專利名稱：利用高階濾波的遙感技術(shù)的制作方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明總得涉及功率轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)，其特別涉及采用遙感技術(shù)來控制放大器負(fù)載信號(hào)的放大器的調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
通常人們需要通過感測和控制負(fù)載的實(shí)際電壓來改進(jìn)對電壓源負(fù)載的調(diào)節(jié)。這類遙感正如其所稱的那樣克服了信號(hào)源和負(fù)載之間連接電纜、連接器、濾波器等阻抗所形成的有限的電源阻抗的限制。最簡單情況是，人們可從負(fù)載的感應(yīng)電壓導(dǎo)出所有的控制反饋。
實(shí)際上，這并不適用于帶寬很寬的閉路系統(tǒng)，這是因?yàn)殡娫春拓?fù)載之間的阻抗形成了一個(gè)低通濾波器，其會(huì)使反饋在相位上滯后從而不能提高系統(tǒng)的閉路穩(wěn)定性。
這種濾波/穩(wěn)定問題可通過從信號(hào)源的局部提取高頻反饋信號(hào)并在負(fù)載遠(yuǎn)程提取低頻反饋信號(hào)來處理。
圖1所示的簡單電路可自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的高通一低通特性。本方法可用于DC到DC的電源以及AC功率/信號(hào)源。傳統(tǒng)的AC線電壓發(fā)生器采用遙感技術(shù)來提高負(fù)載(即用電設(shè)備)電壓的精度。
某些聲頻放大器采用遙感技術(shù)通過消除內(nèi)部濾波器帶入的內(nèi)部阻抗和端子阻抗而在輸出端實(shí)現(xiàn)很高的衰減系數(shù)。在后一種情況下，需要精確的頻率響應(yīng)才能通過將R2、C2加入圖1所示的輸入網(wǎng)絡(luò)來校正遙感網(wǎng)絡(luò)R1、C1輸出負(fù)載所產(chǎn)生的很小的響應(yīng)誤差。
開關(guān)放大器具有一類能產(chǎn)生顯著輸出阻抗和相移的輸出濾波器。如果所有的反饋都在濾波器的輸出端采集，就不會(huì)有什么高頻電壓反饋，特別是在負(fù)載為任易阻抗時(shí)更是如此。如果所有的電壓反饋都在濾波器的輸入端采集，那么與之相反，反饋信號(hào)中就會(huì)包括大量的脈寬調(diào)制(PWM)波，如將該波引入控制回路時(shí)則會(huì)產(chǎn)生扭曲。這里需要一種能夠響應(yīng)于切換電波頻率并在該頻段內(nèi)其衰減很強(qiáng)的濾波器以除去PWM的波譜。類似的問題與電流反饋信號(hào)相關(guān)。
電壓反饋的局部或高通部分在設(shè)計(jì)上要么運(yùn)用輸出濾波器的脈動(dòng)衰減特性要么運(yùn)用濾波器自身的脈動(dòng)削減性來獲得增加。在某些輸出濾波器或者沒有輸出濾波器用于反饋的局部高通部分時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)解決。如果沒有使用輸出濾波器，那么可以隨著負(fù)載阻抗的變化而獲得最大的穩(wěn)定裕度。這類系統(tǒng)中任何負(fù)載調(diào)節(jié)的提高都必須通過低通反饋回路。最好使用最高的分頻從而能夠獲得最大的輸出調(diào)節(jié)。
當(dāng)實(shí)際信號(hào)源和負(fù)載之間的串聯(lián)阻抗用作高-Q電感并且負(fù)載含有一個(gè)高-Q分路電容時(shí)，本系統(tǒng)的性能會(huì)受到損害。由這種普通配置所形成的串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)會(huì)在諧振頻率處形成一個(gè)很高的峰值增益，其能夠輕易地達(dá)到或超過負(fù)載反饋的低通濾波器的衰減值。在反饋回路的增益裕度主要是這種諧振的增益峰值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)變得不夠穩(wěn)定。這一點(diǎn)也適用于開關(guān)放大器和AC線電壓。用作梯度放大器的開關(guān)放大器與輸出濾波器的電感和梯形電纜上電磁干擾(EMI)濾波器的附加電容諧振。線電壓發(fā)生器必須用很大的輸入濾波器來啟動(dòng)電源。在這兩種情況下，電感的Q值必須很高否則導(dǎo)電損失非常嚴(yán)重。還有電容的Q值通常很高從而使過濾的EMI達(dá)到最多。
如果采用圖1的電路，負(fù)載和局部反饋之間的交叉頻率(cross-overfrequency)相對于理想值必須設(shè)定到一個(gè)較低的頻率上，以減少負(fù)載調(diào)節(jié)的帶寬。這里所需的是在不使頻率反饋明顯低于諧振頻率的條件下，從負(fù)載反饋回來的高頻能夠進(jìn)一步地衰減。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有遙感系統(tǒng)的放大器，其采用高階濾波器來合并遙感的低通信號(hào)和局部的高通反饋信號(hào)。該放大器包括一個(gè)高通反饋信號(hào)；一個(gè)遙感低通信號(hào)；以及一個(gè)常量—集合濾波器，該濾波器將高通反饋信號(hào)和遙感低通信號(hào)進(jìn)行合并。常量—集合濾波器至少是一個(gè)二階濾波器，其用來生成電壓反饋控制信號(hào)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該常量—集合濾波器是一個(gè)具有單位增益(unity gain)的三端子低通濾波器，其具有一個(gè)輸入端子、一個(gè)輸出端子和一個(gè)公用端子。輸入端子用來接收遙感的低通信號(hào)。公用端子用來接收高通反饋信號(hào)。輸出端子用來傳送反饋信號(hào)。


結(jié)合附圖并參考本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述及其它特征以及實(shí)現(xiàn)這些特征的方法將更加清楚，本發(fā)明本身也會(huì)變得更容易理解。
圖1為現(xiàn)有遙感電路的示意圖；圖2(a)為用于本發(fā)明遙感電路的無源低通濾波器的示意圖；圖2(b)為用于本發(fā)明遙感電路的Sallen和Key低通濾波器的示意圖；圖2(c)為用于本發(fā)明遙感電路的多反饋低通濾波器的示意圖；圖2(d)為用于本發(fā)明遙感電路的狀態(tài)可變的低通濾波器的示意圖；圖3為具有本發(fā)明遙感電路的脈寬調(diào)制放大器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面的實(shí)施例并非本發(fā)明的完全描述，其目的也并非是將本發(fā)明限定到下面詳細(xì)描述的精確形式。此外，這些實(shí)施例在選擇和描述上可使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員充分利用其教導(dǎo)。
現(xiàn)在參見圖3，本發(fā)明的放大器總體用標(biāo)記20表示，從圖中可以看出其與負(fù)載22相連。放大器20包括一個(gè)誤差信號(hào)放大調(diào)制器24、一個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)功率級(jí)26、一個(gè)解調(diào)濾波器28、一個(gè)反饋解調(diào)濾波器30以及分壓器34、36。
放大器20是一種反向電流放大器，其中的低通反饋信號(hào)和高通反饋信號(hào)在高階濾波器40合并，這一點(diǎn)將在下面詳細(xì)說明。放大器20用解調(diào)濾波器28對低通反饋信號(hào)進(jìn)行有源濾波，用反饋解調(diào)濾波器30對高通反饋信號(hào)進(jìn)行有源濾波。
解調(diào)濾波器28是一種帶有衰減器36的低通濾波器，其對通頻波帶具有足夠的衰減寬帶從而防止電壓過載或者在放大器20輸出高電壓時(shí)防止電壓在高階濾波器40中被剪切。這類衰減可根據(jù)本領(lǐng)域的公知原理由精密電阻形成。分壓器36位于解調(diào)濾波器28之后，其用來降低送到高階濾波器40的低通反饋信號(hào)的電壓。
反饋解調(diào)濾波器30可根據(jù)本領(lǐng)域的公知原理來設(shè)計(jì)從而用分壓器34來衰減由PWM功率級(jí)26生成的PWM波譜，并為通頻波帶提供足夠的寬帶衰減從而防止電壓過載或者在放大器20輸出高電壓時(shí)防止電壓在高階濾波器40中被剪切。分壓器34用來降低反饋解調(diào)濾波器30的輸入電壓。反饋解調(diào)濾波器30輸入中的有效電阻通常等于反饋解調(diào)濾波器30之前分壓器34的輸出電阻。
在圖3的實(shí)施例中，高階濾波器40是一種三階的Sallen和Key型濾波器，其給集合器32輸出一個(gè)反饋信號(hào)。高階濾波器40的截?cái)囝l率在選擇上應(yīng)低于外部電容性負(fù)載與內(nèi)部濾波器電感相諧振所需的最低諧振頻率(見圖1)。本電路中所用的高階濾波器40的階次沒有限制，只要其成本和復(fù)雜程序能夠許可即可。這樣就能對解調(diào)濾波器28中任何高Q諧振頻率所產(chǎn)生的增益裕度的不足進(jìn)行控制。
如果集合器32的凈反饋在沒有負(fù)載的情況下在高階濾波器40的分頻附近形成平坦響應(yīng)曲線，那么低頻和高頻反饋信號(hào)的和必須是常數(shù)。實(shí)際上，對常數(shù)和來說，最容易獲得的值是整數(shù)即整數(shù)集合。因此，在圖1中，兩個(gè)反饋路徑都采用整數(shù)的分頻網(wǎng)絡(luò)從而實(shí)現(xiàn)它們限制頻段的目的。因此，除非在負(fù)載上存在一個(gè)調(diào)整損失，否則這類方法可以確保不對源信號(hào)進(jìn)行任何修正，以保證這類響應(yīng)的調(diào)節(jié)。當(dāng)采用非整數(shù)集合的方法時(shí)，必須進(jìn)行響應(yīng)修正以計(jì)入感應(yīng)誤差。理想情況下，往往是采用一個(gè)具有固有整數(shù)集合特性的系統(tǒng)，因?yàn)槠溥€可消除任何反向均衡誤差的問題，該誤差來自于加工或元件的時(shí)漂特性。
對于任何整數(shù)集合的分頻網(wǎng)絡(luò)來說，表示低頻和高頻響應(yīng)的有理多項(xiàng)式是通過定義來集合到整數(shù)的。這一點(diǎn)只有在分子N(s)等于分母D(s)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。這還意味著兩個(gè)響應(yīng)的分母都等于D(s)。因此，分子可表示成兩個(gè)部分，低通濾波器的分子N1(s)以及高通濾波器的分子N2(s)，并且N1(s)+N2(s)＝N(s)＝D(s)。
從中可以看出，低通和高通響應(yīng)在其通頻波帶響應(yīng)頂峰沒有達(dá)到分頻的條件下在分頻附近不可能具有D(s)同階的截?cái)嗨俾?。然而，其中的一個(gè)響應(yīng)則有可能具有近乎平坦的通頻波帶，并且該響應(yīng)在其它響應(yīng)的截?cái)嗨俾屎艿投以诜诸l附近被一個(gè)單極控制時(shí)其在分頻附近具有接近D(s)階的截?cái)嗨俾?。在遙感技術(shù)中，這并不是一個(gè)問題，因此只有負(fù)載感應(yīng)通路所用的低通響應(yīng)才需要高速截?cái)?。局部反饋所用的高通響?yīng)可由一個(gè)單極響應(yīng)控制并給出可接受的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，可采用各種濾波器的布局來形成整數(shù)集合響應(yīng)。傳統(tǒng)的任何整數(shù)DC增益的三端子低通濾波器都能很容易地轉(zhuǎn)換成一個(gè)整數(shù)集合濾波器，只要將濾波器的共用端連接到所需的高通信號(hào)源(局部反饋)并且將濾波器的輸入端連接到所需的低通信號(hào)源(負(fù)載反饋)即可。例如，圖2(b)所示(任一階)的Sallen和Key低通濾波器62的濾波電容在正常情況下應(yīng)該接地，然而這里可與局部反饋信號(hào)源相連，并且第一輸入電阻可與圖3所示的負(fù)載遙感源相連。關(guān)于Sallen和Key濾波器的其它信息可參見R.P.Sallen和E.L.Key在1955年三月出版的IRE Tranction Circuit Theory中第51-62頁的“A PracticalMethod of Designing RC Active Filters”。這里其以參考的形式作為本申請的一部分。顯然，只要所選濾波器的輸出阻抗低到不受剩余反饋回路負(fù)載影響的程度，那么當(dāng)圖2(b)的濾波器62以這種方式配置時(shí)，其就必須是整數(shù)集合。如果使用的是有源實(shí)施例，那么這個(gè)條件就很容易滿足。這一條件對于如圖2(a)所示的無源濾波器60來說并非總能滿足。
狀態(tài)可變?yōu)V波器，例如圖2(d)所示的濾波器66也可用作高階濾波器40。運(yùn)算放大器中用作反相積分器的同相輸入類似于Sallen和Key濾波器62的公共輸入。此外，多反饋濾波器如圖2(c)所示的濾波器64可如圖使用并連接。顯然，無論采用何種濾波器，DC低通響應(yīng)相對于高通響應(yīng)不應(yīng)是反相的。在不增加反相器的條件下，兩極多反饋濾波器會(huì)具有不好的反相LP響應(yīng)。盡管也可采用和圖2(a)所示的RC梯形網(wǎng)絡(luò)一樣簡單的無源濾波器，但這種濾波器不能提供良好的平坦形狀的通頻波帶。
上述所有的濾波器60、62、64、66在本質(zhì)上都是模擬的。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明的教導(dǎo)下用數(shù)字濾波器也可獲得類似的響應(yīng)結(jié)果。
盡管本發(fā)明是以實(shí)施例的形式進(jìn)行的描述，但本發(fā)明還可在其公開的范圍內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步的修改。因此本申請采用其基本原理來覆蓋本發(fā)明的各種變化、用途或改進(jìn)。此外，本申請還在于覆蓋那些能夠從這里公開的內(nèi)容以及本發(fā)明所屬領(lǐng)域公知或慣用手段導(dǎo)出的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種功率轉(zhuǎn)換器，包括一個(gè)放大器電路(20)，其具有一個(gè)接收源信號(hào)的輸入和一個(gè)將輸出信號(hào)輸出到一個(gè)負(fù)載(22)的輸出；一個(gè)常量—集合濾波器(40)，其具有一個(gè)從放大器電路(20)接收高通反饋信號(hào)第一輸入，一個(gè)從放大器電路(20)接收一個(gè)遙感低通反饋信號(hào)的第二輸入，以及一個(gè)與放大器電路(20)的輸入相連的輸出，該濾波器(40)至少是一個(gè)二階濾波器，其用來將低通反饋信號(hào)與高通反饋信號(hào)合并從而為放大器電路(20)輸出一個(gè)反饋控制信號(hào)以調(diào)節(jié)供給負(fù)載(22)的輸出信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換器，其中的常量—集合濾波器(40)是一個(gè)三端子低通濾波器。
3.如權(quán)利要求2的功率轉(zhuǎn)換器，其中的常量—集合濾波器(40)包括一個(gè)與高通反饋信號(hào)相連的共用端子。
4.如權(quán)利要求3的功率轉(zhuǎn)換器，其中的常量—集合濾波器(40)包括一個(gè)與低通反饋信號(hào)相連的輸入端子以及一個(gè)用來輸出反饋控制信號(hào)的輸出端子。
5.如權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換器，其中的常量—集合濾波器(40)具有一個(gè)增益1。
6.如權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換器，其中的常量—集合濾波器(40)是一個(gè)有源濾波器。
7.如權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換器，其中的常量—集合濾波器(40)是一種Sallen和Key濾波器(62)。
8.如權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換器，其中的常量—集合濾波器(40)是一種多反饋濾波器(64)。
9.如權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換器，其中的常量—集合濾波器(40)是一種狀態(tài)可變?yōu)V波器(66)。
10.如權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換器，其中的放大器電路(20)包括一個(gè)PWM功率級(jí)(26)和一個(gè)輸出濾波器(28)，該輸出濾波器的輸入與PWM功率級(jí)(26)相連，其輸出與放大器電路(20)的輸出相連，遙感低通反饋信號(hào)在放大器電路(20)的輸出測得。
11.如權(quán)利要求10的功率轉(zhuǎn)換器，其中的放大器電路(20)包括一個(gè)與輸出濾波器(28)的輸入相連的反饋濾波器(30)，該反饋濾波器(30)輸出高通反饋信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11的功率轉(zhuǎn)換器，其中的反饋濾波器(30)包括衰減極，該衰減極基本對應(yīng)于PWM功率級(jí)(26)的相關(guān)波動(dòng)頻率。
13.如權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換器，其中的放大器電路(20)是一個(gè)反向電流放大器。
14.一種用來調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)的方法，其包括以下步驟從功率轉(zhuǎn)換器接收一個(gè)高通反饋信號(hào)；從功率轉(zhuǎn)換器接收一個(gè)低通反饋信號(hào)；采用一個(gè)至少二階的常量—集合濾波器(40)來合并高通反饋信號(hào)和低通反饋信號(hào)；以及將控制反饋信號(hào)提供給功率轉(zhuǎn)換器以調(diào)節(jié)輸出信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中的常量—集合濾波器(40)是一個(gè)三端子低通濾波器，其包括一個(gè)與高通反饋信號(hào)相連的共用端子，一個(gè)與低通反饋信號(hào)相連的輸入端子，以及一個(gè)用來輸出反饋控制信號(hào)的輸出端子。
16.如權(quán)利要求14的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟使反饋控制信號(hào)與源信號(hào)的集合傳送通過一個(gè)PWM功率級(jí)(26)和一個(gè)輸出濾波器(28)，該輸出濾波器(28)具有一個(gè)與PWM功率級(jí)(26)相連的輸入以及一個(gè)用來提供輸出信號(hào)的輸出。
17.如權(quán)利要求16的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟從輸出濾波器(28)的輸出接收該低通反饋信號(hào)。
18.如權(quán)利要求16的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟在輸出濾波器(28)的輸入處濾波一個(gè)信號(hào)從而提供高通反饋信號(hào)。
19.一種放大器系統(tǒng)，包括一個(gè)放大器(20)，其具有一個(gè)高通反饋信號(hào)輸出和一個(gè)低通反饋信號(hào)輸出；以及一個(gè)遙感電路，其包括一個(gè)至少二階的常量—集合濾波器(40)，該濾波器用來合并高通和低通反饋信號(hào)從而為放大器(20)提供一個(gè)反饋控制信號(hào)。
20.如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中的常量—集合濾波器(40)是一個(gè)三端子低通濾波器。
21.如權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中低通濾波器包括一個(gè)與高通反饋信號(hào)輸出相連的共用端子，一個(gè)與低通反饋信號(hào)輸出相連的輸入端子以及一個(gè)用來輸出反饋控制信號(hào)的輸出端子。
22.如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中的常量—集合濾波器(40)是整數(shù)增益有源放大器。
23.如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中的常量—集合濾波器(40)是下列這組濾波器中的一種Sallen和Key濾波器(62)、多反饋濾波器(64)以及狀態(tài)可變?yōu)V波器(66)。
24.如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中的放大器(20)包括一個(gè)PWM功率級(jí)(26)和一個(gè)輸出濾波器(28)，該輸出濾波器(28)具有一個(gè)與PWM功率級(jí)(26)相連的輸入端以及一個(gè)與負(fù)載(22)相連的輸出端，低通反饋信號(hào)在輸出濾波器(28)的輸出端測得。
25.如權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中的放大器(20)包括一個(gè)與輸出濾波器(28)的輸入端相連的反饋濾波器(30)，該反饋濾波器(30)用來輸出高通反饋信號(hào)。
26.如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中的放大器(20)是一個(gè)反向電流放大器。
全文摘要
一種具有遙感系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換器。該功率轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)高通反饋信號(hào)；一個(gè)遙感低通信號(hào)；以及一個(gè)常量－集合濾波器(40)，該濾波器將高通反饋信號(hào)和遙感低通信號(hào)進(jìn)行合并。常量－集合濾波器(40)至少是一個(gè)二階濾波器，其用來生成誤差信號(hào)。該常量－集合濾波器是一個(gè)三端子低通濾波器，其具有一個(gè)輸入端子、一個(gè)輸出端子和一個(gè)公用端子。輸入端子用來接收遙感的低通信號(hào)。公用端子用來接收高通反饋信號(hào)。輸出端子用來傳送反饋控制信號(hào)。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1415134SQ00818113
公開日2003年4月30日 申請日期2000年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月3日
發(fā)明者G·R·斯坦利 申請人:皇冠音頻公司