[实用新型]一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路

说明书

本实用新型涉及工业互联网应用技术领域，具体公开了一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路，包括抗混叠滤波器、采样保持器、A/D转换器、CPU、过零比较器、相位比较器、低通滤波器、压控振荡器、调理电路以及N分频器，相位比较器、低通滤波器以及压控振荡器组成锁相环，所述抗混叠滤波器和过零比较器分别连接被测电网输入信号，抗混叠滤波器、采样保持器、A/D转换器以及CPU依次连接，过零比较器、相位比较器、低通滤波器、压控振荡器以及调理电路依次连接，调理电路分别连接采样保持器、A/D转换器以及N分频器，N分频器连接相位比较器。本实用新型提供的基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路，可以从根本上消除泄漏误差产生的根源。

技术领域

本实用新型涉及工业互联网应用技术领域，更具体地，涉及一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路。

背景技术

在工业互联网应用系统中，企业的电网谐波往往会对信息采集产生严重影响。因此，需要对电网谐波进行检测。在采用FFT算法进行谐波检测时，从对周期信号的复原与频谱分析角度考虑，如果采样频率和信号基频不同步，即如果不能将一个测量周期非常均匀地进行N等分，模拟信号用离散信号代替会出现频谱泄漏误差，从而影响测量精度。在实际中，电网工频信号频率经常会发生变动，当信号频率偏离原频率时，若仍以原频率的采样间隔对信号采样,就会引起采样失真，致使谐波分析发生误差。

根据目前国内外关于消除或减少FFT算法频谱泄漏的理论、方法和对本装置的实际调试结果，本装置选用锁相环设计硬件数据采样的同步控制，即利用锁相环的输出信号动态跟踪输入信号频率的这一特点可以达成。

如图1所示，基本的锁相环是由相位比较器(PD，Phase Detector)、低通滤波器(LF，Loop Filter)和压控振荡器(VCO，Voltage Control Oscilator)三个部分组成，构成基本的锁相环路(PLL)。其本质上是一个相位误差控制系统，工作原理是将参考输入信号U_i(f₁)与输出信号U₀(f₂)之间的相位进行比较，产生相位误差电压即调整电压U_d来调整输出信号U₀的相位，以达到与参考信号同频(f₁＝f₂)的目的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路，可以解决背景技术中存在的电网工频信号频率经常会发生变动，当信号频率偏离原频率时，若仍以原频率的采样间隔对信号采样,就会引起采样失真，致使谐波分析发生误差的问题。

作为本实用新型的第一个方面，提供一种基于谐波检测的采样同步控制及锁相环电路，包括抗混叠滤波器、采样保持器、A/D转换器、CPU、过零比较器、相位比较器、低通滤波器、压控振荡器、调理电路以及N分频器，所述相位比较器、低通滤波器以及压控振荡器组成锁相环，所述抗混叠滤波器和过零比较器分别连接被测电网输入信号，所述抗混叠滤波器、所述采样保持器、所述A/D转换器以及所述CPU依次电连接，所述过零比较器、所述相位比较器、所述低通滤波器、所述压控振荡器以及所述调理电路依次电连接，所述调理电路分别连接所述采样保持器、所述A/D转换器以及所述N分频器，所述N分频器又连接所述相位比较器。

进一步地，所述过零比较器包括调零电阻RUA1、电压比较器U1A以及光耦U2A，所述锁相环包括CD4046芯片U6，所述调理电路包括第一与非门U4A和第二与非门U4B，所述N分频器包括CD4060芯片U5，所述电压比较器U1A的同相输入端连接所述被测电网输入信号，反相输入端连接所述调零电阻RUA1，所述电压比较器U1A的输出端通过所述光耦U2A连接所述CD4046芯片U6的引脚十四，所述CD4046芯片U6的引脚四连接所述第一与非门U4A的输入端，所述第一与非门U4A的输出端连接所述第二与非门U4B的输入端，所述第二与非门U4B的输出端连接所述CD4060芯片U5的引脚十一，所述CD4060芯片U5的引脚六连接所述CD4046芯片U6。