输入功率和电流测量的系统及方法技术方案

功率因数校正(PFC)控制设备用于功率因数校正并同时用于输入功率和电流测量。使用电流传感器和电压传感器测量输入电压和输入电流(510,520)。在电磁干扰(EMI)滤波器之后测量电流。基本上同时对输入电压和输入电流采样(530)。由于电流感测电路中所引入的相移，因此调节所测量的输入电流(540)。使用输入电压和调节后的输入电流计算输入功率(550)。使用PFC输入电流和EMI滤波器无功电流确定总输入电流(560)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】输入功率和电流测量的系统及方法
本申请总体涉及电子学，并更具体地涉及输入功率和电流测量。
技术介绍
在当今的“绿色世界”环境中，包括输入功率和RMS电流(Irms)测量的实时能源消耗测量变得越来越重要。这些测量可用于调节功率输送并最优化能源使用。此外，它们鼓励非高峰时期的能源消耗以及有效的能源资源管理。传统上，通过专用功率计量芯片测量输入功率和电流。尽管功率计量芯片已经提供了可接受的结果，但其显著地增加了成本和设计工作。迄今为止，先前方案存在着未被解决的需求。
技术实现思路
所描述的示例实施例提供输入功率和电流测量的系统。在体系结构中，其中系统的一个示例实施例被简要地描述为可被实施为：功率因数校正(PFC)控制设备，其包括：多个模数转换器(ADC)输入和PWM输出，多个ADC输入中的第一至少一个经配置用于感测输入电压，多个ADC输入中的第二至少一个经配置用于感测输入电流，PWM输出经配置控制PFC电路的输出电压；输入电压信号调整模块，其经配置接收输入电压并针对多个ADC输入中的第一个的测量范围调节输入电压范围；以及电流感测信号调整模块，其经配置感测PFC控制电路的输入电流并调节表示感测到的输入电流的信号，以适合在多个ADC输入中的第二至少一个的测量范围内，PFC控制设备经配置调节所确定的输入电流以补偿电磁滤波器中的无功电流，以便确定总输入电流以及补偿由电流感测调整电路引入的相移。描述的实施例还可被视为提供输入功率和电流测量的方法。在这点上，其中可通过以下步骤概括地总结这种方法的一个实施例：以PFC控制设备的输入确定功率因数校正(PFC)输入电流；以PFC控制设备的输入确定PFC输入电压；使PFC输入电压和PFC输入电流相互关联，以使PFC输入电压和PFC输入电流基本上被同时采样；调节所确定的PFC输入电流值以补偿电流感测电路中的相移，以便确定调节后的输入电流；使用相互关联的PFC输入电压和调节后的输入电流计算输入功率，并调节所确定的输入电流以补偿电磁干扰(EMI)滤波器中的无功电流，以便确定总输入电流。附图说明图1为输入功率和电流测量系统的示例实施例的电路图。图2为图1的EMI滤波器的简化电路的示例实施例的电路图。图3为图1的电流测量电路的示例实施例的电路图。图4为图1的输入电压感测电路的示例实施例的电路图。图5为输入功率和电流测量方法的示例实施例的流程图。具体实施方式本文公开了输入功率和电流测量的系统及方法。例如，可通过服务器使用输入功率和电流测量，以识别功率成本。在许多服务器功率电路中，使用功率因数控制(PFC)设备以使任何电力负载好像是到为其供电的电压电源的电阻器。PFC可为政府委托的(如在欧洲、日本等等)或来自公共利益实体的指导准则(诸如U.S.的能源之星)。如本文所公开，PFC控制设备可用于功率因数校正以及输入功率和电流测量两者。功率供给控制电路的前端上的PFC设备收集交流电(AC)输入信号并调节电流信号，以追随电压信号的相位。电压信号通常为正弦曲线；因此电流信号经调节追随具有正弦信号和同相的电压信号。为了控制PFC，测量输入电压和输入电流，以便可适当地调节输入电流。为了确定输入功率，确定输入电压和输入电流。例如，可使用电流传感器和电压传感器执行这些测量。在本文所公开的输入功率和电流测量的系统及方法的示例实施例中，在电磁干扰(EMI)滤波器之后测量电流。然而，实际的输入电流包括EMI滤波器无功电流以及在EMI滤波器之后测量的电流。可使用公式来计算EMI滤波器无功电流。EMI滤波器可被简化为用于该计算的单个电容器。EMI滤波器的输入电压和总电容可用于确定EMI滤波器无功电流。图1提供电路100，其为使用示例PFC控制设备(UCD3138)的输入功率和测量的系统的示例实施例。电路100使用示例传统PFC应用。通过调整块140感测输入线和中性电压两者，并随后通过分离的模数转换器(ADC)输入对其采样。可通过固件“矫正(rectified)”这些测量，以用于控制功能和监测功能两者。通过另一个ADC经过调整块(conditioningblock)160感测的输出电压可被用于电压回路控制。电流信号可由电流分流器感测并在信号调整块150中被放大和过滤，并且然后被连接到误差ADC(EADC)，以用于电流回路控制。此外，电流信号可进一步被过滤并连接到ADC，以用于输入电流测量。图1的示例配置使用几乎相同的现有PFC电路，添加低通滤波器以用于ADC电流感测。示例实施例极大地降低了输入功率和电流测量的成本和设计工作。由于未包括EMI输入滤波器中电容的贡献，因此在PFC控制设备的ADC处感测的测量电流可能不表示总输入电流。所测量的电流和实际输入电流之间的差异在高压线和轻负载处增大，并且可被包括用于精确的输入电流上报。图2提供简化的EMI滤波器电路200。在电路200中，去除电感器并以单个电容器C代替总电容。IEMI表示EMI电容器210的RMS电流。“I_测量”表示由PFC控制设备220测量的输入RMS电流。Iin表示总输入RMS电流。在示例实施方式中，该EMI滤波器的等效电容为3μF。考虑其中Vin＝265V，AC频率＝65Hz，以及具有I_测量＝0.25A的轻负载的情况。输入电流测量精确性可被要求低于该功率水平下的0.05A。可如下计算由EMI滤波器产生的无功电流：IEMI为无功电流并以90度导出所测量的电流“I_测量”，因此：因此所测量的输入电流和实际总输入电流之间的差异将为0.41A-0.25A＝0.16A，其可远大于在该功率水平下所典型要求的0.05A的精确性。因此，通过EMI滤波器生成的无功电流可被包括在总上报的输入电流中。图3提供电流反馈和测量电路300。电阻器320上的电压降被放大和过滤，其输出“ISENSE_SHUNT”将进入电流回路，以用于PFC输入电流校准。调节“ISENSE_SHUNT”以使电压摆动适合在EADC的测量范围内。由于典型电流感测滤波器的高带宽，“ISENSE_SHUNT”可具有高频率波纹，其可影响输入电流测量精确性。同样，ADC可具有比EADC更高的测量范围。为了在示例实施例中去除高频率波纹并充分地使用ADC测量范围，另一个运算放大器和低通滤波器可被用于将“ISENSE_SHUNT”改变为“IIN_SENSE”。在该信号调整之后，“IIN_SENSE”将为平滑的波形并适应ADC测量范围。其可然后由ADC(例如，12位ADC)测量。然后，电流感测信号可被测量并被上报在数字化ADC计数中。为了得到以安培为单位真实电流值，ADC计数可被转化回为以安培为单位的电流。ADC计数和安培数之间的关系可衍生自电路。然而，部件容差可能使测量精确性不可接受。因此，可以实施校准以用于确定数字化ADC计数和安培数之间的关系。给定假设的电流测量电路，在任何时刻：i＝kiCi-mi；(3)其中i为通过电流分流器的输入电流(以mA为单位)，ki为电流感测增益，Ci为ADC转换输出(为计数)，并且mi为电流感测偏移。对于恒定的DC输入，平均电流值等于瞬间值，因此等式(3)仍然有效：IDC＝kiCi-mi；.(4)等式(4)允许使用DC电源以校准(calibrate)电流测量。在示例实施例中，在PFC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定输入功率和电流的方法，其包括：以功率因数校正即PFC控制设备的输入确定PFC输入电流；以PFC控制设备的输入确定PFC输入电压；使所述PFC输入电压和所述PFC输入电流相互关联，使得所述PFC输入电压和所述PFC输入电流基本同时被采样；调节所确定的PFC输入电流值以补偿电流感测电路中的相移，以便确定调节后的输入电流；使用相互关联的PFC输入电压和所述调节后的输入电流计算所述输入功率；以及调节所述所确定的输入电流以补偿电磁干扰即EMI滤波器中的无功电流，以便确定总输入电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.20 US 61/691,153;2013.06.12 US 13/915,7771.一种确定输入功率和电流的方法，其包括：提供功率因数校正控制设备即PFC控制设备，所述PFC控制设备具有多个模数转换器输入即ADC输入和控制所述PFC电路的输出电压的脉冲宽度调制输出即PWM输出；利用PFC控制设备的至少一个所述ADC输入确定功率因数校正输入电流即PFC输入电流；利用所述PFC控制设备的至少一个所述ADC输入确定PFC输入电压；使所述PFC输入电压和所述PFC输入电流相互关联，使得所述PFC输入电压和所述PFC输入电流基本同时被采样；调节所确定的PFC输入电流值以补偿电流感测电路中的相移，以便确定调节后的输入电流；使用相互关联的PFC输入电压和所述调节后的输入电流确定所述输入功率；以及调节所确定的输入电流以补偿电磁干扰滤波器即EMI滤波器中的无功电流，以便确定总输入电流，其中所述总输入电流基本等于EMI无功电流的平方与所确定的输入电流的平方的总和的平方根，所述EMI无功电流基本等于所述输入电压除以1/(2πfC)，其中C为EMI电容值并且f为所述输入电流的频率。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括针对所述电流感测电路中运算放大器的增益和偏移，校准所确定的输入电流。3.根据权利要求2所述的方法，其中使用至多两个校准点执行所述校准。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述PFC输入电压和PFC输入电流的相互关联包括使用双重采样和保持电路，以基本同时对所述PFC输入电压和PFC输入电流采样。5.根据权利要求1所述的方法，其中补偿所述电流感测电路中的相移包括确定通过所述电流感测电路的所述电流感测信号的延迟。6.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述输入功率包括计算其中kv为电压感测增益，Cv为电压ADC转换输出计数，mv为电压感测偏移，ki为电流感测增益，Ci为电流ADC转换输出计数，并且mi为电流感测偏移，并且其中n是代表第n个样本的整数，而N是一个AC周期中的样本的总数。7.一种输入功率和电流测量的系统，其包括：功率因数校正控制设备即PFC控制设备，其包括：多个模数转换器输入即ADC输入和脉冲宽度调制输出即PWM输出，所述多个ADC输入中的第一至少一个经配置用于感测输入电压，所述多个ADC输入中的第二至少一个经配置用于感测输入电流，所述PWM输出经配置控制PFC电路的输出电压；输入电压信号调整电路，其经配置接收输入电压并调节所述输入电压范围以适配到所述多个ADC输入中的所述第一个的测量范围内；以及电流感测信号调整电路，其经配置感测所述PFC控制电路的输入电流并调节表示所述感测到的输入电流的信号，以适配到所述多个ADC输入中的所述第二至少一个的测量范围内，所述PFC控制设备经配置确定输入电流并调节所确定的输入电流以补偿电磁滤波器中的无功电流，以便确定总输入电流以及补偿由所述电流感测信号调整电路引入的相移，其中所述PFC控制设备将所述总输入电流确定为基本等于EMI无功电流的平方和所确定的输入电流的平方的总和的平方根，所述EMI无功电流基本等于所述输入电压除以1/(2πfC)，其中C为EMI电容值，并且f为所述输入电流的频率。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述PFC控制设备针对所述电流感测信号调整电路中的运算放大器中的增益和偏移误差，校准所述所确定的输入电流。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述PFC控制设备使用至多两个校准点进行校准。10.根据权利要求7所述的系统，其中所述PFC控制电路进一步经配置使所述输入电压和所述输入电流相互关联，使得所述输入电压和所述输入电流基本同时被采样。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述输入电压和输入电流相互关联包括使用双...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·孙，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US