据权利要求1所述的一种用于有源电力滤波器的数字滤波器，其特征在于：所述驱动电路需要4路相互隔离的直流电源为4路IGBT驱动电路供电，用220V/22V 变压器对4路交流电源分别整流，用电容器和78L24型电压调整器稳压后输出4路24V直流电压。
3.根据权利要求1所述的一种用于有源电力滤波器的数字滤波器，其特征在于：IGBT通常采用栅极电压驱动，它对栅极驱动电路有着特殊的要求；栅极驱动电压脉冲的上升率和下降率要足够大，导通时前沿很陡的栅极电压UGE可以使IGBT快速导通，并减小导通损耗，关断时，其栅极驱动电路要给IGBT提供一个下降很陡的关断电压，并在栅极和发射极之间施加一个适当的反向负偏压，以便使IGBT快速关断并减小关断损耗；IGBT导通后，栅极的驱动电压和电流要有足够的宽度，以保证IGBT在瞬时过载时未退出饱和区受到损坏；栅极驱动电压推荐值为15V±1.5V这个电压值使IGBT完全饱和导通，并使通态损耗减至最小；施加关断负偏压可以抑制C-E间出现du/dt时IGBT的误导通，也可以减少关断损耗。
4.根据权利要求1所述的一种用于有源电力滤波器的数字滤波器，其特征在于：门极电阻R1的选取对通态电压、开关时间、开关损耗及承受短路的能力都有不同程度的影响；当门极电阻增大时，IGBT的开通和关断时间增加，从而使导通和关断损耗增加；当门极电阻减小时，则会导致di/dt增加，从而引起IGBT的误导通；所以应根据IGBT的电流容量和电压额定值以及开关频率的不同选择R1的阻值，Rl的值可以用下式计算：R1＝5×625/IC。
5.根据权利要求1所述的一种用于有源电力滤波器的数字滤波器，其特征在于：IC为IGBT的集电极电流，R1取十几欧姆到几十欧姆，R2为30Ω；由于IGBT是压控器件，当集-射极间加高压时，很容易受外界干扰，而使栅-射极间电压超过一定值，引起器件误导通，为了防止这种现象的发生，在栅-射极间并联一电阻器R6可起到一定作用，R6阻值是R2阻值的l000-5000倍，而且应将它并联在栅-射极最近处；电路中的电容器Cl和C2用来抑制因电源接线阻抗引起的供电电压变化，而不是用于电源滤波。

说明书全文

一种用于有源电力 滤波器的数字滤波器

技术领域

[0001] 本发明涉及滤波器，特别涉及一种用于有源电力滤波器的数字滤波器。

背景技术

[0002] 有源滤波器根据设计目标，分为单一功能有源滤波器和多功能有源滤波器两大类，前者仅负责滤去系统中的谐波电流，是目前配电网和输电网有源滤波器的主体；后者在滤去系统中的谐波电流的同时，可以对系统中的无功电流和零序、负序电流进行补偿，但这些附加的功能将占用装置容量。由于在电力电子技术发展初期，电力电子元器件价格高，容量小，因而多功能有源滤波器在价格上变得无法接受，单一功能有源滤波器由于全部容量均用于补偿谐波电流，容量利用率较高，成为当时比较可行的解决方案。单一功能有源滤波器所面临的最大的问题，就是如何将实测电流中的谐波分量与基波分量进行有效的分离。随着各国学者对此问题的深入研究，逐渐发展出瞬时无功功率法等多种谐波提取手段。

[0003] 随着电力电子器件容量的增加和成本的降低，采用多功能有源滤波器的可行性和方便性逐步体现出来。对谐波提取的需求逐渐转移到对指定频率进行选频滤波、避免谐振、与无源滤波器配合，以及某些算法的特定需求上来。同时，有源滤波器在采样、计算、脉宽调制(以下简称PWM)发生等均存在的延时会造成严重的稳定性问题，算法中必须对这些延时进行充分的补偿，对一定频率以上的信号进行衰减和屏蔽。谐波提取算法中，专用数字滤波器以其优异的性能，低廉的计算成本逐渐成为一个新兴的分支，本发明所述的有限冲激响应数字滤波器(Real Discrete Fourier Transform，下文将简称RDFT)就是其中比较有代表性的一种。RDFT滤波器是一种用于周期信号中指定频率分量的提取与分离的纯零点数字带通滤波器，同时，它还带有延时补偿功能，能有效提高有源电力滤波器的控制精度。

发明内容

[0004] 针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种用于有源电力滤波器的数字滤波器，相对简单、实用，对被驱动的IGBT有完善的保护能力，输出阻抗低，具有较强的抗干扰性能。应用这种IGBT模块的有源滤波器的样机通过试验，证明硬件能够协调配合，控制效果稳定、精确，并且已经批量制板。

[0005] 为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

[0006] 一种用于有源电力滤波器的数字滤波器，包括：有源电力滤波器4个IGBT作为开关、4个EXB84l组成驱动电路，根据补偿电流与指令电流的关系，用数字信号处理器(DSP)控制PWM引脚的高低电平，并由驱动电路控制IGBT的通断，驱动电路同时对过流故障进行监测，由DSP采取封锁控制信号、停机处理。

[0007] 进一步，所述驱动电路需要4路相互隔离的直流电源为4路IGBT驱动电路供电，用220V/22V 变压器对4路交流电源分别整流，用电容器和78L24型电压调整器稳压后输出4路
24V直流电压。

[0008] 进一步，IGBT通常采用栅极电压驱动，它对栅极驱动电路有着特殊的要求；栅极驱动电压脉冲的上升率和下降率要足够大，导通时前沿很陡的栅极电压UGE可以使IGBT快速导通，并减小导通损耗，关断时，其栅极驱动电路要给IGBT提供一个下降很陡的关断电压，并在栅极和发射极之间施加一个适当的反向负偏压，以便使IGBT快速关断并减小关断损耗；IGBT导通后，栅极的驱动电压和电流要有足够的宽度，以保证IGBT在瞬时过载时未退出饱和区受到损坏；栅极驱动电压推荐值为15V±1.5V这个电压值使IGBT完全饱和导通，并使通态损耗减至最小；施加关断负偏压可以抑制C-E间出现du/dt时IGBT的误导通，也可以减少关断损耗。

[0009] 进一步，门极电阻R1的选取对通态电压、开关时间、开关损耗及承受短路的能力都有不同程度的影响；当门极电阻增大时，IGBT的开通和关断时间增加，从而使导通和关断损耗增加；当门极电阻减小时，则会导致di/dt增加，从而引起IGBT的误导通；所以应根据IGBT的电流容量和电压额定值以及开关频率的不同选择R1的阻值，R1的值可以用下式计算：R1＝5×625/IC。

[0010] 进一步，IC为IGBT的集电极电流，R1取十几欧姆到几十欧姆，R2为30Ω；由于IGBT是压控器件，当集-射极间加高压时，很容易受外界干扰，而使栅-射极间电压超过一定值，引起器件误导通，为了防止这种现象的发生，在栅-射极间并联一电阻器R6可起到一定作用，R6阻值是R2阻值的1000-5000倍，而且应将它并联在栅-射极最近处；电路中的电容器Cl和C2用来抑制因电源接线阻抗引起的供电电压变化，而不是用于电源滤波。

[0011] 本发明的有益效果为：

[0012] 相对简单、实用，对被驱动的IGBT有完善的保护能力，输出阻抗低，具有较强的抗干扰性能。应用这种IGBT模块的有源滤波器的样机通过试验，证明硬件能够协调配合，控制效果稳定、精确，并且已经批量制板。附图说明

[0013] 图1为本发明的原理电路图；

[0014] 图2为本发明的驱动电路图；

[0015] 图3为本发明的驱动过程电路图。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

[0017] 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0018] 如图1至图3所示，一种用于有源电力滤波器的数字滤波器，包括：有源电力滤波器4个IGBT作为开关、4个EXB841组成驱动电路，根据补偿电流与指令电流的关系，用数字信号处理器(DSP)控制PWM引脚的高低电平，并由驱动电路控制IGBT的通断，驱动电路同时对过流故障进行监测，由DSP采取封锁控制信号、停机处理。

[0019] 所述驱动电路需要4路相互隔离的直流电源为4路IGBT驱动电路供电，用220V/22V变压器对4路交流电源分别整流，用电容器和78L24型电压调整器稳压后输出4路24V直流电压。

[0020] IGBT通常采用栅极电压驱动，它对栅极驱动电路有着特殊的要求；栅极驱动电压脉冲的上升率和下降率要足够大，导通时前沿很陡的栅极电压UGE可以使IGBT快速导通，并减小导通损耗，关断时，其栅极驱动电路要给IGBT提供一个下降很陡的关断电压，并在栅极和发射极之间施加一个适当的反向负偏压，以便使IGBT快速关断并减小关断损耗；IGBT导通后，栅极的驱动电压和电流要有足够的宽度，以保证IGBT在瞬时过载时未退出饱和区受到损坏；栅极驱动电压推荐值为15V±1.5V这个电压值使IGBT完全饱和导通，并使通态损耗减至最小；施加关断负偏压可以抑制C-E间出现du/dt时IGBT的误导通，也可以减少关断损耗。

[0021] 门极电阻R1的选取对通态电压、开关时间、开关损耗及承受短路的能力都有不同程度的影响；当门极电阻增大时，IGBT的开通和关断时间增加，从而使导通和关断损耗增加；当门极电阻减小时，则会导致di/dt增加，从而引起IGBT的误导通；所以应根据IGBT的电流容量和电压额定值以及开关频率的不同选择R1的阻值，R1的值可以用下式计算：R1＝5×625/IC。

[0022] IC为IGBT的集电极电流，R1取十几欧姆到几十欧姆，R2为30Ω；由于IGBT是压控器件，当集-射极间加高压时，很容易受外界干扰，而使栅-射极间电压超过一定值，引起器件误导通，为了防止这种现象的发生，在栅-射极间并联一电阻器R6可起到一定作用，R6阻值是R2阻值的1000-5000倍，而且应将它并联在栅-射极最近处；电路中的电容器Cl和C2用来抑制因电源接线阻抗引起的供电电压变化，而不是用于电源滤波。

[0023] 以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

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