CN104345757A - 电源侦测及校正装置与电源侦测及校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种电源侦测及校正装置与电源侦测及校正方法。电源侦测及校正装置包括侦测单元、测量芯片与微控制器。测量芯片电性连接侦测单元，微控制器电性连接测量芯片。侦测单元用以侦测一电源的一输入电流与一输入电压；测量芯片用以基于输入电流与输入电压来计算至少一电力相关数值；微控制器用以自测量芯片读取电力相关数值，并且根据一计算机设备传来的一校正指令来为测量芯片进行校正。

Description

电源侦测及校正装置与电源侦测及校正方法

技术领域

本发明是有关于电源方面的技术，且特别是有关于一种电源侦测及校正的装置与方法。

背景技术

近年来由于工商发达、社会进步，相对提供的产品亦渐趋智能化及重视环保绿能。因此，当前开发的开关模式电源产品(SMPS)亦比以往更加进步，会加上高精度的电源用量参数回报至客户系统，使系统达至数据收集、控制、节能的目的，而得以贡献社会。

然而，在电源行业中，单独利用传统MCU侦测和计算出的输入参数读值精度不高，因此往往需要复杂的校正过程，所需时间长，导致生产效率较低，对电源的开发和生产造成困扰。

由此可见，上述现有的方式，显然仍存在不便与缺陷，而有待加以进一步改进。为了解决上述问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的方式被发展完成。因此，如何能提供高精度、高效率的装置，并且能够容易校正的方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域亟需改进的目标。

发明内容

因此，本发明的一目的是在提供一种电源侦测及校正的装置与电源侦测及校正方法，以解决现有技术的问题。

依据本发明一实施例，一种电源侦测及校正装置包括侦测单元、测量芯片与微控制器。测量芯片电性连接侦测单元，微控制器电性连接测量芯片。侦测单元用以侦测一电源的一输入电流与一输入电压；测量芯片用以基于输入电流与输入电压来计算至少一电力相关数值；微控制器用以自测量芯片读取电力相关数值，并且根据一计算机设备传来的一校正指令来为测量芯片进行校正。

上述的侦测单元包括电流感测电阻器与电压侦测电路。电流感测电阻器用以侦测输入电流；电压侦测电路，用以以分压方式来侦测输入电压。

上述的测量芯片与微控制器之间是透过一串行外围设备接口总线（SPI总线）来进行通讯。

上述的电源侦测及校正装置还包括但不限于一组插针。该组插针，电性连接侦测单元，用以引入输入电流与输入电压及供电电源输入。

上述的电源侦测及校正装置还包括双向通用同步/异步收发接口（USART接口）。该双向通用同步/异步收发接口，连接微控制器，用以接收计算机设备所传送的校正指令，并将校正后的电力相关数值数据发送给计算机设备进行验证。

上述的电源侦测及校正装置还包括光耦合器与单向通用同步/异步收发接口。光耦合器连接微控制器；单向通用同步/异步收发接口，透过光耦合器耦接微控制器，且用以连接一接收模块。

上述的电力相关数值包括但不限于电压值、电流值与功率值。

依据本发明另一实施例，一种电源侦测及校正方法，包括：（a）侦测一电源的一输入电流与一输入电压；（b）利用一微控制器去判断一计算机设备是否传来一校正指令；（c）当微控制器收到校正指令时，由微控制器使一测量芯片进行参数校正；（d）当微控制器未收到校正指令时，利用微控制器令测量芯片以基于输入电流与输入电压来计算至少一电力相关数值，并且利用微控制器去读取电力相关数值。

步骤（c）包括利用微控制器执行下列步骤：发送一电流校正指令与一电压校正指令给测量芯片，令测量芯片基于特定的输入条件去作校正；等待测量芯片完成校正后，自测量芯片读取一电流增益值与一电压增益值；储存电流增益值与电压增益值，并据以重置测量芯片。

步骤（d）包括利用微控制器执行下列步骤：将电流增益值与电压增益值发送给测量芯片，进而要求测量芯片通过模拟数字转换器(ADC)计算出该电力相关数值；当测量芯片计算完毕后，微控制器读取电力相关数值；并将电力相关数值经数值范围转换后，所产生的数据传送给计算机设备或一接收模块。

上述的电源侦测及校正方法还包括利用计算机设备执行下列步骤：调整相关设备到特定的输入条件；确定测量模块是处于稳定的输入状态；发送校正指令给微控制器；等待微控制器通知校正是否完成；当校正已完成时，发送一停止校正指令给微控制器，使微控制器离开校正状态；从微控制器接收电力相关数值数据进行验证；确认校正后相关数值数据是符合规格；否则重新发送另一校正指令给微控制器进行重新校正。

上述的电力相关数值包括电压值、电流值与功率值。

综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。通过上述技术方案，可达到相当的技术进步，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

1.本发明具有较高的精准度，直接从输入近端采集数据，更能准确的反应真实用电状况；以及

2.本发明使用的单点数据采集比传统的多点采集更简单易调，数据线性度更高。

以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是依照本发明一实施例的一种电源侦测及校正装置的方块图；

图2是依照本发明一实施例的一种电源供应器电磁干扰滤波电路的电路图；以及

图3是依照本发明一实施例的一种测量模块电源侦测及校正装置的电路架构图；

图4是依照本发明一实施例的一种电源侦测及校正方法利用微控制器执行的流程图；以及

图5是依照本发明另一实施例的一种电源侦测及校正方法利用计算机设备执行的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的元件。另一方面，众所周知的元件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。

本发明的技术方案是一种电源侦测及校正装置，其可应用于电源供应器的输入参数侦测、计算及精度校正，以提高输入参数读值的精度以满足客户系统的需求，或是广泛地运用在相关的技术环节。以下将搭配图1～图3来说明此装置的具体实施方式。

图1是依照本发明一实施例的一种电源侦测及校正装置100的方块图。如图1所示，电源侦测及校正装置100包括侦测单元110、测量芯片（MeterIC）120与微控制器（Micro Control Unit,MCU）130。在架构上，侦测单元110电性连接外部电源140，测量芯片120电性连接侦测单元110，而且微控制器电性连接测量芯片。该外部电源140可为一交流(AC)电源或是供电网路(power grid)。

于使用时，侦测单元110侦测外部电源140的电流与电压。由于输入电流电压的侦测点均选择在输入的近端，能采集到最接近真实的输入条件，从而获得更高的精度。

再者，采用测量芯片120进行电流电压的接收和计算，以基于输入电流与输入电压来计算至少一电力相关数值（例如：电压值、电流值与功率值），借此速度更快，且免除传统微控制器的数据处理的负载，并且节省微控制器资源，并可提高数据回报速度达4个AC Cycle/次，以满足客户系统监测的要求。

微控制器130用来驱动测量芯片120，可按照不同需求编程，实现灵活控制。于本实施例中，微控制器130使用来自测量芯片读取电力相关数值，并且根据计算机设备150传送的校正指令，对于测量芯片120进行校正。

测量芯片120与微控制器130之间是透过一串行外围设备接口总线（SPI总线）160进行通讯，以实现较快的传输速度。另外，测量芯片120与微控制器130之间亦有控制接脚（control pin）162连接。

侦测单元110包括电流感测电阻器111与电压侦测电路112，连接外部电源140的输入端。于图1中，使用N极作为参考地，方便电压侦测电路112以分压方式来侦测输入电压，而电流感测电阻器111侦测输入电流，以保线性及降低成本。

测量芯片120与微控制器130可设置在印刷电路板上以组成一测量卡170，但不局限于此。借此制造成一个独立测量模块，以配合高精度输入参数的要求或要有高速度回报数据时，我们便可即时加入此测量模块，以减少开发上的变动及风险，并可减省每机种独立开发的资源。

电源侦测及校正装置100包括一组插针CN5，通过插针CN5与电源供应器主板连接，引入侦测电压和电流，同时引入内部电源T900，以提供电源供测量芯片120与微控制器130使用。。具体而言，如图1所示，该测量模块的插针CN5电性连接侦测单元110及内部电源T900。

电源侦测及校正装置100包括双向通用同步/异步收发接口（USART接口）CN303。在结构上，双向通用同步/异步收发接口CN303连接微控制器130，能方便的与计算机设备150通讯以进行软件编程和校正。如图1所示，双向通用同步/异步收发接口CN303是以电压5伏特及CMOS电压方式进行通讯。于使用时，双向通用同步/异步收发接口CN303可将电力相关数值转换成数据后发送给计算机设备150，并接收计算机设备150所传来的校正指令。

电源侦测及校正装置100可包括光耦合器180与单向通用同步/异步收发接口CN300。光耦合器180连接微控制器120；单向通用同步/异步收发接口CN300透过光耦合器180耦接微控制器120，且用以连接接收模块190，如图1所示，接收模块190可为电源装置的其他部分。通过单向通用同步/异步收发接口CN300使用光耦合器180作隔离，并且以集极开路/短路方式进行传送数据，以方便与电源供应器内的其他模块连接回报电量值。

图2是依照本发明一实施例的一种电磁干扰滤波电路200的电路图。如图2所示，电磁干扰滤波电路200包括电磁干扰滤波器210、放电电路220与滤波电路230。外部电源140（如图1所示）电性连接电磁干扰滤波器210，电磁干扰滤波器210电性连接放电电路220，放电电路220电性连接滤波电路230，滤波电路230电性连接负载240，借此架构以减低内部杂讯，避免干扰外部电源140。

图3是依照本发明一实施例的一种测量模块电源侦测及校正装置的电路架构图。如图3所示，转换电路300连接上述电磁干扰滤波电路200对应的内部电源T900的脚位，用以将交直流电转换成直流电（例如：5V）提供电源供测量芯片120与微控制器130使用。

测量模块插针CN5连接电磁干扰滤波电路200对应的脚位，单向通用同步/异步收发接口CN300由脚位RXD_PRI连到光耦合器180。接口CN302连接微控制器130，用以接收外部对微控制器130写入或烧录的程序或数据。双向通用同步/异步收发接口CN303的脚位TX、RX用作双向通讯。

于一实施例中，图3的电阻器R3可作为上述的电流感测电阻器111，电阻器R22、R4、R5、R26所构成的分压电路可作为上述的电压侦测电路112，熟悉此项技艺者应视当时需要弹性选择。

本发明的技术方案是一种电源侦测及校正方法，其校正过程简单，基于模块线性度高的原故，不需要切换不同的电压输入条件，不需要切换不同的负载条件，只需要输入一组电压及负载条件即可实现全部校正，以减低误调率及提高生产率。另外，可按电源供应器的输出功率范围来选取最适合的校正点，以获取更高的精度读值。而且，校正方式灵活，可以使用交流(AC)负载对单体测量模块（Meter Card）直接校正，也可以将测量模块插入电源供应器的主板中以整机方式，使用直流(DC)负载进行校正。这样可以因应生产线不同的作业模式，作单板校正或整机校正。

本发明的电源侦测及校正方法包括：（a）侦测一电源的一输入电流与一输入电压；（b）利用一微控制器去判断一计算机设备是否传来一校正指令；（c）当微控制器收到校正指令时，由微控制器控制一测量芯片进行参数校正；（d）当微控制器未收到校正指令时，利用微控制器令测量芯片以基于输入电流与输入电压来计算至少一电力相关数值，并且利用微控制器去读取电力相关数值，例如电压值、电流值、功率值、交流电频率与功率因数值(powerfactor)。

对于上述利用微控制器执行的流程作更具体阐述，请参照图4。图4是依照本发明一实施例的一种电源侦测及校正方法400的流程图。如图4所示，电源侦测及校正方法400包括利用微控制器执行下列步骤S410～S455。

于步骤S410，初始化微控制器。于步骤S420，初始化或重新设定测量芯片。于步骤S430，判断计算机设备是否传来校正指令。当微控制器收到校正指令时，于步骤S441，发送一电流校正指令与一电压校正指令给测量芯片，进而于步骤S442，基于特定的输入条件，校正测量芯片。接着，于步骤S443，等待测量芯片完成校正。当测量芯片尚未校正完成时，重复步骤S443；反之，当测量芯片校正完成后，于步骤S444，自测量芯片读取一电流增益值（I gain）与一电压增益值（V gain）。于步骤S445，储存电流增益值与电压增益值，电源侦测及校正方法400的流程回到步骤S420，据以重新设定测量芯片。

另一方面，当微控制器未收到校正指令时，于步骤S451，将电流增益值（I gain）与电压增益值（V gain）传送给测量芯片，进而于步骤S452，要求测量芯片通过内部的模拟数字转换器(AD converter)以计算出电力相关数值（电流值I、电压值V与功率值P）；接着，于步骤S453，当测量芯片计算完毕后，微控制器会读取电力相关数值（电流值I、电压值V与功率值P）；于步骤S454，将电力相关数值（电流值I、电压值V与功率值P）经数值范围转换后产生实际数值。例如， 目的是将模拟数字转换器的数值转换为实际电压与电流数值。于步骤S455，传送该数据给计算机设备或接收模块。再者，只要内部电源T900与外部电源140正常，步骤S452至S455间的测量方法可以持续进行测量与传送数据。

为了对于利用计算机设备执行的流程作更具体阐述，参照图5。图5是依照本发明另一实施例的一种电源侦测及校正方法400的流程图。如图5所示，电源侦测及校正方法400亦包括利用计算机设备执行下列步骤S510～S580。

于步骤S510，调整仪器设备到特定的输入条件。例如，将交流电源供应器(AC source)的电压设定在120Vac，然后增加开关模式电源供应器(SMPS)的负载至输入为电流3安培(A)电流。于步骤S520，确定测量模块是处于稳定且正确的输入状态，例如，确认仪器上的读值与设定值在少于+/-1%的误差范围内。于步骤S530，发送校正指令给微控制器，开始校正测量模块；于步骤S540，等待微控制器通知校正是否完成。当校正尚未完成时，重复步骤S540；反之，当校正已完成时，于步骤S550，发送一停止校正指令给微控制器，使微控制器离开校正状态。于步骤S560，接收测量模块的数据，亦即电力相关数值(电流值I、电压值V、功率值P、交流电频率与功率因数值(powerfactor)，于步骤S570，确认校正后相关数值是否符合规格，例如，仪器上的读值与测量模块的读值误差少于+/-1%的范围。当校正不符合规格时，需回到步骤S530重新发送另一校正指令给微控制器进行作重新校正；反之，当校正符合规格时，则结束此校正方法的流程操作。

应了解到，在电源侦测及校正方法400中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。至于实施这些步骤的硬件装置，由于以上实施例已具体揭露，因此不再重复赘述。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种电源侦测及校正装置，其特征在于，包括：

一侦测单元，用以侦测一电源的一输入电流与一输入电压；

一测量芯片，电性连接该侦测单元，用以基于该输入电流与该输入电压来计算至少一电力相关数值；以及

一微控制器，电性连接该测量芯片，用以读取该测量芯片的电力相关数值，并且根据一计算机设备传送的一校正指令，以校正该测量芯片。

2.根据权利要求1所述的电源侦测及校正装置，其特征在于，该侦测单元包括：

一电流感测电阻器，用以侦测该输入电流；以及

一电压侦测电路，用以以分压方式来侦测该输入电压。

3.根据权利要求1所述的电源侦测及校正装置，其特征在于，该测量芯片与微控制器之间是透过一串行外围设备接口总线来进行通讯。

4.根据权利要求1所述的电源侦测及校正装置，其特征在于，还包括：一组插针，电性连接该侦测单元，用以引入该输入电流与该输入电压及供电电源。

5.根据权利要求1所述的电源侦测及校正装置，其特征在于，还包括：

一双向通用同步/异步收发接口，连接该微控制器，用以接收计算机设备所传送的校正指令，并将校正后的电力相关数值数据发送给计算机设备。

6.根据权利要求1所述的电源侦测及校正装置，其特征在于，还包括：

一光耦合器，连接该微控制器；以及

一单向通用同步/异步收发接口，透过该光耦合器耦接该微控制器，且用以连接一接收模块。

7.根据权利要求1所述的电源侦测及校正装置，其特征在于，该电力相关数值包括电压值、电流值、功率值、交流电频率与功率因数值。

8.一种电源侦测及校正方法，其特征在于，包括：

（a）侦测一电源的一输入电流与一输入电压；

（b）利用一微控制器判断一计算机设备是否传送一校正指令；

（c）当该微控制器收到该校正指令时，由该微控制器对于一测量芯片进行参数校正；以及

（d）当该微控制器未收到该校正指令时，利用微控制器使得该测量芯片，基于该输入电流与该输入电压来计算至少一电力相关数值，并且利用该微控制器读取该电力相关数值。

9.根据权利要求8所述的电源侦测及校正方法，其特征在于，步骤（c）进一步包括利用该微控制器执行下列步骤：

发送一电流校正指令与一电压校正指令给该测量芯片，令该测量芯片基于特定的输入条件去作校正；

等待该测量芯片完成校正；

自该测量芯片读取一电流增益值与一电压增益值；以及

储存该电流增益值与该电压增益值，并据以重新设定该测量芯片。

10.根据权利要求8所述的电源侦测及校正方法，其特征在于，步骤（d）进一步包括利用该微控制器执行下列步骤：

将该电流增益值与该电压增益值传送给该测量芯片，进而要求该测量芯片通过一模拟数字转换器以计算出该电力相关数值；

当该测量芯片计算完毕后，微控制器会读取该电力相关数值；以及

将该电力相关数值经数值范围转换后产生实际读值，并且传送该实际读值给该计算机设备或一接收模块。

11.一种电源侦测及校正方法，其特征在于，包括利用该计算机设备执行下列步骤：

调整相关设备到特定的输入条件；

确定测量模块是处于稳定的输入状态；

发送该校正指令给该微控制器；

等待该微控制器通知校正是否完成；

当该校正已完成时，传送一停止校正指令给微控制器，使该微控制器离开校正状态；

从微控制器接收该电力相关数值数据；以及

确认校正后相关数值数据是符合规格，否则重新发送另一校正指令给该微控制器进行重新校正。

12.根据权利要求8所述的电源侦测及校正方法，其特征在于，该电力相关数值包括电压值、电流值、功率值、交流电频率与功率因数值。