有源电力滤波器中的谐波检测电路设计

设置抗混叠低通滤波器进行滤波；根据香农采样定理，被采样信号中的最高次分量频率应小于或等于采样频率的一半。截止频率设置较低，能保证滤除效果，但是过低的截止频率将使被滤波信号存在过大的相位移，给信号检测的实时性和准确性带来影响。所以，应当合理选择抗混叠低通滤波器的截止频率，使之在保证有效滤除高频噪声的前提下，同时有效保证信号数字采样的精度。

抗混叠滤波器采用Maxim公司生产的可编程通用有源滤波器芯片MAX260。C8051F330与MAX260的电路连接图如图6所示。MAX260内部有两个滤波器A和B，这两个滤波器均需要一个外部时钟，在这里滤波器A和B共用一个外部时钟，这个外部时钟是由单片机的定时器来完成的。在设置滤波器参数时中，A、B两个滤波器均被设置成二阶的巴特沃斯低通滤波器，截止频率为6000 Hz，通带纹波系数为0．5dB，阻带衰减20dB。为了提高滤波效果，将A和B两个滤波器级联起来，即滤波器A的输出信号作为滤波器B的输入信号，以增强滤波效果。

2．2 AD7656采样电路

AD7656与DSP7656的接口电路如图7所示。

AD7656连接外围电路时，在DVCC、AVCC、VDRIVE、REFIN/0UT和VSS引脚须加1组去耦电路，该去耦电路是由1个10 μF和1个100 nF电容组成。去耦电容要尽量靠近器件，以达到更好的去耦效果。AD7656其他关键引脚的连接是STBY接VDRIVE，选择正常模式；RANGE接地表示选择输入范围±10 V；SER/PAR接地。选择并行接口；W/B接地表示16位并行输出；WR/REFEN/DIS接VDRIVE表示选择内部参考。

2．3 过零检测电路

过零检测电路电路图如图8所示。采用宇波公司的CHV-25P霍尔电压传感器，此霍尔电压传感器的额定电流为10 mA，原边与副边匝数比为2500：1000．所以在将A相电网电压接入霍尔电压传感器前，需要通过一个限流电阻进行限流，以免电流过大将霍尔电压传感器烧坏，它的M端为副边电流输出端，需要加一支采样电阻，将电阻上的压降引入一个由运算放大器CA3140及4个电阻组成的滞回比较器，然后在其输出端通过一个由两个二极管组成的钳位电路之后，将高低电平锁定为5 V和0 V，然后再进入一个与非门CD4093，对输出信号进行整形。

2．4 过零信号与电网信号相位差的解决方法

在示波器上将过零信号与正弦信号拉伸之后发现，过零信号超前正弦信号200 μs。对过零信号进行了硬件补偿。如图9所示，时间常数τ=RC，且τ要满足τ≥200μs的条件。在图中CA3140是一个电压比较器，调节R的阻值就可以调节CA3140输出信号的高电平宽度，然后与输入信号进入与门74LS08，得到输出信号，此输出信号不再具有占空比50％的特点，但这不妨碍过零信号的准确性，因为DSP的CAP4只是捕获其上升沿，将过零方波的上升沿推迟200μ也就达到了过零信号与正弦信号同步的目的。

2．5 锁相倍频电路

锁相倍频电路采用了锁相环芯片(Phase Locked Loop，PLL)74HC4046、累加计数器CD4040和低通滤波器组成，其电路连接图如图10所示。A相电压信号过零信号检测电路后得到与A相电压同步的50 Hz方波，此方渡作为锁相倍频电路的输入信号进入锁相环芯片74HCA046的14号引脚，4号引脚是74HC4046内部压控振荡器的输出端，其输出信号进入二进制计数器CD4040的10号引脚，进行256倍倍频，其倍频信号从二进制计数器CD4040的13号引脚输出又进入74HCA046的3号引脚，即比较信号输入端，74HCA046内部的相位比较器对两个信号进行相位比较后，从相位比较器的输出端13号引脚输入。经过由R1、R2和C组成的低通滤波器，将高频噪声滤除后，再进入74HC4046的内部压控振荡器，作为其控制信号，从上述过程可以看到这是一个闭环控制系统，经过不断的调节，使输出信号频率为输入信号频率的256倍，并且使输入信号与比较信号的频差为0。

锁相倍频电路能否迅速稳定并准确倍频出12．8 kHz方波，是整个检测模块乃至整个有源电力滤波器在开机后能否在最短时间开始工作的关键，所以，为了研究锁相倍频电路的暂态特性，画出锁相倍频电路这个闭环控制系统的原理框图，如图11所示。

3 系统软件设计

本检测模块的软件主要包括主程序、A/D采样子程序、谐波电流指令计算子程序、铁存储器数据读写子程序等三部分组成。其中前两项是运行在DSP TMS320F2812上的程序，最后一项是运行在单片机C8051F330上的程序。

3．1 主程序设计

在系统上电之后，首先进行系统的初始化，按默认值设置系统时钟、各外设时钟、I2C通信速度，还要开启相关外设，如PWM输出、定时器，以及相关外设的中断，如捕获中断、I2C通信中断、定时器中断等等，系统初始化完成之后