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滤波，指的是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波是根据观察某一随机过程的结果，对另一与之有关的随机过程进行估计的概率理论与方法。在信号处理领域中，滤波是一个核心概念，它分为经典滤波和现代滤波两种类型。 滤波的基本概念 经典滤波 经典滤波的概念是基于傅立叶分析和变换的工程概念。根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号都可以被看作是由无限个正弦波叠加而成。这些不同频率的正弦波构成了信号的频率成分或谐波成分。经典滤波器或滤波电路是一种只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路。 实际上，任何电子系统都具有自己的频带宽度，即信号最高频率的限制，这种频率特性反映了电子系统的基本特点。滤波器则是根据电路参数对电路频带宽度的影响而设计出的工程应用电路。 理想滤波器的行为特性通常用幅度-频率特性图描述，即滤波器的幅频特性。对于滤波器，增益幅度不为零的频率范围称为通频带（简称通带），增益幅度为零的频率范围称为阻带。通带表示能够通过滤波器而不产生衰减的信号频率成分，阻带则表示被滤波器衰减掉的信号频率成分。 现代滤波 现代滤波利用模拟电子电路对模拟信号进行滤波，其基本原理是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的选择。通过选择不同的频率成分来实现信号滤波，现代滤波可以根据需求设计高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。 - **高通滤波器**：允许信号中较高频率的成分通过。 - **低通滤波器**：允许信号中较低频率的成分通过。 - **带通滤波器**：允许频率在某一范围内的信号通过，其他频率的信号被衰减。 - **带阻滤波器**：衰减某一频率范围内的信号，其他频率的信号可以通过。 直流电源为什么需要滤波？ 理想情况下，直流电源输出的是稳定的直流电压，不需要滤波。然而，在实际应用中，由于电源内部存在内阻，并且传输线路也存在阻抗，直流电源的输出往往包含一些脉动成分，即纹波。这些纹波成分对电路的稳定性和性能会产生不利影响，因此需要通过滤波来减小或消除。 降低交流阻抗 滤波电容器可以降低电源的交流阻抗。在电源输出端加上电容后，瞬间增大且维持时间很短的电流可以由电容提供，瞬间减小且维持时间很短的电流则会使电容反向充电。这些瞬间变化的电流较大一部分不需要经过电源内阻，直接在电容上交换，从而降低了电源的交流阻抗。 类似的应用还有电路板IC电源附近的去耦电容。去耦电容可以让一部分瞬间变化的电流直接在电容上交换，减小线路上的电流变化量，一方面有利于本IC供电，另一方面也有利于降低对其他IC的影响。 减少输出纹波 滤波电路的基本作用是让某种频率的电流通过或阻止某种频率的电流通过。对于直流电源而言，滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压的纹波系数降低，波形变得比较平滑。 整流电路的输出电压并不是纯粹的直流，而是含有较大的脉动成分，称为纹波。为了获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分。 滤波电容器在这里起到了关键作用。当整流电路输出的脉动电压上升时，电容器充电，吸收多余的电能；当脉动电压下降时，电容器放电，释放电能，从而平滑输出电压。通过合理选择电容器的容量和类型，可以显著降低输出电压的纹波，提高直流电源的稳定性和性能。 实际应用中的滤波需求 应用中的滤波需求 在实际应用中，直流电源往往需要为各种电路和设备提供稳定的供电。例如，在模拟电路和数字电路中，稳定的直流电源是确保电路正常工作的重要条件之一。在通信设备、计算机、工业自动化等领域，直流电源的稳定性和精度直接关系到系统的性能和可靠性。 因此，在这些应用中，滤波成为不可或缺的一部分。通过合理的滤波设计和选择，可以确保直流电源输出的稳定性和精度，提高系统的性能和可靠性。 滤波技术的发展与应用 随着电子技术的不断发展，滤波技术也在不断进步。从传统的经典滤波到现代的数字滤波技术，滤波方法变得更加多样化和高效。数字滤波技术利用数字信号处理算法对信号进行滤波处理，具有更高的灵活性和精度。 同时，滤波技术的应用范围也在不断扩大。除了传统的通信、电子工程领域外，滤波技术还广泛应用于电力系统、生物医学工程、环境监测等领域。在这些领域中，滤波技术发挥着重要的作用，为各种系统和设备的稳定运行提供了有力保障。 ​结论 综上所述，滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的重要措施。在直流电源中，滤波的作用是降低交流阻抗和减少输出纹波，确保直流电源的稳定性和精度。

在当今电子设备充斥日常生活的时代，电源的稳定性和纯净度直接影响着设备的性能与寿命。滤波电源，作为提升电源质量的关键技术之一，其重要性不言而喻。那么，为什么我们需要滤波电源呢？ 一、电力传输的复杂性 电力从发电厂经过高压输电线路输送到各个变电站，再经变压器降压后送入千家万户和各类工业设施。在这个过程中，电力并非如我们想象的那样纯净无杂质。实际上，由于线路阻抗、电磁干扰、设备故障等多种因素，电力信号中常常夹杂着各种频率的噪声和谐波。这些噪声和谐波如果直接供给电子设备使用，将会对设备造成不良影响，甚至导致设备损坏。 二、电子设备对电源的高要求 随着科技进步，现代电子设备对电源质量越来越高。高精度测量仪器、高速计算机、精密设备等，都需要及其稳定的电源供应。任何微小的电压波动或噪声干扰都可能影响设备的测量精度、处理速度或工作稳定性。此外，许多电子设备内部集成了大量对电源噪声敏感的半导体元件，如集成电路、微处理器等，这些元件对电源纯净度的要求近乎苛刻。 三、滤波电源的作用与原理 滤波电源，顾名思义，就是通过滤波技术去除电源中的噪声和谐波，从而提供更为纯净、稳定的电源给电子设备使用。滤波电源的工作原理基于电磁学中的滤波理论，主要通过电感、电容等元件组成的滤波电路来实现。这些元件对特定频率的信号具有选择性通过或阻止的特性，从而能够有效滤除电源中的噪声和谐波。 四、滤波电源的具体优势 1. 提升设备性能：滤波电源减少了电源中的噪声和谐波，使得电子设备能够获得更为纯净的电能，从而提高了设备的运行稳定性和精度。例如，在音频设备中使用滤波电源，可以显著降低背景噪声，提升音质效果。 2. 延长设备寿命：电源中的噪声和谐波是电子设备内部元件老化的重要原因之一。使用滤波电源可以减少这些不利因素对元件的损害，从而延长设备的整体寿命。 3. 提高系统可靠性：在工业自动化、数据中心等关键应用场合，系统的稳定运行至关重要。滤波电源的应用可以显著降低电源故障率，提高整个系统的可靠性和稳定性。 4. 节能减排：电源中的谐波不仅影响设备性能，还会增加线路损耗和变压器发热，造成不必要的能源浪费。滤波电源通过减少谐波含量，有助于提高能源利用效率，实现节能减排。 五、滤波电源的应用实例 滤波电源在各个领域都有着广泛的应用。在通信领域，滤波电源被广泛应用于基站、交换机等通信设备中，确保信号传输的稳定性和准确性；在工业自动化领域，滤波电源为PLC、伺服电机等控制设备提供纯净电源，保障生产线的顺畅运行；在医疗领域，高精度医疗设备如CT机、MRI机等对电源质量有极高要求，滤波电源的应用确保了医疗诊断的精确性。 六、结语 综上所述，滤波电源在提升电源质量、保障设备性能、延长设备寿命、提高系统可靠性以及节能减排等方面发挥着重要作用。随着电子技术的不断发展和应用领域的不断拓宽，滤波电源的重要性将日益凸显。未来，随着新材料、新技术的不断涌现，滤波电源的性能将进一步提升，为电子设备提供更加优质、高效的电源供应。因此，无论是从保护设备、提升性能的角度，还是从节能减排、促进可持续发展的角度考虑，我们都需要重视滤波电源的应用与发展。

电流检测可以通过分流感应运算 放大器 （current-sense amplifier）和集成电流监控器（integrated current monitor）实现。这两种方法都基于欧姆定律，即电流等于电压除以电阻，通过测量电压和电阻来确定电流大小。 分流感应运算放大器可以将电流转换为电压信号进行测量。其原理是通过一个低阻抗的电流采样电阻将电路中的电流进行分流，再通过感应方式将分流电阻两端的电压信号转换为电流信号输出。这个电压信号可以由一个运算放大器进行放大和 滤波 ，从而得到一个准确的电流测量值。 集成电流监控器是一种 集成电路 ，可以直接测量通过芯片内部的电流感应电阻流过的电流。其工作原理是在芯片内部嵌入一个小电阻，当电流通过这个电阻时，会产生一个电压降，该电压降被放大并转换为数字信号，从而得到准确的电流测量值。集成电流监控器还可以提供过载保护等功能，从而保证电路的安全运行。 电流检测可以在很多应用场景中发挥重要作用，例如在 电源管理 、电机控制、智能家居等领域中。下面以智能家居为例，介绍如何使用分流感应运算放大器和集成电流监控器进行电流检测。 在智能家居应用中，电流检测通常用于测量家庭用电器的功率消耗，以便进行能源监控和管理。这个过程中，分流感应运算放大器和集成电流监控器都可以用于电流测量。 使用分流感应运算放大器，可以将电路中的电流通过一个低阻抗的电流采样电阻分流，从而得到一个与电流成正比的电压信号。这个电压信号可以通过运算放大器进行放大和滤波，最终得到一个准确的电流测量值。这个测量值可以通过微控制器或其他处理器进行处理和显示，以便用户了解家庭用电器的实时功率消耗情况。 另外，集成电流监控器也可以用于电流测量。这种方法的优点在于，集成电流监控器直接测量通过芯片内部的电流感应电阻流过的电流，无需外部电阻分流，因此电路更简单，精度更高。集成电流监控器还可以提供过载保护和热关断等功能，从而保证家庭用电器的安全运行。 智能家居应用中的电流检测非常普遍，这是为了实现能源监控和管理，提高家庭用电器的智能化程度和安全性。

求数据平均值时，增加方差计算，判定数据是否稳定未被干扰 单片机 A/D 采集到的数据需要滤波，防止有噪声。各种方法，平均值，中值不一而足。滤波前，应该对数据做一些判断，防止数据源本身错误，使滤波结果有较大误差。可以采用对数据求方差的办法，先计算平均值，在平均值的基础上，计算方差。如果方差超过设定值，视为无效数据。 #define DEVIATION 50 // 方差限 /* 输入 *p 为首个数据指针 Len 为数据长度 *m 将存放数据均值 返回值 1 数值方差在限值内 0 数值方差在限值外 */ uint8_t dev(uint16_t *p,uint8_t len,uint16_t *m){ uint32_t temp; uint16_t mean; uint8_t i; temp = 0; for(i = 0;i计算均值 temp += p ; temp /= len; mean = (uint16_t)temp; *m = mean; // 保存均值 temp = 0; for(i = 0;i计算方差 mean) temp += (p -mean)^2; else temp += (mean - p )^2; } temp /= len; if(temp < DEVIATION) return 1; else return 0; }

本文首发于个人微信公众号 读书生活随想偶得 敬请订阅 喜欢此文章，请推荐给朋友 摘要 对于大功率的变频器，它的滤波电容的容量要很大才能满足输出电容的稳定。 * * * * * * * * 《 变频器的基本原理 》里面说了：要让变频器工作起来“得心应手”，就要配上好多其它的元件。今天先讲滤波电路上的元件。 为了整流后的电压上“波浪熨平”了，就得用到“电容”来“滤波”。这个电容容量要和变频器的功率相配，它的容量选配就是一门学问。设计的工程师会选配，我不会选配。 大功率的变频器，它的滤波电容容量通常会很大，这个是为了满足后级输出的电压稳定的要求。 这个电容有多大呢？ 以我们厂生产的最大功率的变频器为例，它有16只12000uF的电解电容，每8只先并联后再串联。安装的实物照片如下图： 这个12000uF的电容个头有多大呢？可以参考下图照片中成人的胳膊。这是我见过的最大的电容。我在车间里，都称这个电容是“大炮弹”。这个电容应是供应商为我们公司定制的，虽然在它的官网上，电容的参数也列着，是它的“标准”品，但我相信，它的客户不多，或者说除我我们外就没有其它客户。 这些电容并联起来充满电后，它的能量吓死人，足以伤人致残，妥妥的安全事故级。 我听说过一起安全事故，我们集团兄弟厂的一个同事，在排除故障的时候，因为没有确认电容上的电有没有放掉就去操作，结果手被电容电伤。（具体的细节是怎么回事，我也不清楚，也没有找到具体的事故报告。是外国的兄弟厂发生的事，我只是听厂里的老同事说过这事，细节不知，相信是有这么一回事，但细节不是我说的这么简单。） 所以，设计的时候在这个滤波电路上，会并联二个等值的电阻，变频器停电后，通过这二个电阻把电容上的电放掉，这个叫“放电电阻”（bleeder resistor)。在操作说明书和变频器柜子上面的警告标签上，都特别指明：必须在变频器断电 5 分钟 后才可以打开柜门。 我自己有一次评审一台从客户端退回的故障变频柜。我现在不记得那台柜子什么原因退回来。它的放电电阻坏了，或者是电路接线松了，总之电容上的电没有被完全放掉，还有一些能量残留在电容上。我手贱，评审的时候，用手去模模柜内的零件，摸了它的正负母排，结果被电了一下，当时只是手感觉有电，麻了一下，没有受伤。有了这一次的经验教训，以后我在生产线上排查故障时，没有用万用表确认上面没有电前，是不会摸它了。花代价得来的教训，最容易长记性，这一句话是有道理的。 下图是某一款变频器滤波部分的电路原理图。 1RES,2RES就是“放电电阻”。 “C1,3,5,7”先并联后再和并联的“C2,4,6,8”串起来，它们的组合后，就等效为一个大的电容器。先并后串的用意：一个电容的耐压值（450VDC)不够承受BUSS+/-之间的电压(538V,即380V的根号2倍，即1.41倍)，所以要串起来，二只电容平分这个电压。这种设计本身也是为了节省电容的成本。电解电容的耐压值不能做得太高，耐压值高了，制造成本也加大。另一个原因：耐压值高了，同等容量下电容体积就要加大，这种体积加大不是呈比例的。这些都是成本。 如图所示，电阻的225A,225B接到225点，为什么要这么接法呢？ 这二个电阻的阻值是一样的。它们串联后并联到BUSS+/-之间后，中间再与电容的串联点相联，二个电阻上的就可以分得同样的电压，这样保证二组并联的电容组上也可以得到相同的电压。原因是：电容的容值很难控制，所以我们看到的电容的公差都很大。不可能利用串联电容来达到均分电压的目的。但电阻可以把公差做得很少，比如1%。这样电阻上面分得的电压就差不多一样了。 系统通过224，225，226三根线接到监控电路上，监控电容上的电压有没有充到规定的电压，这个电压叫“直流母线电压”。这个电压值是有规定的，如果系统测得的电压值低于规定值，就报“直流母线电压过低”，变频器开不了机。同时它也测量1RES,2RES上分得电压是否均等。所以，这二个电阻也叫“均压电阻”。我到现在还没有遇到过电阻分电压不相等的故障现象。 * * * * * * * * * 这二个电阻的选择也有讲究。 如图所示，变频器正常工作的时候，它上面也有电流走过。如果电阻小了，P= U 2 /R.它消耗的功率就大。这个功对变频器来讲是无用功，直接影响到变频器的效率指标，所以要限制。但电阻大了，放电的时间就要延长。从上一段分析的功能来看，电阻的均压功能导致它必须在变频器工作时参与工作，不可以通过电路把它移出去。 电容放电的电路模型如上图，电容二端的电压已知，电容容量已知，电阻阻值已知，只要电压降到安全电压36V以下，就算放电完成。按下面的公式可以计算出它的放电时间。 R:电阻的阻值(Ohm) E:电容放电前的电压(工频有效电压380V，整流后，最高电压538V，电容通过并联均压电阻上分得的电压269V) Vt:电容放电后的电压(比如国家标准安全电压36V) C:并联的等效电容值，举例的电路图中，4只12000uF的电容并联，得到48000uF，即0.048F 同样，如果规定5分钟（300秒）放电到36V,代入公式，设计人员就可以求出所要的电阻。 本例中，算出电阻阻值：3125ohm. 实际应用中，该电阻选的是2.4Kohm/50W规格。这样，该变频柜停机后的放电持续时间为230秒，即约4分钟。柜门上的警示标签规定5分钟，就是设计留有余量。 二只电阻串联，每只电阻上面的电压538/2=269V。变频器正常工作的时候，每只电阻发热消耗的功率就是：P= U 2 /R=30W。 变频器正常工作时，这个电阻上会一直有电流流过，它也就会一直发热。发热的功率就是30W。为了散热及可靠性，设计选用“水泥电阻”，并把它贴在柜子的金属钣金上来帮助散热，电阻和钣金之间加一个传热垫，增加传热效果。为了防止工作人员烫伤事故，此处有一个警示标签，警告此处高温危险。 某型号用的均压电阻/放电电阻的实物照片。因为电容容量大，放电电流就会大，这个电阻选择就大。 * * * * * * * * * 因为是电解电容，它就有了极性，所以安装的时候，这个极性是重点。 有一回，有一台柜子测试的时候，电容发生了爆炸，当时第一时间怀疑是电容的极性安装反了。当时做这个岗位的工人心里也没有底。（按厂里的规定，这个电容极性安装错了，工人是要处罚的。）后来拆下来看，电容极性安装正确。工人的心也就放下了。 为什么这个电容会爆炸？这个原因后来没有找到。从2013年到2020年，厂里和终端客户处，总共就发生过这一起事件，大家就把这个案例当作个案，没有花特别的精力去找原因。 * * * * * * * * * 本公众号没有留言功能，有要和作者交流的朋友，请加作者的微信号：yjzhang2000