锁相环原理简介

1、锁相环锁相环 pll (phase-locked loop) 吴欢 1.锁相环基本概念锁相环基本概念 n定义：能够自动跟踪输入信号频率与相位的闭环定义：能够自动跟踪输入信号频率与相位的闭环 控制系统控制系统 n分类：分类： n光伏并网中的作用：保证并网电流与电网电压严光伏并网中的作用：保证并网电流与电网电压严 格同相同频格同相同频 模拟锁相环模拟锁相环(apll) 数字锁相环数字锁相环(dpll) 混合锁相环混合锁相环(hpll) 软件锁相环软件锁相环(spll) 2. 锁相环的工作原理锁相环的工作原理 相位差相位差电压电压滤波滤波直流电压直流电压vco频率、相位频率、相位 3. 模拟锁相环模

2、拟锁相环 o i e u c u 很小时： io sinsin eeee ukk e ioee uk 拉氏变换： io ( ) ( )( ) ee uskss lf是一个低通滤波器是一个低通滤波器 1 r 2 r c e u c u c u 1 r 2 rc e u (a)无源rc低通滤波器(b)有源rc低通滤波器 一般地，一般地， 12 rr，令，令 1122 ,rcr c 容易得到容易得到lf的传递函数的传递函数 2 12 ( )1 ( ) ( )()1 c a e uss f s uss 2 21 ( )(1) ( ) ( )1 (1) c b e usas f s ussas 当放大系

3、数当放大系数a很大时，很大时， 2 1 1 ( ) b s f s s 0(0),(0)1,(0) ab sffa 22 11 (),( ),( ) ab sff 在在( ) c u t的作用下，压控振荡器输出频率和输入信号频率的作用下，压控振荡器输出频率和输入信号频率 i 的偏差为的偏差为： ( ) oc k u t 由由引起的相差引起的相差 o( ) t 为为 拉氏变换：拉氏变换： o ( ) ( ) oc k us s s o 00 ( )( ) tt oc tdk ud 锁相环路进入稳态之前，锁相环路进入稳态之前， o i 和参考频率和参考频率不同不同 ，经过，经过pll 的控制作用，

4、总可以使的控制作用，总可以使 oio 。进入稳态之后，输出。进入稳态之后，输出 信号和输入信号存在一个相位差。信号和输入信号存在一个相位差。 i o e k ( )f s/ o ks io () io dtk 仿真结果仿真结果 模拟锁相环存在的问题模拟锁相环存在的问题 n硬件电路复杂硬件电路复杂 n硬件电路本身难以克服的难题硬件电路本身难以克服的难题 零点漂移零点漂移 器件饱和器件饱和 必须初始校准等必须初始校准等 4. 软件锁相环软件锁相环 nspll的基本原理的基本原理 输入信号：经过整形的输入信号：经过整形的ttl电平信号电平信号 鉴相软件：识别采样信号和输入信号之间的相位差鉴相软件：识

5、别采样信号和输入信号之间的相位差 环路滤波程序：控制相位校正的速度与精度环路滤波程序：控制相位校正的速度与精度 可编程控制计数器：计数周期受环路滤波程序控制可编程控制计数器：计数周期受环路滤波程序控制 4.1 鉴相鉴相 n取周期（或频率）作为检测量取周期（或频率）作为检测量 n输入信号为电网电压采样后通过硬件电路整形与其同输入信号为电网电压采样后通过硬件电路整形与其同 步的步的ttl方波信号方波信号 n捕获模块捕捉到捕获模块捕捉到ttl上升沿，获得电网电压周期和相上升沿，获得电网电压周期和相 位位 nspwm信号由信号由dsp内部软件产生，所以内部软件产生，所以dsp明确了解明确了解 并网电流的周期和相位并网电流的周期和相位 n得到参考输入信号得到参考输入信号 和反馈采样信号和反馈采样信号 ref tin t 4.2 环路滤波环路滤波 n逐次逼近算法逐次逼近算法 0 refin ett 使载波周期使载波周期tpr长度减长度减1 0 refin ett使载波周期使载波周期tpr长度加长度加1 优点：超调量为优点：超调量为0 缺点：锁相速度较慢缺点：锁相速度较慢 n最优时间最优时间pll a、输入信号、输入信号 b、输出信号、输出信号 c、鉴相器输出、鉴相器输出 优点：锁相速度快，仅需两个周期优点：锁相速度快，仅需两个周期 缺点：超调量大，导致逆变器输出波形剧烈震荡缺点：超调量