用于评估电源的输入电压的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及：评估电源或开关模式电源的输入电压的方法，输入电压具有明确的极性；和执行该方法的系统。借助模拟

【技术实现步骤摘要】
用于评估电源的输入电压的方法和系统


[0001]总的来说，本专利技术涉及电气工程学领域，尤其是电力电子学和电力电子电路领域。特别地，本专利技术涉及一种用于评估电源或开关模式电源的输入电压的方法，其中输入电压具有明确的极性。本专利技术还涉及一种用来执行用于评估开关模式电源的输入电压的方法的系统。

技术介绍

[0002]在制造和自动化技术中，电源或开关模式电源被大规模用于给诸如电子控制器、泵、阀门、传感器等耗电器供电。这些耗电器由电源或开关模式电源来供应适合的、通常预先限定的电压。为此，在开关模式电源的输入侧的高电压水平通常被转换到在开关模式电源的输出侧的针对这些耗电器预先限定的、较低并且通常恒定的电压水平上。
[0003]开关模式电源的供电通常使用来自单相或三相供电网的电网电压作为供电电压来实现。在单相或三相电网电压（例如230V交变电压、三相交变电压）作为供电电压的情况下，开关模式电源通常具有输入级——例如以整流器单元的形式，通过该输入级，将来自供电网的交变电压转换成随时间变化的、大多脉动的直流电压，作为开关模式电源的输入电压。也就是说，在输入级之后或在整流器单元之后，通常存在如下输入电压，该输入电压具有明确的极性（也就是说该输入电压的极性随时间保持相同或不发生变换），但是该输入电压的幅度随时间发生变化或者有随时间的波动。接着，电源或开关模式电源将该输入电压转换成用于耗电器的恒定的输出电压，其中通过对能量流的调节来实现输出电压和/或输出电流的恒定。
[0004]对于开关模式电源来说，如今变得越来越重要的是识别电网条件——诸如电网频率、电网电压等等——以及还有在供电网中的干扰（例如在三相供电电压情况下的断相、过电压脉冲或浪涌等等）。例如，由于开关模式电源只有在输入电压的一定范围内才能最佳地工作，所以重要的是了解电网条件，以便在偏离最佳输入电压范围时能够采取措施。尤其是输入侧的欠电压或来自供电网的欠电压例如由于开关模式电源的输出电压的恒定而可能导致输入电流的升高。这例如可能导致开关模式电源的构件发热或者甚至导致损坏。因而，出于安全原因，通常监控供电电压或输入电压，并且必要时在例如低于预先给定的值时切断开关模式电源的输出。为了防止开关模式电源的由于输入侧的欠电压或来自供电网的欠电压而引起的过热或损坏，需要持续地并且尽可能精确地监控开关模式电源的输入电压，以便必要时采取措施（例如对开关模式电源的输出的切断等等）。在此，尤其可以确定开关模式电源的输入电压或者开关模式电源的输入电压的交变电压分量的随时间的幅度变化的频率以及确定输入电压的幅度波动等等。
[0005]频率和电压测量的常见变体例如是傅里叶分析。傅里叶分析主要被用于将时变或周期性信号分解成具有不同频率和幅度的正弦函数之和。如果在傅里叶分析中假定非正弦振荡，则通过傅里叶分析例如可以确定所涉及到的谐波。也就是说，在整流后的交变电压作为输入电压的情况下，通过傅里叶分析例如可以确定交变电压分量，尤其是交变电压分量
的频率。此外，通过傅里叶分析例如也能够识别电网电压的干扰。但是，为了借助于傅里叶分析来评估开关模式电源的输入电压，例如需要提供相对应的测量设备或相对应的逻辑，通过该测量设备或该逻辑来执行傅里叶分析。这例如导致额外的硬件花费和/或对相对应的计算算法的存储需求。
[0006]在开关模式电源的输入电压处执行频率和电压测量的另一种可能性例如是在输入电压的两个预先给定的或固定的点之间的时间测量。接着，根据在输入电压的这两个预先给定的点之间的时长，例如可以推导出开关模式电源的输入电压的幅度的随时间的变化的频率。但是，为此需要：例如借助于附加的测量装置来测量在预先给定的点之间的时长；并且输入电压的相对应的点可以相对应地被预先限定。也就是说，为了规定固定的测量点，应该知道输入电压的更近似的随时间的变化过程，否则对频率的推导也许可能非常不精确或有错误。
[0007]此外，从申请人的目前为止尚未公布的欧洲专利申请No. 19205873.3，例如公知一种电路装置以及一种方法，利用该电路装置和该方法可以评估电源的输入电压。在此，借助于模拟电路装置根据电源或开关模式电源的供电电压推导出两个输出信号，根据这两个输出信号可以推导出供电电压的测量值（例如平均值）以及供电电压的电压类型（例如直流电压或交变电压）。但是，该电路装置以及尤其是相关的方法具有如下缺点：该电路装置和该方法主要能应用于对单相电源的供电电压的评估。此外，对开关模式电源的供电电压或输入电压的评估需要附加的电路装置并且因而带来额外的花费。此外，利用该电路装置或该相关的方法只能推导出开关模式电源的供电电压的电压类型。也就是说，该方法只识别供电电压是直流电压还是单相交变电压，该供电电压的频率只能被粗略估计。利用该电路装置或该相关的方法无法实现对开关模式电源的输入电压、尤其是整流后的三相供电电压的精确评估。

技术实现思路

[0008]因而，本专利技术所基于的任务在于：说明一种用于评估开关模式电源的输入电压的方法以及系统，该方法和该系统能够在花费不高的情况下以简单且成本低廉的方式实现对具有明确的极性和随时间变化的幅度的输入电压的精确评估。
[0009]该任务通过一种按照开头提到的类型的具有按照专利独立权利要求的特征的方法以及通过一种具有按照专利独立权利要求的特征的用于执行该方法的系统来被解决。本专利技术的有利的实施方式在从属权利要求中描述。
[0010]按照本专利技术，该任务的解决方案通过一种用于评估电源或开关模式电源的输入电压的方法来实现。在此，所要评估的输入电压具有明确的极性。也就是说，开关模式电源的输入电压虽然在其幅度方面具有随时间的变化，但是极性随时间保持相同或不发生变化——诸如在随时间波动的直流电压或者整流后的单相或三相交变电压或所谓的脉动直流电压的情况下。借助于使用预先给定的采样率的采样来对输入电压进行采样或数字化。在此，采样率或采样时钟的周期时长明显短于输入电压的交变电压分量或纹波的预期频率的周期时长，或者采样时钟的频率明显高于所要评估的输入电压的交变电压分量或纹波的预期频率。接着，经数字化的输入电压作为输入信号被输送给滤波器单元并且由该滤波器单元来滤波，使得滤波器单元的输出信号落后于滤波器单元的输入信号。这意味着：滤波器
单元的输出信号所基于的经数字化的输入电压的采样值在时间上先于滤波器单元的输入信号所基于的经数字化的输入电压的采样值。也就是说，滤波器单元例如由于其设计而至少引起在输入信号与输出信号之间的时间延迟。接着，借助于比较器单元将滤波器单元的输入信号和输出信号进行比较。然后评估由比较器单元作为输出信号提供的比较结果。在此，在通过计数器单元的复位来开始的评估期期间，一直评估由比较器单元提供的比较结果，直至在比较结果的首次状态改变之后发现比较结果的再一次状态改变为止。也就是说，对比较结果的评估一直继续，直至在比较器单元的输出处的值或状态首次改变之后发现在比较器单元的输出处的值或状态的又一次改变为止。接着，结束相应的评估期，并且然后依据计数器单元的当前计数值来确定输入电压的交变电压分量的周期本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于评估开关模式电源的输入电压（U
rect
）的方法，其中所述输入电压（U
rect
）具有预先给定的极性，其特征在于，所述输入电压（U
r
、U
rect
）借助于使用预先给定的采样率的采样来被数字化（101）；经数字化的输入电压（U
r_dig
）作为滤波器单元（PT）的输入信号被滤波（102），使得所述滤波器单元（PT）的输出信号（U
r_pt
）落后于所述滤波器单元（PT）的输入信号（U
r_dig
）；借助于比较器单元（COMP）将所述滤波器单元（PT）的输入信号（U
r_dig
）与所述滤波器单元（PT）的输出信号（U
r_pt
）进行比较（103）；而且由所述比较器单元提供的比较结果（AW）被评估（104），其中在通过计数器单元（CO）的复位来开始（1041）的相应的评估期期间，由所述比较器单元（COMP）提供的比较结果一直被评估，直至在比较结果（AW）的首次状态改变之后发现（1042、1043）比较结果（AW）的再一次状态改变为止，而且其中接着结束相应的评估期并且依据所述计数器单元（CO）的当前计数值（CO_W）来确定（1044）所述输入电压（U
r
、U
rect
）的交变电压分量的周期时长和/或频率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定所述输入电压（U
r
、U
rect
）的平均值，使用（1044）在相应的评估期内加和的、经数字化的输入电压（U
r_dig
）的总和值（U
r_sum
）以及在相应的评估期结束时的当前计数值（CO_W）。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，在相应的评估期期间，检测（1044）经数字化的输入电压（U
r_dig
）的最小值（U
r_min
）和最大值（U
r_max
）。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述输入电压（U
rect
）在所述采样之前被降低到适合于信号处理的电压范围。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述比较器单元（COMP）在将所述滤波器单元（PT）的输入信号（U
r_dig
）与所述滤波器单元（PT）的输出信号（U
r_pt
）进行比较时使用（103）滞后（H）。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在达到所述计数器单元（CO）的预先给定的最大计数值（CO_W）时结束（1042、1043）对所述比较器单元（COMP）的比较结果（AW）的评估。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述输入电压（U
r
、U
rect
）的数字化之后执行降噪和/或噪声抑制。8.一种用于评估开关模式电源的输入电压（U
rect
）的系统，其中所述输入电压（U
rect
）具有预先给定的极性，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：