CN108051622A

CN108051622A - 波形分裂装置

Info

Publication number: CN108051622A
Application number: CN201710970247.XA
Authority: CN
Inventors: 肖伟峰
Original assignee: GUANGDONG ORIENT COMMUNICATION TECH Co Ltd
Current assignee: GUANGDONG ORIENT COMMUNICATION TECH Co Ltd
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2018-05-18
Also published as: WO2019076164A1

Abstract

本发明涉及波形分裂装置，包括：第一电子开关、第二电子开关和控制模块；第一电子开关以及第二电子开关分别用于与电流输入端连接；控制模块分别与第一电子开关的控制端以及第二电子开关的控制端连接；控制模块用于在任一通断维持时间，仅控制第一电子开关和第二电子开关中的一个开启。通过第一电子开关以及第二电子开关将电流输入端输入的正弦波电流切分形成两份非线性波形的电流，使得被试表能够测量非线性波形的电流，通过干路将两个支路的非线性波形合成正弦波波形的电流，传统标准表对干路正弦波的测量核对被试表对非线性波的测量进行检定其是否可信，由于传统标准表测量的是正弦波且是经过标准溯源的，从而实现了非线性波测量的标准溯源。

Description

波形分裂装置

技术领域

本发明涉及非线性波形测量技术领域，特别是涉及波形分裂装置。

背景技术

目前没有用于非线性负荷工况的电能直接测量的溯源标准，无法对测量非线性的波形的电能表的准确度进行检定。

中国计量院提出了两种间接试验波形用于电能计量仪表或装置的动态准确度的衡量，但是由于试验波形已不再是正弦波，而目前用于参考的标准表的溯源装置的试验波形为正弦波，因此无法直接证明此标准表在非线性负荷工况下的准确度是“可信的”。

因此，对于非线性的波形的测量和标准的溯源是目前所亟需的。

发明内容

基于此，有必要针对性地提供一种波形分裂装置。

一种波形分裂装置，包括：第一电子开关、第二电子开关和控制模块；

所述第一电子开关的第一端以及所述第二电子开关的第一端分别用于与电流输入端连接，所述第一电子开关的第二端用于与第一电流输出端连接，所述第二电子开关的第二端用于与第二电流输出端连接；

所述控制模块分别与所述第一电子开关的控制端以及所述第二电子开关的控制端连接；

所述控制模块用于在任一通断维持时间，仅控制所述第一电子开关和所述第二电子开关中的其中一个开启。

在一个实施例中，还包括电流检测模块，所述电流检测模块的一端用于与电流输入端连接，且所述电流检测模块的另一端分别与所述第一电子开关的第一端以及所述第二电子开关的第一端连接。

在一个实施例中，所述第一电子开关为MOS管。

在一个实施例中，所述第二电子开关为MOS管。

在一个实施例中，所述第一电子开关为IGBT。

在一个实施例中，所述第二电子开关为IGBT。

在一个实施例中，所述第一电子开关为三极管。

在一个实施例中，所述第二电子开关为三极管。

在一个实施例中，还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电子开关的第二端通过所述第一电阻与第一电流输出端连接，所述第二电子开关的第二端通过所述第二电阻与第二电流输出端连接。

在一个实施例中，所述第一电阻的阻值和所述第二电阻的阻值相同。

本发明的有益效果是：通过控制模块对第一电子开关以及第二电子开关的控制，使得第一电子开关和第二电子开关周期性通断，将电流输入端输入的正弦波电流被切分为两份，形成两份非线性波形的电流，从而使得被试表与第一电子开关串联后能够测量非线性波形的电流，而通过干路将两个支路的非线性波形合成正弦波波形的电流，通过传统标准表对干路正弦波的测量核对被试表对非线性波的测量进行检定其是否可信，同时由于传统标准表测量的是正弦波且是经过标准溯源的，从而容易实现非线性波测量的标准溯源。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一实施例的波形分裂装置的电路示意图；

图2为一实施例的波形分裂装置的应用场景的电路示意图；

图3为另一实施例的波形分裂装置的应用场景的电路示意图；

图4为一实施例的经波形分裂装置进行分裂后的第一支路以及第二支路的波形示意图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，其为本发明一实施例的波形分裂装置100，包括：第一电子开关110、第二电子开关120和控制模块130；所述第一电子开关110的第一端以及所述第二电子开关120的第一端分别用于与电流输入端连接，所述第一电子开关110的第二端用于与第一电流输出端连接，所述第二电子开关120的第二端用于与第二电流输出端连接；所述控制模块130分别与所述第一电子开关110的控制端以及所述第二电子开关120的控制端连接，所述控制模块130用于在任一周期，仅控制所述第一电子开关110和所述第二电子开关120中的一个开启。

本实施例中，电流输入端用于与标准功率源的电流输出端连接，例如，电流输入端用于与标准功率源的电流输出端连接，标准功率源用于向波形分裂装置100输入标准功率的电流，例如，标准功率源用于输入正弦波电流Isource。

本实施例中，第一电子开关110的第二端以及第二电子开关120的第二端还用于分别通过试验电路与标准功率源的公共端Icom连接，其中图1中省略了试验电路。

具体地，控制模块130用于分别控制第一电子开关110和第二电子开关120的通断，例如，控制模块130用于分别控制第一电子开关110和第二电子开关120的周期性通断，例如，所述控制模块130用于在任一通断维持时间(t₁或t₂)，仅控制所述第一电子开关110和所述第二电子开关120中的其中一个开启，即在任一通断维持时间(t₁或t₂)，所述第一电子开关110和所述第二电子开关120中仅有一个开启，例如，第一电子开关110的开启时间和第二电子开关120的开启时间相互错开，例如，第一电子开关110和第二电子开关120不同时开启。

本实施例中，标准功率源通过电流输入端分别向第一电子开关110和第二电子开关120输入电流，电流输入端分别与第一电子开关110的第一端以及第二电子开关120的第一端连接，即第一电子开关110和第二电子开关120并联，

值得一提的是，第一电子开关110和第二电子开关120不同时开启，例如，波形分裂装置100包括两个电子开关，两个电子开关为第一电子开关110和第二电子开关120，在任一通断维持时间(t₁或t₂)，仅有一个电子开关导通，也就是说，在任一周期或任一通断维持时间，控制器130控制第一电子开关110和所述第二电子开关120中的其中一个开启，并控制第一电子开关110和所述第二电子开关120中的另一个关闭。控制模块130在每一个通断维持时间内依次开启第一电子开关110和第二电子开关120，该通断维持时间包括第一维持时间t₁和第二维持时间t₂，控制模块130用于在第一维持时间控制第一电子开关110开启，控制第二电子开关120关闭，并在第二维持时间控制第一电子开关110关闭，控制第二电子开关120开启，其中，第一维持时间与第二维持时间相等，即第一维持时间和第二维持时间的时间长度相等。这样，第一维持时间和第二维持时间不断循环，使得第一电子开关110和第二电子开关120周期性开启和关闭，进而使得电流输入端的电流在不同的周期内被切分为两份。

具体地，请参见图2，电流输入端输入的电流为I_ref，在第一维持时间t₁，第一电子开关110开启，第二电子开关120关闭，流经第一电子开关110的电流为I₁，此时第一电流输出端输出电流为I₁，第二电流输出端输出电流为0；在第二维持时间t₂，第二电子开关120开启，第一电子开关110关闭，流经第二电子开关120的电流为I₂，此时第二电流输出端输出电流为I₂，第一电流输出端输出电流为0。对于一个完整的周期来说，Isource＝I₁+I₂。

如图4所示，电流输入端输入的电流Isource即为I_ref，I_ref的波形为正弦波，该电流的波形的周期为T，而第一电子开关110以及第二电子开关120的通断维持时间是t₁和t₂，则流经第一电子开关110的电流I₁和第二电子开关120的电流I₂的波形则如图4所示，I₁和I₂均为非线性的电流，且I₁和I₂分别为I_ref的二分之一，且I_ref＝I₁+I₂。通过控制模块130对第一电子开关110和第二电子开关120的周期性控制，使得正弦波的电流被切分为非线性的波形，这样，当被试表与第一电子开关110串联或者与第二电子开关120串联，可实现对非线性波形的测量。

在一个实施例中，如图1所示，波形分裂装置100还包括电流检测模块160，该电流检测模块160的一端用于与电流输入端连接，且电流检测模块160的另一端分别与第一电子开关110的第一端以及第二电子开关120的第一端连接，也就是说，电流输入端通过电流检测模块160与第一电子开关110的第一端以及第二电子开关120的第一端连接，该电流检测模块160串联在干路中，电流检测模块160与控制模块130连接，该电流检测模块160用于检测电流输入端输入的电流，也就是说，该电流检测模块160用于检测电流输入端的电流；该电流检测模块160用于给控制模块130提供过零检测信号，所述控制模块130还用于在接收到过零检测信号后，同步控制第一电子开关110或第二电子开关120的周期性通断，也就是说，当电流检测模块160检测到电流输入端的过零点后，控制模块130则开始对第一电子开关110和第二电子开关120进行周期性通断的控制，从而使得对波形的分裂操作与标准功率源的电流输入同步，进而使得每一个周期上分裂后的非线性波形能够与标准功率源的波形匹配。

为了实现对第一电子开关110以及第二电子开关120的通断控制，例如，该控制模块130为控制芯片，例如，该控制模块130为单片机。例如，该第一电子开关110和第二电子开关120分别为半导体器件开关。

在一个实施例中，波形分裂装置还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电子开关的第二端通过所述第一电阻与第一电流输出端连接，所述第二电子开关的第二端通过所述第二电阻与第二电流输出端连接。

在一个实施例中，所述第一电子开关110为MOS(metal oxide semiconductor)场效应晶体管，金属氧化物半导体场效应晶体管)管，且第一电子开关110包括两个MOS管，所述第二电子开关120为MOS管，所述第二电子开关120包括两个MOS管，这样对于交流的正弦波电流，第一电子开关110的两个MOS管可以在两个方向上进行导通和关闭，第二电子开关120的两个MOS管可以在两个方向上进行导通和关闭，使得能够实现在正负两个半波内导通的关闭，例如，该MOS管为PMOS管，例如，该MOS管为NMOS管。本实施例中，第一电子开关110的控制端为第一电子开关110的栅极，第二电子开关120的控制端为第二电子开关120的栅极，该第一电子开关110的第一端可以是源极，也可以是漏极，该第二电子开关120的第一端可以是源极，也可以是漏极，控制模块130向第一电子开关110的栅极输入信号，使得第一电子开关110开启，向第二电子开关120的栅极输入信号，使得第一电子开关110开启。MOS管具有非常快的开关速度，能够使得控制模块130能够快速地对第一支路和第二支路的通断进行控制，能够进一步提高电流的切换效率，并且能够使得通断维持时间更短，以使得切换频率更高，进而使得非线性波形电流的精度更高。应该理解的是，第一电子开关110的两个MOS管以及第二电子开关的两个MOS管的连接可根据实际需求设置，本领域技术人员根据现有技术即可实现两个MOS管的连接，并实现在两个方向上的导通和关闭，本实施例中不累赘描述。

在一个实施例中，所述第一电子开关为IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)，第一电子开关包括两个IGBT，在一个实施例中，所述第二电子开关为IGBT，第二电子开关包括两个IGBT，第一电子开关的两个IGBT以及第二电子开关的两个IGBT同样可以实现分别在正弦波的正负半波上实现导通和关闭。具体地，本实施例中，第一电子开关110的控制端为第一电子开关110的栅极，该第一电子开关110的第一端可以是漏极，也可以是源极，第二电子开关120控制端为第二电子开关120的栅极，该第二电子开关120的第一端可以是漏极，也可以是源极，这样，控制模块130向第一电子开关110的栅极以及第二电子开关120的栅极输入信号，即可实现对第一电子开关110和第二电子开关120的通断的控制。

在一个实施例中，所述第一电子开关110为三极管，第一电子开关110包括两个三极管，所述第二电子开关120为三极管，第二电子开关120包括两个三极管。本实施例中，第一电子开关110的控制端为第一电子开关110的基极，该第一电子开关110的第一端可以是集电极，也可以是发射极，第二电子开关120控制端为第二电子开关120的基极，该第二电子开关120的第一端可以是集电极，也可以是发射极，这样，控制模块130向第一电子开关110的基极以及第二电子开关120的基极输入信号，即可实现对第一电子开关110和第二电子开关120的通断的控制。

如图2所示，其为本发明一实施例的非线性负荷功率与电能测量装置10，包括波形分裂装置100和试验电路，波形分裂装置100包括：第一电子开关110、第二电子开关120、第一电阻R1、第二电阻R2和控制模块130；所述第一电子开关110的第一端以及所述第二电子开关120的第一端分别用于与电流输入端连接，所述第一电子开关110的第二端与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第二电子开关120的第二端与所述第二电阻R2的第二端连接，所述第一电阻R1的第二端以及所述第二电阻R2的第二端分别用于与电流输出端连接；所述控制模块130分别与所述第一电子开关110的控制端以及所述第二电子开关120的控制端连接。

本实施例中，第一电子开关110与第一电阻R1串联，第二电子开关120与第二电阻R2串联，第一电子开关110和第一电阻R1所在线路为第一支路，第二电子开关120和第二电阻R2所在线路为第一支路，这样，当控制模块130控制第一电子开关110开启，控制第二电子开关120关闭时，则第一支路导通，电流输入端的电流从第一支路输送至电流输出端，当控制模块130控制第二电子开关120开启，控制第一电子开关110关闭时，则第二支路导通，电流输入端的电流从第二支路输送至电流输出端。

为了使得电源输入端的电流能够得到均匀切分，在一个实施例中，所述第一电阻R1的阻值和所述第二电阻R2的阻值相同，这样，第一支路和第二支路具有相同的阻值，这样，能够实现电流输入端的电流在第一支路和第二支路中的快速切换，并且使得第一支路和第二支路电流更为精确，也即第一支路和第二支路的电流分别为电流输入端的电流的二分之一。

为了实现对非线性电能表的检测，在一个实施例中，如图2所示，非线性负荷功率与电能测量装置10还包括被试表140，所述被试表140串联在所述第一电子开关110以及所述第一电阻R1所在的第一支路，本实施例中，被试表140串联在第一支路中，被试表140为非线性负荷电能表，由于该被试表140串联在第一支路中，因此，该被试表140检测到的电流即为第一支路上的非线性的波形的电流，也就是正弦波被分裂后的波形的电流，该电能表测量的电流为电流输入端提供的电流的二分之一。

为了检测干路的电流，也就是检测标准功率源输入的电流，一个实施例中，如图2所示，非线性负荷功率与电能测量装置10还包括统标准电能表150，所述电流输出端用于与传统标准电能表150连接，将传统标准电能表150连接至电流输出端，也就是说，传统标准电能表150串联在干路中，传统标准电能表150与标准功率源的公共端Icom连接，这样，波形分裂装置100通过传统标准电能表150与标准功率源连接形成回路。该传统标准电能表150为已经经过正弦波溯源的标准表，传统线性标准表用于检测线性的正弦波电流，这样，传统标准电能表150即可测量得到电流输入端输入的正弦波电流，通过将被试表140与标准电能表150的电流进行对比检测，检测被试表140的电流是否为传统标准电能表150的二分之一，即可检测出被试表140检测的准确度。并且，通过干路将第一支路和第二支路的两个非线性波形合成正弦波波形的电流，传统标准表对干路的正弦波的测量核对被试表对非线性波的测量进行检定其是否可信，同时由于传统标准表测量的是正弦波且是经过标准溯源的，从而实现非线性波测量的标准溯源。

在另外的实施例中，如图3所示，非线性标准电能表180串联在所述第一电子开关110以及所述第一电阻R1所在的第一支路，也就是说，被试表140和非线性标准电能表180共同串联在所述第一电子开关110以及所述第一电阻R1所在的第一支路，本实施例中的非线性标准电能表180为经过溯源后的非线性标准表，该非线性标准表用于提供非线性波形检测的标准，这样，检测被试表140与非线性标准电能表180检测的电流是否相等，即可检测出被试表140检测的准确度，本实施例中，由于非线性标准电能表180可提供非线性波形检测的标准，进而使得在干路中无需串联传统标准电能表，在第一支路中即可实现被试表140的检测。

例如，被试表140和标准电能表150还与电压输入端连接，该电压输入端为标准功率源的电压输出端，为被试表140和标准电能表150提供标准电压源的电压Vsource。

为了使得电源输入端的电流能够得到均匀切分，在一个实施例中，如图2所示，还包括平衡阻抗170，所述平衡阻抗170串联在所述第二电子开关以及所述第二电阻R2所在的第二支路。该平衡阻抗170的具有与被试表140相同的阻抗，这样，能够使得第一支路和第二支路具有相同的阻抗，能够实现电流输入端的电流在第一支路和第二支路中的快速切换时的电流平衡，并且使得第一支路和第二支路电流更为精确，也即第一支路和第二支路的电流分别为电流输入端的电流的二分之一。

为了进一步减小被测表以及平衡阻抗170对电流的影响，例如，被试表140的阻值倍小于第一电阻R1的阻值，例如，平衡阻抗170的阻值倍小于第一电阻R2的阻值，也就是说，被试表140的阻值小于第一电阻R1的阻值的十分之一，或者说，第一电阻R1的阻值大于十倍的被试表140的阻值，平衡阻抗170的阻值小于第二电阻R2的阻值的十分之一，或者说，第二电阻R2的阻值大于十倍的平衡阻抗170的阻值。

上述各实施例中，通过控制模块130对第一电子开关110以及第二电子开关120的控制，使得第一电子开关110和第二电子开关120周期性通断，将电流输入端输入的电流在切分为两份，形成两份非线性波形的电流，从而使得被试表140与第一电子开关110串联后能够测量非线性波形的电流。

下面是一个具体的实施例：

将试验电路的电流回路按照如图2所示的方法连接，虚线框内为波形分裂装置。波形分裂装置通过控制模块对电子开关A和B的控制，将测量电流分割成两份，分别送至被试仪表和平衡回路。试验波形如图4所示，被试仪表流过的电流为电子开关A波形，平衡阻抗上流过的电流为电子开关B波形，标准表上流过的为两者的合成。当控制模块对电子开关的切换控制的误差为可忽略的数量级时，可以认为流经标准表的电流为一个完整的正弦波。

图4描述了实验时施加的电流波形。其中的时间T为正弦波的周期，t为电子开关的通断维持时间，控制t的大小即可控制试验要求的非线性波形的频率特性，其中，一个通断维持时间t等于第一维持时间t₁与第二维持时间t₂之和。调整时间t的大小，可以改变试验对象的非线性响应特性的测试条件，时间t的较小值对应测试切换频率的较高。

电子开关的控制原则是：在任何通断维持时间有且仅有一个电子开关处于导通状态，而流经标准表的电流为两个电子开关所流经电流的总和。典型的控制两路电流的波形为为流经标准表的电流的波形的1/2，计算被试仪表电流与标准表的电流的1/2的差可得出被试仪表的测量误差。

(1)如图1所示的波形分裂装置，其特征是利用电子开关将正弦波电流分割成互补的两部份，仅有其中一份电流是流经被试仪表或装置的，用于测量非线性负荷工况下被试仪表的电能计量特性；而另一份电流是流经平衡阻抗的，合成后的电流流经标准表。

(2)如图1所示的波形分裂装置，其特征是流经标准表的那个电流仍然是完整的正弦波，这样，就解决了标准表的溯源问题，同时又解决了被试仪表的准确度溯源的“可信性”问题。

(3)如图1所示的波形分裂装置,其特征是正弦波电流被分割成较高频率的两部分，改变分割的频率即可改变非线性工况功率/电能测量试验波形的非线性度。

(4)本发明提出了在图1的基础上构建一种波形分裂装置。在传统检定设备的基础上，附加上此装置即可用于对电能计量仪表或装置的非线性负荷工况的电能计量特性的检定，而不用对原有的试验标准功率源和标准表进行改造。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种波形分裂装置，其特征在于，包括：第一电子开关、第二电子开关和控制模块；

2.根据权利要求1所述的波形分裂装置，其特征在于，还包括电流检测模块，所述电流检测模块的一端用于与电流输入端连接，且所述电流检测模块的另一端分别与所述第一电子开关的第一端以及所述第二电子开关的第一端连接。

3.根据权利要求1或2所述的波形分裂装置，其特征在于，所述第一电子开关为MOS管。

4.根据权利要求3所述的波形分裂装置，其特征在于，所述第二电子开关为MOS管。

5.根据权利要求1或2所述的波形分裂装置，其特征在于，所述第一电子开关为IGBT。

6.根据权利要求5所述的波形分裂装置，其特征在于，所述第二电子开关为IGBT。

7.根据权利要求1或2所述的波形分裂装置，其特征在于，所述第一电子开关为三极管。

8.根据权利要求7所述的波形分裂装置，其特征在于，所述第二电子开关为三极管。

9.根据权利要求1或2所述的非线性负荷功率输出装置，其特征在于，还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电子开关的第二端通过所述第一电阻与第一电流输出端连接，所述第二电子开关的第二端通过所述第二电阻与第二电流输出端连接。

10.根据权利要求9所述的波形分裂装置，其特征在于，所述第一电阻的阻值和所述第二电阻的阻值相同。