CN103227558B - 一种逐波限流方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逐波限流方法及装置，涉及信号处理领域。所述逐波限流方法包括：检测输入设备的脉宽调制PWM波的上升沿，统计从所述设备中的过流信号有效开始至过流信号失效之前的时间段内，输入所述设备的PWM波的上升沿的数量；判断输入所述设备的PWM波的上升沿的数量是否大于预定值，如果是，在过流信号失效的时刻起，令输出所述设备PWM波按照输入所述设备的PWM波的波形输出；否则，在过流信号失效后且输入所述设备的PWM波的第一个上升沿出现时起，令输出所述设备的PWM波按照输入所述设备的PWM波的波形输出。所述逐波限流方法及装置，解决了退出限流过程中的误限流问题，提高了电路效率。

Description

一种逐波限流方法及装置

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种逐波限流方法及装置。

背景技术

在UPS（Uninterrupted Power Supply，无间断供电）及逆变器产品中都有应用到根据电路中的过流信号来封闭PWM（Pulse-Width Modulation，脉宽调制）波的处理。PWM波是具有一定的频率的数字方波信号，在高电平时能驱动外部控制器件的开关导通，在低电平时能使外部控制器件的开关关闭，这样就可以利用PWM的高低电平来控制系统中的充放电过程。

逐波限流最开始是利用DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）采样电流信号，根据计算结果再来控制DSP的PWM波驱动。由于从DSP采样，到计算出结果，再到做出判断动作，延时比较大，因此这种方法只适合响应比较慢的系统。后来就有了在硬件上实现检测过流信号后通过与非门来控制PWM的开和关的方法，这个方法响应速度快，但是这个是严格依据于硬件电路产生的过流信号来实现封闭和打开PWM波的，不能根据实际的电路情况动态的调整，使电路的性能不能得到更好的提高。

逐波限流主要应用在DC-AC（直流-交流）逆变器部分，在UPS、太阳能和电源中应用很广。

图1是一种现有的逐波限流原理图。其中，过流信号是硬件电路检测出来的TTL（transistor-transistor logic，晶体管-晶体管逻辑集成电路）电平信号，输入给CPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件）；输入PWM波可以是PWM波产生模块产生的（如：DSP）或者CPLD本身产生的。CPLD逻辑检测到过流信号的上升沿有效后，开始关闭输出的PWM波信号，如图1中的第一条虚线处。然后继续检测过流信号，在过流信号有效的时间内，输出的PWM波一直处在封波状态，直到检测到过流信号下降沿有效后，表示过流信号消失了，如图1中的第二条虚线处，这时开始执行逐波限流，就是从过流信号变成无效开始，检测输入的PWM波得上升沿，如果在这段时间内，检测到第一个PWM波的上升沿有效后，逐波限流撤销，开始放开输出的PWM波，如图1的第三条虚线处。

现有的逐波限流方法具有以下缺点：

首先，现有逐波限流方法，存在图1中的第二条虚线和第三条虚线之间的误限流问题。这种误限流会把硬件上本应该继续充电的地方，没有充电，使得电路输出的电压或者电流迅速降到了最低，甚至跌倒了0点。这就使电路的效率很低。

其次，硬件检测过流信号消失存在延时问题，这就使输出PWM波封波的时间也相应的往后延时了，进而就会使电路的输出电流或电压更加容易跌倒最低点，使电路的效率更低。

发明内容

本发明实施例提供一种逐波限流方法及装置，以解决退出限流过程中的误限流问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

第一方面，提供一种逐波限流方法，其包括：检测输入设备的脉宽调制PWM波的上升沿，统计从所述设备中的过流信号有效开始至所述过流信号失效的时间段内，输入所述设备的PWM波的上升沿的数量；

判断输入所述设备的PWM波的上升沿的数量是否大于预定值，如果是，在所述过流信号失效的时刻起，令输出所述设备PWM波按照输入所述设备的PWM波的波形输出；否则，在所述过流信号失效后且输入所述设备的PWM波的第一个上升沿出现时起，令输出所述设备的PWM波按照输入所述设备的PWM波的波形输出。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，在检测输入设备的PWM波的上升沿，统计从所述设备中的过流信号有效开始至所述过流信号失效之间的时间段内，输入所述设备的PWM波的上升沿的数量之前，还包括：

检测所述设备中的过流信号的上升沿和下降沿，当检测到所述过流信号的上升沿时记录所述过流信号有效，并令输出所述设备的PWM波持续输出低电平，当检测到所述过流信号的下降沿时记录所述过流信号失效。

在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述检测所述设备中过流信号的上升沿和下降沿，包括：采用D触发器检测所述设备中过流信号的上升沿和下降沿；当检测到所述过流信号的上升沿时记录所述过流信号有效，包括：

当检测到所述过流信号的上升沿时，启动计数器开始计数，如果计数值达到第一阈值，则记录所述过流信号有效；

当检测到所述过流信号的下降沿时记录所述过流信号失效，包括：

当检测到所述过流信号的下降沿时，启动计数器开始计数，如果计数值达到第二阈值，则记录所述过流信号失效。

在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述预定值为0。

第二方面，提供一种逐波限流装置，所述逐波限流装置包括：判断识别单元和退出限流单元；

所述判断识别单元，适于检测输入设备的PWM波的上升沿，统计从所述设备中的过流信号有效开始至所述过流信号失效的时间段内，输入所述设备的PWM波的上升沿的数量；以及，

判断输入所述设备的PWM波的上升沿的数量是否大于预定值，如果是，在所述过流信号失效的时刻，向所述退出限流单元发送退出限流信号；否则，在所述过流信号失效后且输入所述设备的PWM波的第一个上升沿出现时，向所述退出限流单元发送退出限流信号；

所述退出限流单元，适于在接收到所述退出限流信号后，令输出所述设备的PWM波按照输入所述设备的PWM波的波形输出。

在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述判断识别单元包括：PWM上升沿检测模块、PWM上升沿计数模块和判断模块；

所述PWM上升沿检测模块，适于检测输入所述设备的PWM波的上升沿，并将检测结果发送给所述PWM上升沿计数模块；

所述PWM上升沿计数模块，适于统计从所述过流信号有效开始至所述过流信号失效的时间段内，输入所述设备的PWM波的上升沿的数量；

所述判断模块，适于判断输入所述设备的PWM波上升沿的数量是否大于预定值，如果是，在所述过流信号失效的时刻，向所述退出限流单元发送退出限流信号；否则，在所述过流信号失效后且输入所述设备的PWM波的第一个上升沿出现时，向所述退出限流单元发送退出限流信号。

在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述逐波限流装置还包括：滤波单元和进入限流单元；

所述滤波单元，适于检测所述过流信号的上升沿和下降沿，当检测到所述过流信号的上升沿时向所述判断识别单元和进入限流单元发送过流有效信号，当检测到所述过流信号的下降沿时向所述判断识别单元发送过流失效信号；

所述进入限流单元，适于在接收到所述过流有效信号后，令输出所述设备的PWM波持续输出低电平。

在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述滤波单元包括：D触发器和计数器；

所述D触发器，适于检测所述过流信号的上升沿和下降沿；

所述计数器，适于当所述D触发器检测到所述过流信号的上升沿时，对所述过流信号的上升沿进行计数，如果计数值达到第一阈值，则向所述判断识别单元和所述进入限流单元发送过流有效信号，以及，

当所述D触发器检测到所述过流信号的下降沿时，对所述过流信号的下降沿进行计数，如果计数值达到第二阈值，则向所述判断识别单元发送过流失效信号。

在第二方面的第四种可能的实现方式中，所述预定值为0。

本发明所述逐波限流方法及装置中，在过流信号有效的期间内检测并统计输入设备的PWM波的上升沿的数量，当检测到输入设备的PWM波上升沿的数量至少为1时，则在所述过流信号失效的时刻起，立即令输出设备的PWM波按照输入设备的PWM波的波形输出，从而解决了退出限流过程中的误限流问题，提高了电路效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种现有的逐波限流原理图；

图2是本发明实施例一所述逐波限流方法流程图；

图3是本发明实施例一所述逐波限流方法的一种优选实施方式的流程图；

图4是本发明一个实施例所述逐波限流装置的模块结构示意图；

图5本发明一个实施例所述判断识别单元的模块结构示意图；

图6是本发明另一实施例所述逐波限流装置的模块结构示意图；

图7是本发明所述逐波限流装置实现逐波限流的原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明主要解决的技术问题是现有技术中不可避免的缺点，就是解决传统技术在退出限流过程中的误限流问题，利用CPLD的逻辑资源对输入设备的过流信号和输入设备的PWM波进行符合硬件应力的逻辑判断，令输出设备的PWM波正确地关闭和打开。所述设备可以是UPS、逆变器等。

本发明提供的实现方法是采用复杂可编程逻辑器件CPLD实现的。CPLD器件提供丰富的可编程逻辑资源，包括寄存器和各种连线资源。利用这些资源，用verilog硬件描述语言实现PWM波的逐波限流方法。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图2是本发明实施例一所述逐波限流方法流程图，如图2所示，所述方法包括步骤：

220：检测输入设备的PWM波的上升沿，统计从所述设备中的过流信号有效开始至所述过流信号失效的时间段内，输入所述设备的PWM波的上升沿的数量。

230：判断输入所述设备的PWM波上升沿的数量是否大于预定值，如果是，在所述过流信号失效的时刻起，令输出所述设备的PWM波按照输入所述设备的PWM波的波形输出；否则，在所述过流信号失效后且输入所述设备的PWM波的第一个上升沿出现时起，令输出所述设备的PWM波按照输入所述设备的PWM波的波形输出。

本步骤230中，所述预定值一般设置为0，也就是说在过流信号有效期间只要检测到至少一个输入所述设备的PWM波的上升沿，就在过流信号失效的时刻立即打开PWM波（即令输出所述设备的PWM波按照输入所述设备的PWM波的波形输出），否则就要按照默认方案，继续等到一个输入所述设备的PWM波的上升沿出现时才能打开PWM波。因此，采用该实施例所述方法可以在过流信号失效后及时的放开PWM波，避免误限流问题，提高了电路效率。

参见图3，在所述步骤220之前还可以包括步骤：

210：检测所述设备中的过流信号的上升沿和下降沿，当检测到所述过流信号的上升沿时记录所述过流信号有效，并令输出所述设备的PWM波持续输出低电平，当检测到所述过流信号的下降沿时记录所述过流信号失效。

本发明一种优选实施方式中，所述步骤210具体包括：

采用D触发器检测所述设备中过流信号的上升沿和下降沿，并且，

当检测到所述过流信号的上升沿时，启动计数器开始计数，如果计数值达到第一阈值，则记录所述过流信号有效；否则，计数器清零，等待检测到所述过流信号的新的上升沿时，重新开始计数。

当检测到所述过流信号的下降沿时，启动计数器开始计数，如果计数值达到第二阈值，则记录所述过流信号失效；否则，计数器清零，等待检测到所述过流信号的新的下升沿时，重新开始计数。

其中，所述D触发器优选为两个，两个D触发器配合以检测过流信号的上升沿和下降沿，其检测过程非本发明重点，不再赘述。

所述第一阈值和第二阈值可以根据实际应用进行设置，一般可设置为相同的数值，比如设置为50、100等。

所述计数器的位数需要能够满足应用需求，即假设其位数为n，所述第一阈值和第二阈值中较大者为Y，则2ⁿ≥Y。

过流信号中可能会有影响检测的毛刺干扰，通过采用上述步骤210，可以有效剔除毛刺干扰，提高对过流信号的上升沿和下降沿检测的准确度。

图4是本发明一个实施例所述逐波限流装置的模块结构示意图，如图4所示，所述逐波限流装置400包括：判断识别单元410和退出限流单元420。

所述判断识别单元410，适于检测输入设备的PWM波的上升沿，统计从所述设备中过流信号有效开始至所述过流信号失效的时间段内，输入所述设备的PWM波的上升沿的数量；以及，

判断输入所述设备的PWM波的上升沿的数量是否大于预定值，如果是，在所述过流信号失效的时刻，向所述退出限流单元发送退出限流信号；否则，在所述过流信号失效后且输入所述设备的PWM波的第一个上升沿出现时，向所述退出限流单元发送退出限流信号。

所述退出限流单元420，适于在接收到所述退出限流信号后，令输出所述设备的PWM波按照输入所述设备的PWM波的波形输出。

参见图5，所述判断识别单元410包括：PWM上升沿检测模块411、PWM上升沿计数模块412和判断模块413。

所述PWM上升沿检测模块411，适于检测输入所述设备的PWM波的上升沿，并将检测结果发送给所述PWM上升沿计数模块。优选地，所述PWM上升沿检测模块411采用D触发器。

所述PWM上升沿计数模块412，适于统计从所述过流信号有效开始至所述过流信号失效的时间段内，输入所述设备的PWM波的上升沿的数量。优选地，所述PWM上升沿计数模块412采用计数器。

所述判断模块，适于判断输入所述设备的PWM波的上升沿的数量是否大于预定值，如果是，在所述过流信号失效的时刻，向所述退出限流单元发送退出限流信号；否则，在所述过流信号失效后且输入所述设备的PWM波的第一个上升沿出现时，向所述退出限流单元发送退出限流信号。优选地，所述判断模块采用处理器。其中，所述预定值一般设置为0。

图6是本发明另一实施例所述逐波限流装置的模块结构示意图，如图6所示，本实施例所述逐波限流装置基于上一实施例所述逐波限流装置进行描述，其也包括：判断识别单元610和退出限流单元620；同时，该实施例所述逐波限流装置600还包括：滤波单元630和进入限流单元640。

所述滤波单元630，适于检测所述过流信号的上升沿和下降沿，当检测到所述过流信号的上升沿时向所述判断识别单元610和进入限流单元640发送过流有效信号，当检测到所述过流信号的下降沿时向所述判断识别单元610发送过流失效信号。

所述进入限流单元640，适于在接收到所述过流有效信号后，令输出所述设备的PWM波持续输出低电平。

其中，所述滤波单元630包括：D触发器和计数器。

所述D触发器，适于检测过流信号的上升沿和下降沿；

所述计数器，适于当检测到所述过流信号的上升沿时，对所述过流信号的上升沿进行计数，如果计数值达到第一阈值，则向所述判断识别单元610和进入限流单元640发送过流有效信号，以及，

当检测到所述过流信号的下降沿时，对所述过流信号的下降沿进行计数，如果计数值达到第二阈值，则向所述判断识别单元610发送过流失效信号。

图7是本发明所述逐波限流装置实现逐波限流的原理图，参见图7，图中两条虚线之间的时间是过流信号有效的时间段，椭圆所示区域表示检测到的输入所述设备的PWM波的上升沿，图中检测到在过流信号有效期内输入所述设备的PWM波上升沿的数量为1，则在所述过流信号失效的时刻起（即第二条虚线处），立即令输出所述设备的PWM波按照输入所述设备的PWM波的波形输出，从而解决了退出限流过程中的误限流问题，提高了电路效率。

本发明实施例所述逐波限流装置的硬件结构主要包括D触发器和逻辑门电路。

本发明实施例所述逐波限流装置在UPS2000小机6K/10K逆变器中应用后，逆变器的电流输出到一个设定点的逐波限流次数由原来的10次左右降低到了2次左右，极大地减少了输出电流从0到设定点的时间，同时也提高了电流输出的效率。

本发明实施例所述逐波限流方法及装置，在过流信号有效的期间内检测并统计输入设备的PWM波的上升沿的数量，当检测到输入设备的PWM波上升沿的数量至少为1时，则在所述过流信号失效的时刻起，立即令输出设备的PWM波按照输入设备的PWM波的波形输出，从而解决了退出限流过程中的误限流问题，提高了电路效率。

本领域普通技术人员将会理解，本发明的各个方面、或各个方面的可能实现方式可以被具体实施为系统、方法或者计算机程序产品。因此，本发明的各方面、或各个方面的可能实现方式可以采用完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件等等)，或者组合软件和硬件方面的实施例的形式，在这里都统称为“电路”、“模块”或者“系统”。此外，本发明的各方面、或各个方面的可能实现方式可以采用计算机程序产品的形式，计算机程序产品是指存储在计算机可读介质中的计算机可读程序代码。

计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质包含但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或者装置，或者前述的任意适当组合，如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器（EPROM或者快闪存储器）、光纤、便携式只读存储器(CD-ROM)。

计算机中的处理器读取存储在计算机可读介质中的计算机可读程序代码，使得处理器能够执行在流程图中每个步骤、或各步骤的组合中规定的功能动作；生成实施在框图的每一块、或各块的组合中规定的功能动作的装置。

计算机可读程序代码可以完全在用户的计算机上执行、部分在用户的计算机上执行、作为单独的软件包、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上，或者完全在远程计算机或者服务器上执行。也应该注意，在某些替代实施方案中，在流程图中各步骤、或框图中各块所注明的功能可能不按图中注明的顺序发生。例如，依赖于所涉及的功能，接连示出的两个步骤、或两个块实际上可能被大致同时执行，或者这些块有时候可能被以相反顺序执行。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种逐波限流方法，其特征在于，包括：

检测输入设备的脉宽调制PWM波的上升沿，统计从所述设备中的过流信号有效开始至所述过流信号失效的时间段内，输入所述设备的PWM波的上升沿的数量；

判断输入所述设备的PWM波的上升沿的数量是否大于预定值，如果是，在所述过流信号失效的时刻起，令输出所述设备PWM波按照输入所述设备的PWM波的波形输出；否则，在所述过流信号失效后且输入所述设备的PWM波的第一个上升沿出现时起，令输出所述设备的PWM波按照输入所述设备的PWM波的波形输出。

2.如权利要求1所述的逐波限流方法，其特征在于，在检测输入设备的PWM波的上升沿，统计从所述设备中的过流信号有效开始至所述过流信号失效之间的时间段内，输入所述设备的PWM波的上升沿的数量之前，还包括：

检测所述设备中的过流信号的上升沿和下降沿，当检测到所述过流信号的上升沿时记录所述过流信号有效，并令输出所述设备的PWM波持续输出低电平，当检测到所述过流信号的下降沿时记录所述过流信号失效。

3.如权利要求2所述的逐波限流方法，其特征在于，所述检测所述设备中过流信号的上升沿和下降沿，包括：采用D触发器检测所述设备中过流信号的上升沿和下降沿；当检测到所述过流信号的上升沿时记录所述过流信号有效，包括：

当检测到所述过流信号的上升沿时，启动计数器开始计数，如果计数值达到第一阈值，则记录所述过流信号有效；

当检测到所述过流信号的下降沿时记录所述过流信号失效，包括：

当检测到所述过流信号的下降沿时，启动计数器开始计数，如果计数值达到第二阈值，则记录所述过流信号失效。

4.如权利要求1所述的逐波限流方法，其特征在于，所述预定值为0。

5.一种逐波限流装置，其特征在于，所述逐波限流装置包括：判断识别单元和退出限流单元；

所述判断识别单元，适于检测输入设备的PWM波的上升沿，统计从所述设备中的过流信号有效开始至所述过流信号失效的时间段内，输入所述设备的PWM波的上升沿的数量；以及，

判断输入所述设备的PWM波的上升沿的数量是否大于预定值，如果是，在所述过流信号失效的时刻，向所述退出限流单元发送退出限流信号；否则，在所述过流信号失效后且输入所述设备的PWM波的第一个上升沿出现时，向所述退出限流单元发送退出限流信号；

所述退出限流单元，适于在接收到所述退出限流信号后，令输出所述设备的PWM波按照输入所述设备的PWM波的波形输出。

6.如权利要求5所述的逐波限流装置，其特征在于，所述判断识别单元包括：PWM上升沿检测模块、PWM上升沿计数模块和判断模块；

所述PWM上升沿检测模块，适于检测输入所述设备的PWM波的上升沿，并将检测结果发送给所述PWM上升沿计数模块；

所述PWM上升沿计数模块，适于统计从所述过流信号有效开始至所述过流信号失效的时间段内，输入所述设备的PWM波的上升沿的数量；

所述判断模块，适于判断输入所述设备的PWM波上升沿的数量是否大于预定值，如果是，在所述过流信号失效的时刻，向所述退出限流单元发送退出限流信号；否则，在所述过流信号失效后且输入所述设备的PWM波的第一个上升沿出现时，向所述退出限流单元发送退出限流信号。

7.如权利要求5所述的逐波限流装置，其特征在于，所述逐波限流装置还包括：滤波单元和进入限流单元；

所述滤波单元，适于检测所述过流信号的上升沿和下降沿，当检测到所述过流信号的上升沿时向所述判断识别单元和进入限流单元发送过流有效信号，当检测到所述过流信号的下降沿时向所述判断识别单元发送过流失效信号；

所述进入限流单元，适于在接收到所述过流有效信号后，令输出所述设备的PWM波持续输出低电平。

8.如权利要求7所述的逐波限流装置，其特征在于，所述滤波单元包括：D触发器和计数器；

所述D触发器，适于检测所述过流信号的上升沿和下降沿；

所述计数器，适于当所述D触发器检测到所述过流信号的上升沿时，对所述过流信号的上升沿进行计数，如果计数值达到第一阈值，则向所述判断识别单元和所述进入限流单元发送过流有效信号，以及，

当所述D触发器检测到所述过流信号的下降沿时，对所述过流信号的下降沿进行计数，如果计数值达到第二阈值，则向所述判断识别单元发送过流失效信号。

9.如权利要求5所述的逐波限流装置，其特征在于，所述预定值为0。