模拟有源滤波器的电路设计

摘要：提出了一种基于全模拟器件的有源电力滤波器的电路设计方法。该有源电力滤波器借用成熟的模拟电子技术构成，能达到实时的谐波抑制效果。文中给出了各部分电路设计及其说明，并对采用并联和串联型接入电网方式进行了研究和对比。
关键词：有源滤波器；模拟器件；电力滤波

0 引言
有源电力滤波器(APF)是一种用于动态谐波抑制和功率补偿的新型电力电子装置。它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。与无源滤波器相比，有源电力滤波器具有更高的可控性和快速响应性，本文提出了一种基于全模拟器件的有源滤波器的设计思路。其各个主要部件的输入量及输出量都是连续变化的电压、电流等物理量。该方案由若干种作用及数量不同的加法器、乘法器、函数产生器以及各种分离元件等组成。另外，使用模拟器件来实现可以很容易地集成为芯片。有源电力滤波器谐波检测及控制等电路集成为芯片后，使用起来就更加方便、灵活、结构简单。这样就能达到更好地推广有源电力滤波器的目的。

1 模拟有源滤波器的结构原理
本有源电力滤波器系统由指令电流运算电路、控制电路和补偿电流发生电路三大部分组成。其中指令电流运算电路的功能是从负载电流
i1中分离出谐波电流分量及基波无功电流分量，然后将其反极性作用后产生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电流产生的补偿ic应跟踪的原则，来计算主电路各开关器件的触发脉冲。此脉冲经驱动电路后将作用于主电路，并产生补偿电流ic。图1所示是并联型有源电力滤波器的原理框图。

基于全模拟器件的有源电力滤波器同样也是由图1所示的这几个部分组成，只是其各个部分都是由模拟器件构成。现分别对电路各个部分进行介绍。

2 谐波信号检测电路
采用ip、iq谐波检测法，谐波信号检测电路可由乘法、加减法以及低通有源滤波电路组成。通过模拟器件获取单相谐波参考电流的ip、iq法所实现的单相谐波检测的原理框图如图2所示。

由于本滤波器是基于全模拟器件的，其电路全部由常规电路元件构成。故此滤波器的性能也受到元件的温度漂移、长期稳定性、相移等因素的影响。因此，元件的选型对于本有源电力滤波器尤为关键。
现代模拟电子器件的宽频带而言，有源电力滤波器对带宽要求不高。如要求能滤除50次谐波则其带宽要求为50x50 Hz=2．5kHz。AD632、AD633、AD534等加法器的带宽、输入及满功率输出范围相当。本文在乘法器电路中选用AD633乘法器。
AD633乘法器的误差包括输入输出偏移、放大倍数误差和乘法核的非线形误差。输入偏移随温度变化曲线显示，-40℃～+40℃的偏置电流范围为420 nA～580 nA。放大倍数误差在满额时的典型值为0．25％。AD633资料给出的总的误差典型值为1％，最大值为2％。