在轻负载条件下测量交流电压信号的方法和设备技术

本发明专利技术提出一种在轻负载条件下测量交流电压信号的方法和设备。观察得出整流AC电压信号的峰值电压值每个周期大致相同。使用该观察，测量AC电压的方法可用来确定轻负载条件下的更为精确的RMS电压值。该方法包括对AC电压信号进行整流以形成整流信号，对整流信号进行采样以获得一组针对AC电压信号的每半个周期的采样值，搜索针对每半个周期的采样值以确定针对每半个周期的局部最小值，搜索局部最小值后的采样值以确定针对每半个周期的局部最大值，以及从每半个周期内的局部最大值计算均方根值，从而确定AC电压信号的每半个周期的均方根值。

Method and equipment for measuring AC voltage signal under light load condition

The invention provides a method and device for measuring AC voltage signals under light load conditions. It is observed that the peak voltage value of the rectifier AC voltage signal is approximately the same as that of each cycle. Using this observation, the method of measuring AC voltage can be used to determine more accurate RMS voltage values under light load conditions. The method includes rectifying the AC voltage signal to form a rectifying signal, sampling the rectifying signal to obtain a set of sample values for every half cycle of the AC voltage signal, searching for the sample value for each half cycle to determine the local minimum value for each half cycle, and searching the sampling value after the local minimum to determine the sample value. The root mean square values are calculated for the local maximum value of each half cycle and the root mean value of the local maximum value in every half cycle, thus determining the root mean square of every half cycle of the AC voltage signal.

【技术实现步骤摘要】
在轻负载条件下测量交流电压信号的方法和设备
本专利技术一般涉及测量交流(AC)电压值的领域。更具体地说，本专利技术涉及测量与轻负载工作条件下的诸如AC/DC开关电源、逆变器或不间断电源的功率变换器相关联的AC电压。
技术介绍
知道电压值是一个普通的电路要求。对于直流(DC)电压，由于电压值是恒定的，测量DC电压值是简单的。对于AC电压，其瞬时值是随时间变化的。然而，知道整个时间范围内的平均电压仍然是有意义的，其可以通过对AC电压波形在每个瞬间的电压取简单平均计算得到，或者等价地，AC电压的均方根(RMS)。RMS是一个变量幅值的统计量。当数值有正有负时，例如正弦波，均方根特别有用。一组数值或者一个连续时间波形的RMS是原始数值的平方或者定义连续波形的函数的平方的算术平均值的平方根。各种传统的感测电路可用于测量AC电压，其中AC电压的RMS值的范围可以为几十到几百伏，甚至更高。图1图示了一个用于测量AC电压的传统感测电路。该感测电路包括二极管D1和D2，用于将高AC电压按比例缩小至低AC电压的电阻器R1、R2和R3，以及电容器C1。将AC电压提供给二极管D1和D2，并且感测电路的目的是用于输出全波整流电压信号。图2图示了用于测量AC电压的另一种传统感测电路。图2中的感测电路与图1中的电路类似，其增加了一个放大器以减小负载的影响。图3图示了用于测量AC电压的另一种传统感测电路。图3中的感测电路包括二极管D1、D2、D3和D4，电阻器R1、R2、R3和R4，电容其C1和C2，以及放大器。图4图示了与传统感测电路对应的示例性电压波形。顶部波形2和4示出了示例性AC电压信号Vin。中间波形6和8分别示出了输入AC电压信号的整流波形|Vin|。底部波形10和12示出了整流波形6和8的平方波形|Vin|2。波形2、6和10对应于中等负载和重负载条件。波形4、8和12对应于轻负载条件。在中等负载和重负载条件下，全波整流是完全可行的，如波形6和10所示。在数字测量的情况下，RMS电压可根据采样率(如采样点14、16、18、20、22和24)通过模拟-数字转换器采样整流波形6来确定，模拟-数字转换器可以为ASIC芯片或者可嵌入在数字信号控制器(DSC)、数字信号处理器(DSP)或微控制器(MCU)中，并计算采样电压值的平方和RMS作为一段时间(如半个周期T/2)内平方电压值的平均的平方根。然而，在轻负载条件下，整流波形|Vin|失真，如波形8所示的电压不过零。事实上，电压明显保持在0伏之上。失真的整流波形|Vin|会导致失真的平方波形|Vin|2，如波形12所示。为了使用采样方法测量正确的RMS电压值，整流电压波形8应在理想情况下为类似于波形6的全波整流波形。然而，确定RMS电压的现有方法即使在轻负载条件下采用全波整流信号，且使用采样值而不考虑整流和平方电压波形的失真。引起整流电压波形失真的一个原因是感测电路中二极管的非理想特性。对于中等负载和重负载条件，有足够的电流通过二极管以使二极管能正常工作。然而，对于轻负载条件，流过二极管的电流太小而不能使二极管正常工作，从而导致失真的整流波形。由于失真的整流波形，以及导致的失真的平方波形，不能保证在轻负载条件下的AC电压的测量精度。在传统的感测电路中，在轻负载条件下使用采样方法计算的RMS电压值大于实际的RMS电压值。此外，常见于服务器或电信电源中以及由于AC电压的RMS值低于某些阈值而使电源停止正常运行的欠电压锁存的功能在轻负载条件下变得不可靠。
技术实现思路
观察得出每个周期的整流AC电压信号的峰值电压值大致相同。使用这种观察，测量AC电压的方法可用来在轻负载条件下确定更为精确的RMS电压值。在一个方面，公开了一种在轻负载条件下测量AC电压信号的方法。该方法包括整流AC电压信号以形成整流信号，以及针对所述AC电压信号的每半个周期对整流信号进行采样以获得一组采样值。该方法还包括搜索针对每半个周期的采样值以确定针对每半个周期的局部最小值。该方法还包括搜索在局部最小值后的采样值，以确定针对每半个周期的局部最大值。该方法还包括根据每半个周期内的局部最大值计算均方根值，从而确定AC电压信号在每半个周期内的均方根值。在一些实施例中，该方法还包括设置感测电压阈值，比较采样值和感测电压阈值，若采样值中的一个采样值等于或小于感测电压阈值，则搜索在该采样值后的采样值以确定针对每半个周期的局部最小值。在一些实施例中，设置感测电压阈值包括通过低通滤波器传送整流信号，以及设置感测电压阈值作为滤波器的输出。在一些实施例中，该方法还包括在采样之前按比例缩放整流信号。在该实施例中，计算均方根值可以包括重新按比例缩放局部最大值。在一些实施例中，该方法还包括在计算均方根值之前，针对噪声对所确定的局部最大值进行滤波。在该实施例中，对所确定的局部最大值进行滤波包括采用来自于之前的一个或多个半个周期内的一个或多个滤波后的局部最大值来对当前半个周期内的局部最大值进行平均化。此外，在该实施例中，计算均方根值可以包括应用线性插值函数于滤波后的局部最大值中。在一些实施例中，计算均方根值包括应用线性插值函数于局部最大值中。在另一个方面，公开了另一种在轻负载条件下测量AC电压信号的方法。该方法包括整流AC电压信号以形成整流信号，以及针对所述AC电压信号的每半个周期对整流信号进行采样以获得一组采样值。该方法还包括搜索采样值以确定针对每半个周期的局部最大值。该方法还包括根据每半个周期内的局部最大值计算均方根值，从而确定对于AC电压信号的每半个周期内的均方根值。在一些实施例中，该方法还包括设置感测电压阈值，比较采样值与感测电压阈值，并且如果采样值中的一个采样值等于或小于感测电压阈值，则搜索在采样值后的采样值以确定针对每半个周期的局部最大值。在该实施例中，设置感测电压阈值可以包括通过低通滤波器传送整流信号，以及设置感测电压阈值作为滤波器的输出。在一些实施例中，该方法还包括设置感测电压阈值，比较采样值与感测电压阈值，并且如果采样值中的一个采样值等于或大于感测电压阈值，则搜索在采样值后的采样值以确定针对每半个周期的局部最大值。在该实施例中，设置感测电压阈值可以包括通过低通滤波器传送整流信号，以及设置感测电压阈值作为滤波器的输出。在一些实施例中，该方法还包括在采样之前按比例缩放整流信号。在该实施例中，计算均方根值能够包括按比例缩放局部最大值。在一些实施例中，该方法还包括在计算均方根值之前，针对噪声对所确定的局部最大值进行滤波。在该实施例中，对所确定的局部最大值进行滤波包括采用来自于之前的一个或多个半个周期内的一个或多个滤波后的局部最大值来对当前半个周期内的局部最大值进行平均化。也在该实施例中，计算均方根值可以包括应用线性插值函数至滤波后的局部最大值中。在一些实施例中，计算均方根值包括应用线性插值函数至局部最大值中。在又一方面，公开了一种在轻负载条件下测量AC电压信号的设备。该设备包括用于整流AC电压信号以形成整流信号的装置，以及用于针对所述AC电压信号的每半个周期对整流信号进行采样以获得一组采样值的装置。该设备还包括用于搜索针对每半个周期的采样值以确定针对每半个周期的局部最大值的装置。该设备还包括用于搜索在局部最小值后的采样值，以确定在针本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在轻负载条件下测量AC电压信号的方法，所述方法包括：对所述AC电压信号进行整流以形成整流信号；针对所述AC电压信号的每半个周期对所述整流信号进行采样以获得一组采样值；搜索针对每半个周期的所述采样值以确定针对每半个周期的局部最小值；搜索在所述局部最小值后的所述采样值，以确定针对每半个周期的局部最大值；以及从针对每半个周期的所述局部最大值计算均方根值，从而确定针对所述AC电压信号的每半个周期的所述均方根值。

【技术特征摘要】
2013.01.09 US 13/737,7391.一种在轻负载条件下测量AC电压信号的方法，所述方法包括：对所述AC电压信号进行整流以形成整流信号；针对所述AC电压信号的每半个周期对所述整流信号进行采样以获得一组采样值；搜索针对每半个周期的所述采样值以确定针对每半个周期的局部最小值；搜索在所述局部最小值后的所述采样值，以确定针对每半个周期的局部最大值；以及从针对每半个周期的所述局部最大值计算均方根值，从而确定针对所述AC电压信号的每半个周期的所述均方根值。2.根据权利要求1所述的方法，其中搜索针对每半个周期的所述采样值包括：设置感测电压阈值；将所述采样值与所述感测电压阈值进行比较；以及如果所述采样值中的一个采样值等于或小于所述感测电压阈值，则搜索在所述一个采样值后的采样值以确定针对每半个周期的所述局部最小值。3.根据权利要求2所述的方法，其中设置所述感测电压阈值包括通过低通滤波器传送所述整流信号，并且设置所述感测电压阈值作为所述滤波器的输出。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在采样之前按比例缩放所述整流信号。5.根据权利要求4所述的方法，其中计算所述均方根值包括重新按比例缩放所述局部最大值。6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在计算所述均方根值之前，针对噪声对所确定的局部最大值进行滤波。7.根据权利要求6所述的方法，其中对所确定的所述局部最大值进行滤波包括采用来自于一个或多个之前的半个周期的一个或多个滤波后的局部最大值来对当前半个周期的所述局部最大值进行平均。8.根据权利要求6所述的方法，其中计算所述均方根值包括应用线性插值函数于所述滤波后的局部最大值。9.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述均方根值包括应用线性插值函数于所述局部最大值。10.一种在轻负载条件下测量AC电压信号的方法，所述方法包括：对所述AC电压信号进行整流以形成整流信号；针对所述AC电压信号的每半个周期对所述整流信号进行采样以获得一组采样值；搜索所述采样值以确定针对每半个周期的局部最大值；以及从针对每半个周期的所述局部最大值计算均方根值，从而确定针对所述AC电压信号的每半个周期的所述均方根值。11.根据权利要求10所述的方法，其中搜索所述采样值包括：设置感测电压阈值；将所述采样值与所述感测电压阈值进行比较；以及如果所述采样值中的一个采样值等于或小于所述感测电压阈值，则搜索所述一个采样值后的采样值以确定针对每半个周期的所述局部最大值。12.根据权利要求11所述的方法，其中设置所述感测电压阈值包括通过低通滤波器传送所述整流信号，并且设置所述感测电压阈值作为所述滤波器的输出。13.根据权利要求10所述的方法，其中搜索所述采样值包括：设置感测电压阈值；将所述采样值与所述感测电压阈值进行比较；以及如果所述采样值中的一个采样值等于或大于所述感测电压阈值，则搜索所述一个采样值后的采样值以确定针对每半个周期的所述局部最大值。14.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑立易，许祥平，
申请(专利权)人：弗莱克斯电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US