CN111398884B - 一种时分割功率乘法器及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种时分割功率乘法器及其实现方法，时分割功率乘法器包括电压处理电路、电流处理电路、模拟开关、滤波器和V/f转换器，所述电压处理电路包括调理电路1、相位同步电路、三角波发生器和脉宽调制电路。本发明采用信号转换以及锁相技术，将被测信号与时分割乘法器的三角波发生器进行相关处理，实现时分割功率乘法器的三角波发生器与被测信号整周期同步，达到使两个被测交流量乘积的变换中相位差减小，从而提高了功率/电能测量结果的准确度，将时分割乘法器测量技术准确度提高到满足大部分有功功率/电能测量需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种时分割功率乘法器及其实现方法，属于计量检定仪器仪表技术领域。
背景技术
在我国工业化快速发展的今天，功率/电能测量是电力行业内常用评价电力经济效益的标尺之一，对其稳定性、可靠性和准确性的要求愈发严格。因此，功率/电能测量技术的先进性，对国家电网运行的安全性、经济效益起着至关重要的作用。
国内外现有有功功率/电能测量原理技术主要分为：模拟乘法器测量技术、数字乘法器测量技术。其中，模拟乘法器测量原理又分为时分割乘法器、吉尔波特变跨导乘法器。如图1所示，传统的时分割乘法器原理，是通过脉冲宽度调制和正反向脉冲幅度调制来实现相乘运算的电路，借助三角波脉冲，从时间上对被测交流信号进行分割，并在此分割的时间内进行两个被测交流量的瞬时相乘，再给定时间内取平均值，而实现其直流平均值比例于两个被测交流量乘积的变换，最终输出功率和电能。
传统的时分割乘法器测量技术相比数字乘法器测量技术，其构成有功功率仪的计量电路简单，成本偏低，而且工频范围内线性度高。但是，传统的时分割乘法器限于原理本身，分割数N的影响、相位移的误差以及其非理想积分器导致的误差，使得传统的时分割乘法器测量技术准确度有待提高，其中两个交流量需要做乘法时的相位差，极大的影响了功率/电能测量测准确性，限制了模拟乘法器测量技术的优化发展。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种时分割功率乘法器及其实现方法，能够实现时分割功率乘法器的三角波发生器与被测信号整周期同步，将时分割乘法器测量技术准确度提高到满足大部分有功功率/电能测量需求。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
一方面，本发明实施例提供的一种时分割功率乘法器，包括电压处理电路、电流处理电路、模拟开关、滤波器和V/f转换器，所述电压处理电路输出的电压分割信号和电流处理电路输出的电流分割信号通过模拟开关进行相乘运算后输入滤波器，所述滤波器两路输出，一路输出直流电压，另一路通过V/f转换得到频率输出；所述电压处理电路包括调理电路1、相位同步电路、三角波发生器和脉宽调制电路，所述调理电路1的输入端接入电压模拟信号，调理电路1的输出端分别与相位同步电路的输入端和脉宽调制电路的一输入端连接，所述相位同步电路的输出端与三角波发生器的输入端连接，所述三角波发生器的输出端与脉宽调制电路的另一输入端连接，所述脉宽调制电路输出两路电压分割信号。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述电流处理电路包括调理电路2，所述调理电路2的输入端接入电流模拟信号，输出端输入正向和方向两路电流分割信号。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述模拟开关包括模拟开关1和模拟开关2，所述模拟开关1的输入端分别接入正向电流分割信号和一路电压分割信号，输出端与滤波器的正向输入端连接；所述模拟开关2的输入端分别接入反向电流分割信号和另一路电压分割信号，输出端与滤波器的反向输入端连接。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述相位同步电路包括整形倍频电路和锁相处理电路，所述整形倍频电路的输入端与调理电路1的输出端连接，所述整形倍频电路的输出端与锁相处理电路的输入端连接，所述锁相处理电路的输出端与三角波发生器的输入端连接。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述相位同步电路将被测电压信号与三角波发生器进行同步，实现时分割功率乘法器的两个交流量乘积的相位同步。
另一方面，本发明实施例提供的一种时分割功率乘法器的实现方法，采用整形倍频以及锁相技术将被测信号与时分割乘法器的三角波发生器进行同步，从而使时分割功率乘法器的两个交流量乘积的相位同步。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述实现方法包括以下步骤：
电压模拟信号通过调理电路进行处理，并经整形倍频和锁相处理后输入三角波发生器发生相位同步的三角波，脉宽调制电路对输入的电压模拟信号进行分割，输出两路电压分割信号；
电流模拟信号通过调理电路进行处理后分割为正向电流分割信号和反向电流分割信号；
正向电流分割信号和反向电流分割信号分别通过模拟开关与两路电压分割信号进行相乘运算；
低通滤波器对相乘运算信号处理，一路输出直流电压，另一路通过V/f转换得到频率输出。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
本发明提供了一种采用与被测信号同步整周期的时分割功率乘法器极其实现方法，采用信号转换以及锁相技术，将被测信号与时分割乘法器的三角波发生器进行相关处理，实现时分割功率乘法器的三角波发生器与被测信号整周期同步，达到使两个被测交流量乘积的变换中相位差减小，从而提高了功率/电能测量结果的准确度，将时分割乘法器测量技术准确度提高到满足大部分有功功率/电能测量需求。
本发明利用一个电路系统来优化时分割乘法器中三角波发生与被测信号的整周期同步，实现时分割功率乘法器的两个交流量乘积的相位同步，到达提高时分割功率乘法器功率/电能测量技术准确度的效果，优化发展了模拟乘法器测量技术。
附图说明：
图1是传统时分割乘法器原理框图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种时分割功率乘法器的原理框图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种时分割功率乘法器的实现方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
图2是根据一示例性实施例示出的一种时分割功率乘法器的原理框图。如图2所述，本发明实施例提供的一种时分割功率乘法器，包括电压处理电路、电流处理电路、模拟开关、滤波器和V/f转换器，所述电压处理电路输出的电压分割信号和电流处理电路输出的电流分割信号通过模拟开关进行相乘运算后输入滤波器，所述滤波器两路输出，一路输出直流电压，另一路通过V/f转换得到频率输出；所述电压处理电路包括调理电路1、相位同步电路、三角波发生器和脉宽调制电路，所述调理电路1的输入端接入电压模拟信号，调理电路1的输出端分别与相位同步电路的输入端和脉宽调制电路的一输入端连接，所述相位同步电路的输出端与三角波发生器的输入端连接，所述三角波发生器的输出端与脉宽调制电路的另一输入端连接，所述脉宽调制电路输出两路电压分割信号。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述电流处理电路包括调理电路2，所述调理电路2的输入端接入电流模拟信号，输出端输入正向和方向两路电流分割信号。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述模拟开关包括模拟开关1和模拟开关2，所述模拟开关1的输入端分别接入正向电流分割信号和一路电压分割信号，输出端与滤波器的正向输入端连接；所述模拟开关2的输入端分别接入反向电流分割信号和另一路电压分割信号，输出端与滤波器的反向输入端连接。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述相位同步电路包括整形倍频电路和锁相处理电路，所述整形倍频电路的输入端与调理电路1的输出端连接，所述整形倍频电路的输出端与锁相处理电路的输入端连接，所述锁相处理电路的输出端与三角波发生器的输入端连接。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述相位同步电路将被测电压信号与三角波发生器进行同步，实现时分割功率乘法器的两个交流量乘积的相位同步。
图3是根据一示例性实施例示出的一种时分割功率乘法器的实现方法的流程图。本发明实施例提供的一种时分割功率乘法器的实现方法，采用整形倍频以及锁相技术将被测信号与时分割乘法器的三角波发生器进行同步，从而使时分割功率乘法器的两个交流量乘积的相位同步。如图3所述，所述实现方法包括以下步骤：
电压模拟信号通过调理电路进行处理，并经整形倍频和锁相处理后输入三角波发生器发生相位同步的三角波，脉宽调制电路对输入的电压模拟信号进行分割，输出两路电压分割信号；
电流模拟信号通过调理电路进行处理后分割为正向电流分割信号和反向电流分割信号；
正向电流分割信号和反向电流分割信号分别通过模拟开关与两路电压分割信号进行相乘运算；
低通滤波器对相乘运算信号处理，一路输出直流电压，另一路通过V/f转换得到频率输出。
通过对有功功率/电能测量技术的准确度进行研究，并对有功功率/电能测量电路原理进行深入研究分析，本发明对时分割乘法器原理及电路进行了完善优化，采用信号转换以及锁相技术，将被测信号与时分割乘法器的三角波发生器进行相关处理，实现时分割功率乘法器的三角波发生器与被测信号整周期同步，达到使两个被测交流量乘积的变换中相位差减小，从而提高了功率/电能测量结果的准确度，将时分割乘法器测量技术准确度提高到满足大部分有功功率/电能测量需求，优化发展了模拟乘法器测量技术。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视作为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种时分割功率乘法器，包括电压处理电路、电流处理电路、模拟开关、滤波器和V/f转换器，所述电压处理电路输出的电压分割信号和电流处理电路输出的电流分割信号通过模拟开关进行相乘运算后输入滤波器，所述滤波器两路输出，一路输出直流电压，另一路通过V/f转换得到频率输出；其特征是，所述电压处理电路包括调理电路1、相位同步电路、三角波发生器和脉宽调制电路，所述调理电路1的输入端接入电压模拟信号，调理电路1的输出端分别与相位同步电路的输入端和脉宽调制电路的一输入端连接，所述相位同步电路的输出端与三角波发生器的输入端连接，所述三角波发生器的输出端与脉宽调制电路的另一输入端连接，所述脉宽调制电路输出两路电压分割信号。
2.根据权利要求1所述的一种时分割功率乘法器，其特征是，所述电流处理电路包括调理电路2，所述调理电路2的输入端接入电流模拟信号，输出端输入正向和方向两路电流分割信号。
3.根据权利要求2所述的一种时分割功率乘法器，其特征是，所述模拟开关包括模拟开关1和模拟开关2，所述模拟开关1的输入端分别接入正向电流分割信号和一路电压分割信号，输出端与滤波器的正向输入端连接；所述模拟开关2的输入端分别接入反向电流分割信号和另一路电压分割信号，输出端与滤波器的反向输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种时分割功率乘法器，其特征是，所述相位同步电路包括整形倍频电路和锁相处理电路，所述整形倍频电路的输入端与调理电路1的输出端连接，所述整形倍频电路的输出端与锁相处理电路的输入端连接，所述锁相处理电路的输出端与三角波发生器的输入端连接。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种时分割功率乘法器，其特征是，所述相位同步电路将被测电压信号与三角波发生器进行同步，实现时分割功率乘法器的两个交流量乘积的相位同步。
6.一种时分割功率乘法器的实现方法，其特征是，采用整形倍频以及锁相技术将被测信号与时分割乘法器的三角波发生器进行同步，从而使时分割功率乘法器的两个交流量乘积的相位同步；所述实现方法包括以下步骤：
电压模拟信号通过调理电路进行处理，并经整形倍频和锁相处理后输入三角波发生器发生相位同步的三角波，脉宽调制电路对输入的电压模拟信号进行分割，输出两路电压分割信号；
电流模拟信号通过调理电路进行处理后分割为正向电流分割信号和反向电流分割信号；
正向电流分割信号和反向电流分割信号分别通过模拟开关与两路电压分割信号进行相乘运算；
低通滤波器对相乘运算信号处理，一路输出直流电压，另一路通过V/f转换得到频率输出。
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