CN108288909B - 用于总线电压纹波控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种用于总线电压纹波控制的方法和装置，属于电子技术领域。所述方法包括：采样总线电压，并记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压；通过计算所述最大采样电压和所述最小采样电压的差值得到当前纹波压差电压；以及基于所述当前纹波压差电压来控制负载的驱动模块，以改变输出至负载的电压，使得纹波压差电压在预设范围内。相对于通过PFC控制纹波，本申请上述方案具有成本低、结构简单、易于实现等优点。

Description

用于总线电压纹波控制的方法和装置

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体地涉及一种用于总线电压纹波控制的方法和装置。

背景技术

目前行业逆变电路的BUS(总线)电压纹波主要是通过PFC(Power FactorCorrection，功率因数校正)控制来实现的，这种方案控制精度高，但是成本也高。而一些对于纹波控制要求不高的系统，采用PFC控制会导致成本增加。

发明内容

为了至少部分的解决现有技术中存在的上述问题，本发明实施例的目的是提供一种用于总线电压纹波控制的方法和装置。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于总线电压纹波控制的方法，所述方法包括：采样总线电压，并记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压；通过计算所述最大采样电压和所述最小采样电压的差值得到当前纹波压差电压；以及基于所述当前纹波压差电压来控制负载的驱动模块，以改变输出至负载的电压，使得纹波压差电压在预设范围内。

可选地，所述方法还包括：在计算所述最大采样电压和所述最小采样电压的差值之前，对所述最大采样电压和所述最小采样电压的合理性进行判断。

可选地，所述记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压包括：在所述预设周期内，以预设频率采样总线电压；将每次采样的总线电压与对应的所述最大采样电压和所述最小采样电压进行比较；以及如果本次采样的总线电压大于所述最大采样电压，则将本次采样的总线电压作为最大采样电压，如果本次采样的总线电压小于所述最小采样电压，则将本次采样的总线电压作为最小采样电压。

可选地，所述基于所述当前纹波压差电压来控制负载的驱动模块包括：计算所述当前纹波压差电压与预设纹波压差电压的差值，通过所述差值控制所述驱动模块。

可选地，所述方法还包括：预先确定总线的交流输入电压与所述纹波压差电压和所述最大采样电压之间的关联关系；基于所述纹波压差电压、所述最大采样电压以及所述关联关系，计算所述交流输入电压；以及将所述交流输入电压与预设限值范围进行比较，当所述交流输入电压超出所述预设限值范围时，触发交流电压保护。

另一方面，本发明实施例还提供一种用于总线电压纹波控制的装置，所述装置包括：采样模块，用于采样总线电压；以及控制模块，用于记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压，通过计算所述最大采样电压和所述最小采样电压的差值得到当前纹波压差电压，并基于所述当前纹波压差电压来控制负载的驱动模块，以改变输出至负载的电压，使得纹波压差电压在预设范围内。

可选地，所述控制模块还用于在计算所述最大采样电压和所述最小采样电压的差值之前，对所述最大采样电压和所述最小采样电压的合理性进行判断。

可选地，所述控制模块记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压包括：在所述预设周期内，以预设频率采样总线电压；将每次采样的总线电压与对应的所述最大采样电压和所述最小采样电压进行比较；以及如果本次采样的总线电压大于所述最大采样电压，则将本次采样的总线电压作为最大采样电压，如果本次采样的总线电压小于所述最小采样电压，则将本次采样的总线电压作为最小采样电压。

可选地，所述控制模块基于所述当前纹波压差电压来控制负载的驱动模块包括：计算所述当前纹波压差电压与预设纹波压差电压的差值，通过所述差值控制所述驱动模块。

可选地，所述控制模块还用于：存储预先确定的总线的交流输入电压与所述纹波压差电压和所述最大采样电压之间的关联关系；基于所述纹波压差电压、所述最大采样电压以及所述关联关系，计算所述交流输入电压；以及将所述交流输入电压与预设限值范围进行比较，当所述交流输入电压超出所述预设限值范围时，触发交流电压保护。

在本申请上述方案中，通过对总线电压进行采样来确定预设周期内的纹波压差电压，并基于该纹波压差电压来控制输出至负载的电压，从而可以实现对纹波压差电压的自动调节，使得纹波压差电压被控制在合理的范围内。相对于通过PFC控制纹波，本申请上述方案具有成本低、结构简单、易于实现等优点。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本申请一种实施方式提供的用于总线电压纹波控制的方法的流程图；

图2是本申请一种可选实施方式提供的用于记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压的方法的流程图；

图3是本申请一种可选实施方式提供的用于交流输入电压保护的方法的流程图；

图4是本申请一种可选实施方式提供的用于总线电压纹波控制的方法的流程图；

图5是本申请一种实施方式提供的用于总线电压纹波控制的装置的框图；以及

图6是在本申请一种可选实施方式中采样得到的总线纹波电压图。

附图标记说明

10 采样模块 20 控制模块

30 整流滤波模块 40 驱动模块

50 负载

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1是本申请一种实施方式提供的用于总线电压纹波控制的方法的流程图。如图1所示，本申请实施方式提供一种用于总线电压纹波控制的方法，所述方法包括：

步骤S101，采样总线电压，并记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压。其中，采样的所述总线电压是对输入至总线的交流输入电压进行整流和滤波后的直流电压，所述预设周期可以根据输入至总线的交流电压的周期来进行确定，该预设周期大于所述交流输入电压的周期，使得采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压至少为一个交流输入电压周期内的最大电压值和最小电压值，从而能更准确的计算纹波压差电压。例如，在一种优选实施方式中，当所述交流输入电压的频率为100HZ时，其对应周期为10ms，此时所述预设周期可以选择为50ms。

步骤S102，通过计算最大采样电压和最小采样电压的差值得到当前纹波压差电压。在预设周期结束后，将记录的最大采样电压和最小采样电压相减，将得到差值作为当前纹波压差电压。

步骤S103，基于当前纹波压差电压来控制负载的驱动模块，以改变输出至负载的电压，使得纹波压差电压在预设范围内。由于总线输出至负载的电压会对总线的纹波产生影响，因此可以通过控制负载的驱动模块来改变输出至负载的电压，从而对纹波进行调节，使得纹波压差电压在预设范围内。所述预设范围可以根据实际经验确定，使得纹波压差电压在该范围内时，纹波对设备的影响可以接受。

在本申请上述方案中，通过对总线电压进行采样来确定预设周期内的纹波压差电压，并基于该纹波压差电压来控制输出至负载的电压，从而可以实现对纹波压差电压的自动调节，使得纹波压差电压被控制在合理的范围内。相对于通过PFC控制纹波，本申请上述方案具有成本低、结构简单、易于实现等优点。

在本申请一种可选实施方式中，所述方法还包括：在计算所述最大采样电压和所述最小采样电压的差值之前，对所述最大采样电压和所述最小采样电压的合理性进行判断。

在对总线电压采样时，由于采样电路异常或者用于记录采样电压的存储单元异常等原因，可能会导致记录的最大采样电压和最小采样电压有误，因此在计算所述最大采样电压和所述最小采样电压的差值之前，可以先对最大采样电压和最小采样电压的合理性进行判断。当最大采样电压或者最小采样电压明显不合理时，则需要对计算得到的纹波压差电压进行调整或者本次不对输出至负载的电压进行调节。在本申请一种可选实施方式中，当记录的最大采样电压小于最小采样电压时，可以直接将当前纹波压差电压设置为等于0。

图2是本申请一种可选实施方式提供的用于记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压的方法的流程图。如图2所示，在本申请一种可选实施方式中，所述记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压包括：

步骤S201，在所述预设周期内，以预设频率采样总线电压；

步骤S202，将每次采样的总线电压与对应的所述最大采样电压和所述最小采样电压进行比较；以及

步骤S203，如果本次采样的总线电压大于所述最大采样电压，则将本次采样的总线电压作为最大采样电压，如果本次采样的总线电压小于所述最小采样电压，则将本次采样的总线电压作为最小采样电压。

具体地，可以以预设频率采样总线电压，第一次采样得到的总线电压同时作为最大采样电压和最小采样电压进行记录，随后每次采样得到的总线电压与记录的最大采样电压和所述最小采样电压进行比较，如果某一次采样的总线电压大于最大采样电压，则将该次采样的总线电压作为最大采样电压，如果某一次采样的总线电压小于最小采样电压，则将该次采样的总线电压作为最小采样电压，一直到预设周期期满为止。

在一种可选实施方式中，可以每80μs对总线电压进行一次采样，并通过计数器对采样次数进行记录，每采样一次，采样次数加1，如果预设周期为50ms，则在采样次数达到625次时，本周期采样结束，计数器清零，并将最终的最大采样电压和最小采样电压相减，得到纹波压差电压。

在本申请一种可选实施方式中，所述基于所述当前纹波压差电压来控制负载的驱动模块包括：计算所述当前纹波压差电压与预设纹波压差电压的差值，通过所述差值控制所述驱动模块。

其中，预设纹波压差电压可以根据经验进行预先设定，该预设纹波压差电压为理想的纹波压差电压。通过计算可以得到当前纹波压差电压与该预设纹波压差电压的差值，随后可以将该差值输入到闭环控制系统(例如PID(proportion integral derivative，比例积分微分)控制系统)，通过该闭环控制系统调节驱动模块，以改变输出至负载的电压，从而对总线上的纹波压差电压进行调节，使得实际的纹波压差电压接近于预设纹波压差电压。其中，负载上的电压和总线上纹波压差电压的关系可以预先进行测定，并存储在闭环控制系统内。

图3是本申请一种可选实施方式提供的用于交流输入电压保护的方法的流程图。如图3所示，在本申请一种可选实施方式中，所述方法还包括：

步骤S301，预先确定总线的交流输入电压与所述纹波压差电压和所述最大采样电压之间的关联关系；

步骤S302，基于所述纹波压差电压、所述最大采样电压以及所述关联关系，计算所述交流输入电压；以及

步骤S303，将所述交流输入电压与预设限值范围进行比较，当所述交流输入电压超出所述预设限值范围时，触发交流电压保护。

具体地，可以预先通过试验，测得多组交流输入电压、最大采样电压、纹波压差电压的数据，随后基于该多组数据利用线性插值曲线拟合等方法，确定交流输入电压与最大采用电压和纹波压差电压之间的关联关系。如上所述，在总线工作过程中，可以通过采样总线电压得到最大采样电压和纹波压差电压，因此基于所述关联关系即可通过计算得到交流输入电压。当交流输入电压超出预设限值范围时，触发交流电压保护。其中预设限值范围可以根据实际经验进行合理设定，所述的交流电压保护可以为现有的各种合适的电压保护方式。

图4是本申请一种可选实施方式提供的用于总线电压纹波控制的方法的流程图。如图4所示，在流程图中交流输入电压、整流滤波后的输出电压、采样的总线电压、最大采样电压、最小采样电压、纹波压差电压分别用Vac、Vbus、Vx、Vh、Vl、Vw表示。在本可选实施方式中用于总线电压纹波控制的方法包括以下步骤：

步骤401，采集模块每80μs对总线电压进行一次采样，并通过计数器对采样次数进行记录，每采样一次，采样次数加1，根据计数器记录的次数判断采样时间是否达到50ms。

步骤402，如果未到50ms，则将当前采样的总线电压Vx与Vh、Vl进行比较，并根据结果更新Vh、Vl。

步骤403，如果达到50ms，首先对Vh、Vl电压值的逻辑合理性进行处理，即判断Vh是否大于Vl，如果Vh大于Vl，则计算出纹波电压Vw＝Vh–Vl，如果Vh小于等于Vl，则Vw＝0。

步骤404、基于预先确定的Vac与Vh、Vw的关联关系，根据Vh、Vw计算Vac，当所述Vac大于265V或者Vac小于175V时，总线所在的设备进入交流输入电压保护，并关闭负载。其中，确定Vac与Vh、Vw的关联关系的方法可以为：通过在交流输入电压Vac固定的前提下，调节负载大小或者控制驱动模块使得输出至负载的功率不同，依次按照步骤402、步骤403确定的参数数据记录下对应的Vh、Vw。计算并记录(例如通过excel表)不同功率情况下Vw、Vh的值，利用线性插值曲线拟合的方法确定公式Vac＝a*Vw*Vw+b*Vw+c+Vh中系数a、b、c，从而确定了Vac与Vh、Vw的关联关系。

步骤405，进行纹波控制。计算通过步骤403得到的纹波压差电压Vw与总线所在设备要求的目标纹波压差电压Vw_tar(即预设纹波压差电压)的差值Vw_err，将差值Vw_err输入到PID调节控制计算器，根据计算结果输出控制信号到驱动模块，以控制输出到负载的电压，进而将总线上的纹波压差电压向目标纹波压差电压调节。

图5是本申请一种实施方式提供的用于总线电压纹波控制的装置的框图。如图5所示，现有的总线电路系统中，包括整流滤波模块30、驱动模块40和负载50，其中整流滤波模块30用于对输入至总线的交流输入电压进行滤波(例如EMI滤波)和整流，并输出弱电直流电压，驱动模块40用于驱动负载50。

本申请实施方式中用于总线电压纹波控制的装置包括采样模块10和控制模块20。采样模块10用于采样对交流输入电压整流滤波后的总线电压，其中采样模块10可以包括滤波电容，为了保证较好的采样效果，该滤波电容需要合理选择，使得采样模块的滤波系数不会过大或者过小，在本申请一种可选实施方式中采样得到的总线纹波电压如图6所示。控制模块20用于记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压，通过计算最大采样电压和最小采样电压的差值得到当前纹波压差电压，并基于所述当前纹波压差电压来控制负载50的驱动模块40，以改变输出至负载50的电压，使得纹波压差电压在预设范围内。

在本申请一种实施方式中，所述驱动模块40包括三相电压输入接口、三相电压输出接口以及6个PWM输入接口。其中，三相总线电压经过采样模块10后输入至驱动模块40，控制模块20通过6路PWM信号对驱动模块40的三相电压输出进行控制，以改变输出至负载50的电压。控制模块20可以例如为MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，其可以通过对采样得到的电压信息进行软件算法分析，并根据分析结果对6路PWM输出进行控制使得驱动模块40输出三相电压改变，以满足总线纹波压差电压的要求。另外，该MCU还可以通过软件算法计算出交流输入电压，然后根据需求对输入电压进行高低压保护。

在本申请一种可选实施方式中，所述控制模块20还用于在计算所述最大采样电压和所述最小采样电压的差值之前，对所述最大采样电压和所述最小采样电压的合理性进行判断。

在本申请一种可选实施方式中，所述控制模块20记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压包括：在所述预设周期内，以预设频率采样总线电压；将每次采样的总线电压与对应的所述最大采样电压和所述最小采样电压进行比较；以及如果本次采样的总线电压大于所述最大采样电压，则将本次采样的总线电压作为最大采样电压，如果本次采样的总线电压小于所述最小采样电压，则将本次采样的总线电压作为最小采样电压。

在本申请一种可选实施方式中，所述控制模块20基于所述当前纹波压差电压来控制负载50的驱动模块40包括：计算所述当前纹波压差电压与预设纹波压差电压的差值，通过所述差值控制所述驱动模块40。其中，所述控制模块20可以包括PID调节控制计算器，通过将所述差值输入到PID调节控制计算器，来实现对所述驱动模块40的控制。

在本申请一种可选实施方式中，所述控制模块20还用于：存储预先确定的总线的交流输入电压与所述纹波压差电压和所述最大采样电压之间的关联关系；基于所述纹波压差电压、所述最大采样电压以及所述关联关系，计算所述交流输入电压；以及将所述交流输入电压与预设限值范围进行比较，当所述交流输入电压超出所述预设限值范围时，触发交流电压保护。

本领域技术人员可以理解的是，所述用于总线电压纹波控制的装置执行的全部或部分步骤是可以通过软件程序来指令相关的硬件来完成。此外，关于所述用于总线电压纹波控制的装置的部分实施方式与所述用于总线电压纹波控制的方法的实施方式相同，因此于此不再赘述。

本申请上述方案可以实现通过简单的电压采样模块结合软件算法来进行纹波控制以及交流输入电压的异常保护。本申请可以通过对总线电压进行采样来确定预设周期内的纹波压差电压，并基于该纹波压差电压来控制输出至负载的电压，从而可以实现对纹波压差电压的自动调节，使得纹波压差电压被控制在合理的范围内。相对于通过PFC控制纹波，本申请上述方案具有成本低、结构简单、易于实现等优点。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (8)

1.一种用于总线电压纹波控制的方法，其特征在于，所述方法包括：

采样总线电压，并记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压；

通过计算所述最大采样电压和所述最小采样电压的差值得到当前纹波压差电压；以及

基于所述当前纹波压差电压来控制负载的驱动模块，以改变输出至负载的电压，使得纹波压差电压在预设范围内；

预先确定总线的交流输入电压与所述纹波压差电压和所述最大采样电压之间的关联关系；

基于所述纹波压差电压、所述最大采样电压以及所述关联关系，计算所述交流输入电压；以及

将所述交流输入电压与预设限值范围进行比较，当所述交流输入电压超出所述预设限值范围时，触发交流电压保护；

利用线性插值曲线拟合的方法确定公式Vac＝a*Vw*Vw+b*Vw+c+Vh中系数a、b、c，Vac为交流输入电压，Vw为纹波压差电压，Vh为最大采样电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在计算所述最大采样电压和所述最小采样电压的差值之前，对所述最大采样电压和所述最小采样电压的合理性进行判断。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压包括：

在所述预设周期内，以预设频率采样总线电压；

将每次采样的总线电压与对应的所述最大采样电压和所述最小采样电压进行比较；以及

如果本次采样的总线电压大于所述最大采样电压，则将本次采样的总线电压作为最大采样电压，如果本次采样的总线电压小于所述最小采样电压，则将本次采样的总线电压作为最小采样电压。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述当前纹波压差电压来控制负载的驱动模块包括：计算所述当前纹波压差电压与预设纹波压差电压的差值，通过所述差值控制所述驱动模块。

5.一种用于总线电压纹波控制的装置，其特征在于，所述装置包括：

采样模块，用于采样总线电压；以及

控制模块，用于记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压，通过计算所述最大采样电压和所述最小采样电压的差值得到当前纹波压差电压，并基于所述当前纹波压差电压来控制负载的驱动模块，以改变输出至负载的电压，使得纹波压差电压在预设范围内；

所述控制模块还用于：

存储预先确定的总线的交流输入电压与所述纹波压差电压和所述最大采样电压之间的关联关系；

基于所述纹波压差电压、所述最大采样电压以及所述关联关系，计算所述交流输入电压；以及

将所述交流输入电压与预设限值范围进行比较，当所述交流输入电压超出所述预设限值范围时，触发交流电压保护；

利用线性插值曲线拟合的方法确定公式Vac＝a*Vw*Vw+b*Vw+c+Vh中系数a、b、c，Vac为交流输入电压，Vw为纹波压差电压，Vh为最大采样电压。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于在计算所述最大采样电压和所述最小采样电压的差值之前，对所述最大采样电压和所述最小采样电压的合理性进行判断。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制模块记录预设周期内采样的总线电压中的最大采样电压和最小采样电压包括：

在所述预设周期内，以预设频率采样总线电压；

将每次采样的总线电压与对应的所述最大采样电压和所述最小采样电压进行比较；以及

如果本次采样的总线电压大于所述最大采样电压，则将本次采样的总线电压作为最大采样电压，如果本次采样的总线电压小于所述最小采样电压，则将本次采样的总线电压作为最小采样电压。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制模块基于所述当前纹波压差电压来控制负载的驱动模块包括：计算所述当前纹波压差电压与预设纹波压差电压的差值，通过所述差值控制所述驱动模块。

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