CN112444707A - 基于频率分析的电弧检测 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例总体上涉及基于频率分析的电弧检测。在一些示例中，一种设备包括至少一个输入节点，输入节点被配置为接收指示通过导体到负载的电流的信号。设备还包括电路，电路被配置为通过将第一带通滤波器应用于所接收的信号来确定接收信号在第一频率范围内的第一幅度。电路还被配置为通过将第二带通滤波器应用于所接收的信号来确定接收信号在第二频率范围内的第二幅度。处理电路还被配置为基于第一幅度和第二幅度来确定在导体上已经出现电弧。

Description

基于频率分析的电弧检测
技术领域
本公开涉及电力电子设备。
背景技术
当配电系统中出现电弧时，电弧产生非常高的温度，这会熔化导线绝缘材料。电弧会导致相邻导线之间发生短路，从而迅速耗尽电池。电弧还会导致火灾危险，这对于锂离子电池非常危险。
随着两点之间的电势差增加，电弧变得更有可能。例如，典型的汽车系统使用12伏电源系统，但是现在一些车辆使用48伏电源子系统。由于电压更高，并且隐含地达到了更高的最大维持距离，因此与12伏系统相比，在48伏系统中电弧会更容易出现和维持。结果，在48伏系统中的电弧的预防和检测比在12伏系统中的电弧的预防和检测更为重要。
48伏电力系统比12伏电力系统更可取，因为48伏电力系统使用较低的电流。可以将使用电流较小的导体设计为具有较小的横截面。为了防止出现电弧，可以将48伏电力系统设计为在导体周围具有较厚的塑料绝缘。因此，48伏电力系统使用更少的金属和更多的塑料体。当塑料比金属便宜得多时，设计可以在48伏电压下操作的电力系统具有成本效益，因为使用更少的金属所节省的成本将足以抵消增加的绝缘成本。此外，使用塑料代替金属还可以减轻重量。
发明内容
本公开描述了基于频率分析来确定在导体上已经出现电弧的技术。设备可以接收指示通过导体到负载的电流的信号。设备将第一通带滤波器应用于所接收的信号以确定在第一频率范围内的第一幅度。设备还将第二通带滤波器应用于所接收的信号以确定在第二频率范围内的第二幅度。设备可以使用第一确定的幅度和第二确定的幅度来确定是否已经出现电弧。
在一些示例中，设备包括至少一个输入节点，输入节点被配置为接收指示通过导体到负载的电流的信号。该设备还包括电路装置，电路装置被配置为通过将第一带通滤波器应用于接收信号来确定所接收的信号在第一频率范围内的第一幅度。电路装置还被配置为通过将第二带通滤波器应用于接收信号来确定所接收的信号在第二频率范围内的第二幅度。电路装置还被配置为基于第一幅度和第二幅度来确定在导体上已经出现电弧。
在一些示例中，方法包括由设备的至少一个节点接收指示通过导体到负载的电流的信号。方法还包括通过将第一带通滤波器应用于所接收的信号，由设备的处理电路装置确定所接收的信号在第一频率范围内的第一幅度。方法还包括通过将第二带通滤波器应用于所接收的信号，由处理电路装置确定所接收的信号在第二频率范围内的的第二幅度。方法包括基于第一幅度和第二幅度由处理电路装置确定在导体上已经出现电弧。
在一些示例中，设备包括计算机可读介质，计算机可读介质具有存储在其上的可执行的指令，指令被配置为能够由处理电路装置执行，使得处理电路装置通过将第一带通滤波器应用于信号来确定信号在第一频率范围内的第一幅度，其中信号指示通过导体到负载的电流。指令还被配置为使得处理电路装置通过将第二带通滤波器应用于信号来确定信号在第二频率范围内的第二幅度，其中信号指示通过导体到负载的电流。指令还被配置为使得处理电路装置基于第一幅度和第二幅度来确定在导体上已经出现电弧。
在附图和以下描述中阐述了一个或多个示例的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求，其它特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是根据本公开的一些示例的被配置为确定在导体上已经出现电弧的设备的概念框图。
图2是根据本公开的一些示例的包括负载和引擎的系统的概念框图。
图3是根据本公开的一些示例的包括模数转换器和处理电路装置的设备的概念框图。
图4A-4E是根据本公开的一些示例的示出示例性带通滤波器的曲线图。
图5是根据本公开的一些示例的包括栅极驱动器和微控制器的系统的概念框图。
图6是根据本公开的一些示例的示出用于确定在导体上已经出现电弧的示例技术的流程图。
图7和图8是根据本公开的一些示例的包括在负载处的电流感测的系统的概念框图和电路图。
具体实施方式
图1是根据本公开的一些示例的设备100的概念框图，设备100被配置为确定在导体170上已经出现电弧175。系统140包括设备100、电源150、电源开关160、导体170和负载190。系统140可以是汽车系统、航空系统、发电系统、配电系统、电力电子系统和/或在导体170上可以出现电弧175的任何其它系统的一部分。系统140可以被称为“板网”(例如，车上网络)。
电源150将电功率提供给电源开关160和/或负载190。电源150可以包括电池、发电机、太阳能电池板和/或任何其它电功率来源。电源150和参考节点195可以形成差分总线的正轨和负轨。在一些示例中，电源150包括汽车电池，汽车电池被配置为提供48伏功率。
电源开关160可以被配置为基于在节点162处接收的驱动器信号在电源150与负载190之间导电。当电源开关160接通时，电源150可以将电功率提供给导体170和负载190。当电源开关160关闭时，电源150与导体170和负载190断开电连接。然而，当电源开关160关闭时，非零泄漏电流可以流过电源开关160。电源开关160可以包括但不限于场效应晶体管(FET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、高电子迁移晶体管(HEMT)和/或其它使用电压进行控制的元件中的任何类型。电源开关160可以包括n型晶体管和/或p型晶体管。电源开关160可以包括诸如硅、碳化硅和/或氮化镓的元件。在一些示例中，电源开关160包括与晶体管并联连接的续流二极管，以防止晶体管反向击穿。系统140不一定在所有示例中都包括电源开关160，因为电源150可以在没有电源开关的情况下连接到导体170和负载190。
导体170允许电源150与负载190之间的电功率传输。导体170可以包括金属导线、金属层、电路板中的迹线、焊料和/或任何其它导电元件。导体170可以包括诸如铜、金、银、铝、铅、锡和/或任何其它导电材料的材料。在一些实施例中，导体170在没有电源开关160的情况下直接地连接电源150和负载190。导体170可以包括用于承载多条导线的线束，诸如用于连接电源150和导体190的第一导线以及用作参考节点195的返回路径的第二导线。
负载190可以包括电阻性负载、电容性负载和/或电感性负载。电感性负载的示例可以包括在加热、空调、供水、风扇或包括电感性负载的其它系统中的一个或多个系统中使用的致动器、电动机和泵。电容性负载的示例可以包括照明元件(诸如，氙弧灯)。在其它示例中，负载可以是电阻性负载、电感性负载和电容性负载的组合。
电弧175可以在导体170上发生，产生非常高的温度，这会损坏附近的部件(诸如，导线绝缘)。电弧175还可以导致相邻导线之间的电短路。电弧175可以耗尽存储在电源150处的能量，并且可以导致火灾危险。电弧175可以维持长达十三毫米的距离，该距离比标准继电器的中断距离长得多。除非系统140包括用于检测电弧175的装置，否则电弧175可能不会被检测到。但是，一些用于检测电弧175的技术会增加系统140的重量、成本和故障点。
根据本公开的技术，后处理模块130使用带通滤波器110来分析所接收的信号的频谱。带通滤波器110可以被用作具有可以沿着频谱移动的通带的单个滤波器，或者具有通带不变的多个滤波器。带通滤波器110对流到负载190的电流执行选择性地滤波。峰值检测器120也可以是自适应的，接收(多个)经滤波的信号并且可以被配置为检测峰值和阈值交叉。后处理模块130可以被配置为基于阈值在特定时间内的交叉以及检测的峰值之间的比率来确定是否已经出现电弧175。在一些示例中，后处理模块130被配置为分析流向单个负载170的电流，而不是流向多个负载的多个电流，以避免来自其它负载的频率重叠。后处理模块130在节点102处所接收的信号中寻找电弧175的频率特征。
设备100可以包括节点102，节点102用于接收指示通过导体170到负载190的电流的信号。节点102从感测元件180接收信号，感测元件180包括分流电阻器、电流感测晶体管、磁阻元件和/或任何其它电流传感器。在一些示例中，节点102包括接收差分信号(诸如，分流电阻器两端的电压)的两个或多个节点。
设备100还可以包括用于对在节点102处所接收的信号的进行滤波的带通滤波器110。带通滤波器110中的每一个带通滤波器可以包括不同的频率范围。当被应用于所接收的信号时，带通滤波器110中的一个带通滤波器产生表示所接收的信号在相应的频率范围内的幅度的输出信号。峰值检测器120可以检测由带通滤波器110中的每一个带通滤波器产生的峰值或输出信号的阈值交叉。峰值检测器120可以被配置为输出在带通滤波器110的频率范围内接收的每一个信号的幅度的指示。
后处理模块130可以基于所接收的信号在第一频率范围内的第一幅度并且基于所接收的信号在第二频率范围内的第二幅度来确定在导体170上已经出现电弧170。后处理模块130可以通过确定第一幅度和第二幅度呈现出或匹配预定的数学关系来确定已经出现电弧175。在一些示例中，预定义的数学关系可以对应于与由电弧175产生的电磁噪声相关联的特征。在一些示例中，电弧电流本质上可以是随机的，具有宽频谱以及随时间改变的变化的峰值和不相关的频率。后处理模块130可以被配置为执行频率分析以确定频谱，然后确定是否朝向负载190出现电弧175。
尽管本公开将设备100描述为确定电弧175是否“已经发生”，但是设备100可以被配置为确定电弧175是否当前正在发生和/或先前已经发生。电弧175可以发生微秒或毫秒的数量级的很短的一段时间。由设备100对电弧175是否正出现的确定可以花费毫秒的数量级。因此，在设备100完成确定时，电弧175可能正出现，或者电弧175可能已经结束并且可能不再出现。尽管示出电弧175正在出现在电源开关160与感测元件180之间的导体170上，但是电弧175可以出现在其它位置处，诸如感测元件180与负载190之间的导体170上、负载190附近的导体170上和/或在电源开关160附近的导体170上。
使用带通滤波器110对在感测元件180处的信号进行滤波以确定已经出现电弧175，允许使用较便宜的“哑”负载190。哑负载可能不具有智能电流及电压感测或用于将电流和电压值传送回设备100或微控制器的收发器。与使用用于检测电弧的另一种技术的系统相比，系统140还可能需要更少的导线，这使得系统140更便宜、更轻(例如，更少的金属但是更多的塑料)，并且具有更少的故障点。例如，与具有将电压和电流信息传送回设备100或微控制器的负载的系统相比，系统140可以使用更少的铜。
此外，系统140可以包括具有较低性能规格(例如，较小功率)、较小、较便宜并且具有较少引脚的微控制器(图1中未示出)。因为设备100执行电弧检测，因此微控制器可以被配置为不恒定地监测负载190的参数。本公开的技术可以允许系统140中的线束的分散评估和简化。因此，设备100可以为系统140提供实质性价值。
图2是根据本公开的一些示例的包括负载290和引擎220的系统240的概念框图。系统240是图1所示的系统100的示例。设备200被配置为经由感测元件280接收指示通过导体270到负载290的电流的信号。在图2所示的示例中，设备200还被配置为通过接通和关闭电源开关260来将电源250与负载290连接和断开连接来控制电源开关260的操作。例如，设备200可以包括用于生成针对电源开关260的控制信号(例如，脉冲宽度调制信号)的微控制器。附加地或备选地，设备200可以包括用于生成驱动信号并且将驱动信号传递到电源开关260的控制端子的栅极驱动器。设备200可以包括用于电源开关260(诸如，电池开关、负载连接-断开连接和电子熔断器)的高端栅极驱动器。
在一些示例中，设备200可以是熔断器替换产品的一部分。在一些示例中，设备200可以是能够与连接到负载的其它电气设备一起使用的独立单元，并且在其它示例中，设备200可以包括更大的电气设备的部件。在各种示例中，对于系统中的每一个负载，可能有单独的电源开关和/或导体。因此，对于系统中的每一个负载和每一个电源开关，可能存在设备200中的一个设备。尽管设备200对于48伏汽车系统可能特别地有用，但是设备200还可以被用在12伏或24伏汽车系统以及非汽车电源系统中。
系统240包括引擎220和负载290，引擎220和负载290中的每一个设备都可以发射电磁噪声。由引擎220发射的电磁噪声可以具有唯一的特征或频谱，并且由负载290发射的电磁噪声可以具有与由引擎220产生的唯一的特征或频谱不同的唯一的特征或频谱。在正常操作期间，引擎220和/或负载290可以在电流消耗中生成明确定义的频谱，电流消耗在基频和随后的谐波处具有高峰值。设备200可以通过检测电流消耗的一次大的变化来检测接通和关闭。设备200还可以在关闭后检测振铃，因为振荡频率基于预定义的电感性寄生、电容性寄生和电阻性寄生，会生成衰减的(几乎)单频的振荡。
设备200可以被配置为确定在通过导体270的电流中由负载290和/或引擎220注入的电磁噪声的水平。设备200可以在包括由负载290和/或引擎220注入的噪声的频率范围内使用带通滤波器。设备200可以将带通滤波器应用于由设备200从感测元件280接收的信号，以确定由负载290和/或引擎220注入的噪声的水平。通过确定由负载290和/或引擎220注入的噪声的幅度，设备200可以更好地确定是否已经出现电弧275。
图3是根据本公开的一些示例的设备300的概念框图，设备300包括模数转换器(ADC)304和处理电路装置312。设备300是设备100的数字实现，其中处理电路装置312包括用于确定所接收的信号的幅度的数字逻辑。在一些示例中，设备可以包括用于确定所接收的信号的幅度的模拟电路装置(带通滤波器和峰值检测器)。
在图3所示的示例中，设备300在两个节点处接收差分信号。差分信号(例如，两个信号之间的差)可以指示分流电阻器380两端的电压，电压指示通过导体370的电流。差分信号是由设备100在节点102处从感测元件180接收的信号的示例。分流电阻器380是感测元件的示例，设备300从感测元件接收指示通过导体370的电流的信号。类似于系统100，系统300包括用于通过电源开关360将电功率传递到负载390的电源350，该电源开关360基于在节点362处接收的信号而被操作。
预滤波器302可以被配置为对所接收的信号进行低通滤波。预滤波器302可以定义用于ADC 304的低通输入滤波器，例如从所接收的信号去除高频噪声。预滤波器302可以具有高于至少两个带通滤波器310的频率范围的截止频率。预滤波器302还可以具有高于ADC304的采样率的截止频率。在一些示例中，设备300被配置为将预滤波器302用作集成的高通滤波器和低通滤波器的一部分。ADC 304接收预滤波的信号，或者在一些示例中接收未滤波的信号，并且将该信号转换为数字值。ADC 304随时间生成一系列数字值，数字值表示信号随时间的幅度。
处理电路装置312可以是设备300的数字核心的一部分。处理电路装置312可以将带通滤波器310应用于由ADC 304输出的一系列数字值。在图3所示的示例中，带通滤波器310中的每一个带通滤波器是由处理电路装置312实现的数字滤波器。例如，设备300可以包括指令集合，当执行该指令集合时，使得处理电路装置312将带通滤波器310中的每一个带通滤波器应用于一系列数字值，以确定在各自的频率范围内的幅度。在一些示例中，处理电路装置312可以通过将低通滤波器(例如，预滤波器302)和高通滤波器应用于所接收的信号或一系列数字值，来应用一个或多个带通滤波器310。设备300可以将预滤波器302用作单个低通滤波器(例如，模拟滤波器)，并且将带通滤波器310中的每一个带通滤波器用作高通滤波器，用作单独的高通滤波器或用作单个移动高通滤波器。结果，高通滤波器中的每一个高通滤波器可以共享单个低通滤波器。作为备选，设备300还可以将预滤波器302用作多个单独的低通滤波器。因此，在一些实施例中，处理电路装置312可以被配置为将带通滤波器310用作高通滤波器。
处理电路装置312可以使用峰值检测器320来确定带通滤波器310中的每一个带通滤波器的输出的幅度。峰值检测器320可以确定信号或一系列数字值的峰值振幅。附加地或备选地，峰值检测器320可以确定幅度是否交叉、超过或大于阈值。在一些示例中，峰值检测器320可以包括均方根(RMS)检测器、准RMS检测器和/或平均检测器。
后处理模块330被配置为基于带通滤波器310和峰值检测器320的输出确定是否已经出现电弧375。例如，后处理模块330可以通过确定由带通滤波器310和峰值检测器320输出的幅度呈现出预定的数学关系来确定已经出现电弧375。后处理模块330可以计算在不同频率处的幅度或峰值的(多个)比率或(多个)关系，然后检查(多个)比率是否与预定的数学关系匹配。预定的数学关系可以包括反频率关系或幅度随着频率增加而下降的任何其它关系。电弧375可以产生具有与1/f、1/(f^N)成正比的特征或任何其它关系的电磁噪声，其中f是频率并且N是任何常数。因此，设备300可以被配置为：测量通过导体370的电流；使用ADC304将信号数字化；将数字化的输出进行带通滤波；如果在不同的滤波窗口(例如，频率范围)中检测的幅度示出了1/f噪声信号的蓝图(例如，反频率关系)，则确认电弧375的发生。
后处理模块330可以被配置为基于所接收的信号并且分析由带通滤波器310输出的幅度来确定电弧375的参数和特性。例如，后处理模块330可以确定电弧375的持续时间和/或大小。大小是指由电弧375导致的电压降、流过电弧375的电流或由电弧375跨越的距离。后处理模块330还可以确定电弧375的类型(例如并行或串行)和/或电弧375的原因。在一些示例中，后处理模块330被配置为将电弧375的原因与其它原因区分开。
图4A-图4E是根据本公开的一些示例的示出了示例性带通滤波器的曲线图。图4A-图4E中所示的曲线图的竖直轴表示噪声密度，其可以以伏特平方除以赫兹为单位表示。图4A-图4E中所示的曲线图的水平轴表示频率，其可以以赫兹为单位表示。曲线图的轴使用对数标度以显示小于一赫兹至大于十万赫兹之间的频率。
图4A示出了具有两个带通滤波器的示例。设备可以使用两个带通滤波器410A和420A，其中数学关系的参数(例如，斜率)是已知的，并且其中不存在生成噪声的其它干扰或部件。斜率400A表示预定的数学关系，预定的数学关系是电弧的频谱蓝图。在图4A所示的示例中，带通滤波器410A覆盖一赫兹至十赫兹的频率范围，并且带通滤波器420A覆盖一百赫兹和一千赫兹的频率范围。设备可以确定信号在每一个频率范围内的幅度的比率。
带通滤波器410A和420A的频率范围可以被选择或被限定为不与由负载或其它附近的部件(诸如，引擎)注入的基频重叠。带通滤波器410A和420A的频率范围可以被选择为不与电源开关的开关频率重叠。带通滤波器410A和420A的频率范围可以被选择为低于稳态噪声淹没由电弧产生的电磁噪声的水平。稳态噪声可以是在所有频率处具有大致相等幅度的白噪声。因此，在由电弧产生的噪声较低的高频下，稳态噪声会压倒由电弧产生的噪声。高于十赫兹、二十赫兹或三十赫兹时，由电弧产生的信号可能与由其它来源产生的噪声没有区别。
图4B和图4C示出了具有三个带通滤波器的示例。如果没有干扰，则设备可以使用其中预定的数学关系的至少一个参数未知的第三带通滤波器，以确认电弧已经发生。设备可以使用由两个(或多个)滤波器检测的幅度来确定(多个)未知参数。在一些示例中，设备使用两个滤波器来确定(多个)未知参数和数学关系。然后，设备可以通过确定来自第三带通滤波器的第三幅度是否与先前计算的数学关系在允许公差内相符来确认数学关系。备选地，设备可以使用其中预定的数学关系的参数已知的第三带通滤波器以确定稳态噪声的水平。设备可以选择大于五千赫兹、十千赫兹、二十千赫兹、一百千赫兹或二百千赫兹的频率范围来检测稳态噪声的水平，因为在高频下，噪声可能大部分是稳态的，而不是由电弧或负载产生的。例如，带通滤波器的中心频率可以被设置为二百千赫兹以测量稳态噪声的水平。
在一些示例中，带通滤波器410B、420B、430B可以被实现为单独的滤波器。相反，带通滤波器410C、412C、414C可以被实现为可以改变其频率范围和中心频率的单个移动滤波器。例如，设备可以将单个移动带通滤波器在第一时间处用作带通滤波器410C，在第二时间处用作带通滤波器412C，并且在第三时间处用作带通滤波器414C。设备可以使单个带通滤波器沿着由电弧产生的噪声的频谱分布移动。在一些示例中，设备可以使用至少一个移动带通滤波器和至少一个固定带通滤波器来施加多个带通滤波器，其中固定滤波器与移动滤波器分离。因此，设备可以使用具有固定频率范围的至少一个固定带通滤波器以及可以跨多个频率范围施加的至少一个移动带通滤波器。移动滤波器在确定背景噪声或稳态噪声的水平时可能很有用。固定带通滤波器包括不会移动的固定频率范围，因此设备无法在多个频率范围内施加固定带通滤波器。
与可以被用作带通滤波器410C、412C、414C的单个移动带通滤波器相比，带通滤波器410B、420B、430B可以更容易设计、构建和操作。然而，带通滤波器410B、420B、430B可以比单个移动带通滤波器占用更多的芯片空间。单个移动带通滤波器可能更难以构建和操作，但是单个移动带通滤波器比带通滤波器410B、420B、430B占用更少的芯片空间。单独的带通滤波器或单个移动带通滤波器都可以被实现为模拟滤波器、数字滤波器、软件滤波器和/或硬件滤波器。
图4D示出了具有四个带通滤波器的示例。设备可以使用其中预定的数学关系的至少一个参数未知的第四带通滤波器，以确定高频范围内的稳态噪声的水平。备选地，设备可以使用其中预定的数学关系的参数是已知的的第四带通滤波器，以确定由负载或另一个部件注入的噪声的水平。第四带通滤波器的中心频率可以在与设备连接或邻近的部件所生成的高峰值处选择。
图4E示出了具有五个带通滤波器的示例。设备可以使用其中预定的数学关系的至少一个参数未知的第五带通滤波器，，以通过确定由负载或另一个部件注入的噪声的水平来执行合理性检查。本文描述的滤波器的数目、顺序和目的可以被更改。例如，设备可以使用第三带通滤波器来确定由负载注入的噪声，或者设备可以使用第五带通滤波器来确定已经出现电弧。另外，在一些实施例中，设备可以使用五个以上的带通滤波器。设备还可以使用用于本文所述的任何目的一个以上的带通滤波器，诸如三个或更多个带通滤波器以确认电弧的发生，两个或更多个带通滤波器以检测稳态噪声或者两个或更多个带通滤波器以检测由负载注入的噪声。附加的带通滤波器可以被用于调谐到特定类型的电弧检测。
图5是根据本公开的一些示例的包括栅极驱动器564和微控制器544的系统540的概念框图。系统500还包括集成电路500、直流/直流(DC/DC)转换器542、电源550、电源开关560、导体570、分流电阻器580和负载590。集成电路500包括电源管理单元(PMU)504、检测电路装置510、数字逻辑530和栅极驱动器564。集成电路500是图1-图3所示的设备100、设备200和设备300的示例。集成电路500可以为数字集成提供高电压能力和高电路密度。
PMU 504从电源550接收功率，并且向检测电路装置510、数字逻辑530和栅极驱动器564提供功率。PMU 504可以包括功率转换器，以生成用于集成电路500的部件的每一个部件的功率。集成电路500可以包括电荷泵和/或升压转换器，作为PMU 504或栅极驱动器564的一部分，用于生成高于电源550的电压。栅极驱动器564可以使用较高的电压电平来驱动电源开关560以接通和关闭电源开关560，以连接和断开连接电源550和负载590。
检测电路装置510可以包括ADC，ADC测量并且数字化分流电阻器580上的电压降，分流电阻器580可以被串联连接在电源550与电源开关560之间的负载590的电流供应路径中。分流电阻器580应该被布置使得分流电阻器580不受负载590以外的负载的影响。例如，如果分流电阻器580被布置在电源550的配电点(例如，在电池开关之后)与电源开关560的漏极之间。数字逻辑530可以是集成电路500的数字核心的一部分，并且可以通过执行频谱分析来分析由检查电路装置510(例如，ADC和/或滤波器)提供的信息。
数字逻辑530还具有具有微控制器544的通信接口，微控制器544从DC/DC转换器542接收功率供应。数字逻辑530可以向微控制器544通信或报告电弧的检测。数字逻辑530可以被配置为向微控制器544传送电弧的类型以及电弧的其它确定的参数或特性，诸如时间的长度和电弧的大小。
尽管图5被描述为数字实现，但是模拟实现也是可能的。模拟滤波器比数字滤波器占用更大的芯片区域，尤其是对于低频滤波。此外，模拟滤波器比数字滤波器更难以配置，尤其是对于包括单个移动滤波器的实现。与改变模拟电容器的电感或电容相比，配置数字滤波器可能涉及改变滤波器的系数。此外，数字实现允许将由数字逻辑530生成的数字化电流信息用于集成电路500中的其它目的，诸如过电流保护。
在系统540和集成电路500的操作期间，栅极驱动器564接通电源开关560。检测电路装置510中的ADC测量流过分流电阻器580的电流并且数字化该信息。数字逻辑530执行滤波和峰值检测。基于峰值检测的决定并且通过查看滤波后的幅度之间的比率，数字逻辑530决定在导体570(例如，在线束保持的导体570中)上是否出现电弧。数字逻辑530基于基频、谐波、基频和谐波的幅度以及先前分析的历史来确定已经出现电弧。如果数字逻辑530检测到电弧，则集成电路500可以决定是否立即关闭电源开关560并且通知微控制器544。附加地或备选地，数字逻辑530可以限制导体570上的电流并且通知微控制器544，或者数字逻辑530可以仅通知微控制器544并且等待微控制器544决定是否关闭电源开关560并且断开负载590。
检测机制的其它实现是可能的，其不涉及全频率分析。例如，如果负载590的频谱是已知的，并且关闭之后的预期的波纹频率也是已知的，则数字逻辑530和/或检测电路装置510可以应用滤波器以从分析的信号消除这些频率。然后数字逻辑530和/或检测电路装置510可以使用峰值检测器来分析剩余的信号。集成电路500可以在模拟域或数字域中实现滤波器。不幸的是，该技术可能会对可以由电源开关560驱动的负载类型造成限制。该技术还假定存在有关发生频率的附加的知识。然而，该技术还可以导致更小和更简单的集成电路500。
图6是根据本公开的一些示例的示出用于确定在导体上已经出现电弧的示例技术的流程图。参考图1中所示的系统140描述了图6的技术，尽管其它部件可以例示类似的技术。
在图6的示例中，节点102接收指示通过导体170到负载190的电流的信号(600)。设备100在节点102处接收从感测元件180接收的信号，感测元件180可以包括分流电阻元件或串联电阻元件和/或电容元件、电流镜、电流感测晶体管、磁阻传感器和/或任何其它电流传感器。在一些示例中，所接收的信号是差分信号，该信号表示感测元件180两端的电压。
在图6的示例中，设备100通过施加带通滤波器110的第一个带通滤波器来确定所接收的信号在第一频率范围内的第一幅度(602)。设备100还通过施加带通滤波器110的第二个带通滤波器来确定所接收的信号在第二频率范围内的第二幅度(604)。设备100可以将带通滤波器110用作单独的滤波器或用作单个移动滤波器，单个移动滤波器可以被独立地用作第一带通滤波器和第二带通滤波器。设备100还可以施加两个以上的带通滤波器110以确定是否已经出现电弧175，以确定幅度之间的数学关系的参数、检测系统100中的稳态噪声的水平、和/或检测由负载190产生的噪声的水平。
在图6的示例中，后处理模块130基于第一幅度和第二幅度确定在导体170上已经出现电弧175(606)。后处理模块130可以被配置为确定第一幅度和第二幅度的比率。后处理模块130可以响应于确定幅度的比率呈现出预定的数学关系(例如，电弧175的特征)来检测已经出现电弧175。
图7和图8是根据本公开的一些示例的包括在负载处的电流感测的系统740和系统840的概念框图和电路图。尽管系统740和系统840被示出为48伏系统，但是系统740和系统840还可以被配置为使用不同的电压电平，诸如十二伏或二十四伏。系统740包括栅极驱动器700、微控制器744、电池750、电源开关760、导体770、线束772、分流电阻器780和负载790。系统840包括栅极驱动器800、微控制器844、电池850、电源开关860、导体870、线束872和874、分流电阻器880和负载890。
在48V系统(诸如，系统740和840)中，可以通过同时地测量以及比较在电池750和850的输出处的电流和电压以及在负载790和890的输入处的电流和电压来进行电弧检测。系统740是在电池750的输出处以及负载790的输入处的电压和电流的瞬时读出的示例。该配置可以确保同时地进行读出，这很重要，因为流过电弧的电流幅度随时间变化很大。系统740的配置使用线束772中的其它导线以及智能负载790，智能负载790可以将电流和电压信息发送回分析微控制器744。该配置增加了系统740的重量、成本和故障点。
在系统740的示例中，电压和电流被物理地发送回微控制器744。微控制器744可以快速且容易地触发比较，因为栅极驱动器700和负载790将所有的参数直接地发送到微控制器744的ADC。如果系统740具有很多负载，则线束可能很复杂并且更容易发生短路、断开和同步问题。
系统840是通过线束874中的通信总线进行多路复用读出的示例。该配置具有线束872中较少导线的优点，但是系统840使用具有总线通信能力的智能负载890。由于时间多路复用，系统840还可能经历信息传输延迟，这可能导致错误的评估。因此，系统840可能不太准确，并且仍然带来智能负载890的附加的成本。
在系统840的示例中，电压和电流通过总线(诸如，控制器局域网(CAN)总线)被发送回微控制器844。使用单独的线束872和874意味着接线相对简单。但是，由于负载890与微控制器844之间可能存在延迟，因此微控制器844可能难以在电池850与负载890之间进行同步。尽管负载890可以通过CAN总线触发采集，但是微控制器844可以利用电源参数的直接转换来处理同步。通过CAN总线传回参数会导致负载参数传输的延迟。
另一种方法是测量导体中的电流消耗并且应用傅里叶变换来确定信号的频谱分量。电弧的频谱足迹可以显示1/f噪声的行为。但是，应用傅里叶变换会使用较高的计算能力，这仅在昂贵的高端微控制器中可用。傅里叶分析可能涉及微控制器中的高输入带宽和高计算能力。对于具有大量48伏负载的系统，此方法可能不具有成本效益。
智能负载790和890能够测量并且将负载处的电流和电压传送回栅极驱动器700和800和/或微处理器744和844。栅极驱动器700和800能够测量被发送到负载790和890的电压和电流。微控制器744和844可以处理并比较从栅极驱动器700和800以及负载790和890发送的所有信息。如果没有电弧，则电池750和850的电压电平等于由负载790和890接收的电压电平，并且由电池750和850产生的电流等于由负载790和890接收的电流。
可以在线束772和872中发生的电弧的第一示例是带电导线与参考地之间的并联电弧。导线的屏蔽层可能接地，因此在导线与导线屏蔽层之间可能出现电弧。导线绝缘不良可以导致此类电弧。对于这种类型的电弧，电池750和850的电压电平可以等于由负载790和890接收的电压电平，但是由于到并联电弧的电流损失，因此由电池750和850产生的电流可能大于由负载790和890接收的电流。鉴于电弧的行为可能是不可预测的，微控制器744应该在同一时刻比较参数。
可以在线束772和872中发生的电弧的第二示例是两个带电导线之间的串联电弧。电缆折断或接触不良可以导致此类电弧。对于这种类型的电弧，由电池750和850产生的电流可以等于由负载790和890接收的电流，但是由于串联电弧两端的电压降，因此电池750和850的电压电平可能大于由负载790和890接收的电压电平。然而，例如，如果电弧的阻抗随时间变化，则电池与负载之间的电流比较可能会不平衡。
以下编号的示例说明了本公开的一个方面或多个方面。
示例1.一种设备包括至少一个输入节点，输入节点被配置为接收指示通过导体到负载的电流的信号。设备还包括电路装置，电路装置被配置为通过将第一带通滤波器应用于所接收的信号来确定所接收的信号在第一频率范围内的第一幅度。电路装置还被配置为通过将第二带通滤波器应用于所接收的信号来确定所接收的信号在第二频率范围内的第二幅度。电路装置还被配置为基于第一幅度和第二幅度来确定在导体上已经出现电弧。
示例2.根据示例1的设备，其中电路装置被配置为通过确定第一幅度和第二幅度呈现出预定的数学关系来确定在导体上已经发生电弧。
示例3.根据示例1-2或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为通过确定第一幅度和所述第二幅度的比率呈现出反频率关系来确定在导体上已经发生电弧。
示例4.根据示例1-3或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为通过应用单个移动带通滤波器来应用第一带通滤波器和所述第二带通滤波器。
示例5.根据示例1-4或其任意组合的设备，其中单个移动带通滤波器在第一时间处被配置为第一带通滤波器，并且在第二时间处被配置为第二带通滤波器。
示例6.根据示例1-5或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为通过将第三带通滤波器应用于所接收的信号来确定所接收的信号在第三频率范围内的第三幅度。
示例7.根据示例1-6或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为当针对电弧的数学关系的至少一个参数未知时，基于第三幅度确认在导体上已经发生电弧。
示例8.根据示例1-7或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为确定数学关系的至少一个参数。
示例9.根据示例1-8或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为基于幅度中的至少一个幅度确定数学关系的至少一个参数。
示例10.根据示例1-9或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为通过将第四带通滤波器应用于所接收的信号来确定所接收的信号在第四频率范围内的第四幅度。
示例11.根据示例1-10或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为基于第四幅度确定稳态噪声的水平。
示例12.根据示例1-11或其任意组合的设备，其中第四频率范围高于第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围。
示例13.根据示例1-12或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为通过将第五带通滤波器应用于所接收的信号来确定所接收的信号在第五频率范围内的第五幅度。
示例14.根据示例1-13或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为基于所述第五幅度确定由负载注入的噪声的水平。
示例15.根据示例1-14或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为通过将第三带通滤波器应用于所接收的信号来确定所接收的信号在第三频率范围内的第三幅度。
示例16.根据示例1-15或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为当针对电弧的数学关系的参数未知时，基于第三幅度确定稳态噪声的水平。
示例17.根据示例1-16或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为通过将第四带通滤波器应用于所接收的信号来确定所接收的信号在第四频率范围内的第四幅度。
示例18.根据示例1-17或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为基于第四幅度确定由负载注入的噪声的水平。
示例19.根据示例1-18或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为基于幅度中的至少一个幅度确定稳态噪声的水平。
示例20.根据示例1-19或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为基于第五幅度确定由负载注入的噪声的水平。
示例21.根据示例1-20或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为通过将第一低通滤波器和第一高通滤波器独立地应用于所接收的信号来应用第一带通滤波器。
示例22.根据示例1-21或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为通过将第二低通滤波器和第二高通滤波器独立地应用于所接收的信号来应用第二带通滤波器。
示例23.根据示例1-22或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为通过应用第一带通滤波器以生成第一经滤波的信号并且将第一RMS检测器、第一准RMS检测器或第一平均检测器应用于第一经滤波的信号来确定第一幅度。
示例24.根据示例1-23或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为通过应用第二带通滤波器以生成第二经滤波的信号并且将第二RMS检测器、第二准RMS检测器或第二平均检测器应用于第二经滤波的信号来确定第二幅度。
示例25.根据示例1-24或其任意组合的设备，还包括ADC，ADC被配置为将所接收的信号转换为一系列的数字值。
示例26.根据示例1-25或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为通过将第一带通滤波器应用于一系列的数字值来确定在第一频率范围内的第一幅度。
示例27.根据示例1-26或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为通过将第二带通滤波器应用于一系列的数字值来确定在第二频率范围内的第二幅度。
示例28.根据示例1-27或其任意组合的设备，其中信号指示通过电源开关并且通过导体到负载的电流。
示例29A.根据示例1-28或其任意组合的设备，还包括栅极驱动器，栅极驱动器被配置为将驱动信号传递到电源开关以接通或关闭电源开关。
示例29B.根据示例1-29A或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为将带通滤波器中的至少一个带通滤波器用作具有固定频率范围的固定带通滤波器。
示例29C.根据示例1-29B或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为将带通滤波器中的至少一个带通滤波器用作移动带通滤波器，移动带通滤波器可以被配置为在不同时间处具有不同的频率范围。
示例29D.根据示例1-29C或其任意组合的设备，其中电路装置被配置为将固定带通滤波器和移动带通滤波器两者应用于所接收的信号。
示例30.一种方法包括由设备的至少一个节点接收指示通过导体到负载的电流的信号。方法还包括通过将第一带通滤波器应用于所接收的信号，由设备的处理电路装置确定所接收的信号在第一频率范围内的第一幅度。方法还包括通过将第二带通滤波器应用于所接收的信号，由处理电路装置确定所接收的信号在第二频率范围内的第二幅度。方法包括基于第一幅度和第二幅度，由处理电路装置确定在导体上已经出现电弧。
示例31.根据示例30的方法，其中确定在导体上已经发生电弧包括确定第一幅度和第二幅度呈现出预定的数学关系。
示例32.根据示例30-31或其任意组合的方法，其中确定在导体上已经发生电弧包括确定第一幅度和第二幅度的比率呈现出反频率关系。
示例33.根据示例30-32或其任意组合的方法，其中应用第一带通滤波器和第二带通滤波器包括应用单个移动带通滤波器。
示例34.根据示例30-33或其任意组合的方法，其中单个移动带通滤波器在第一时间处被配置为第一带通滤波器并且在第二时间处被配置为第二带通滤波器。
示例35.根据示例30-34或其任意组合的方法，其中确定所接收的信号在第三频率范围内的第三幅度包括将第三带通滤波器应用于所接收的信号。
示例36.根据示例30-35或其任意组合的方法，还包括当针对电弧的数学关系的至少一个参数未知时，基于第三幅度确认在导体上已经发生电弧。
示例37.根据示例30-36或其任意组合的方法，还包括确定数学关系的至少一个参数。
示例38.根据示例30-37或其任意组合的方法，还包括基于至少一个幅度确定数学关系的至少一个参数。
示例39.根据示例30-38或其任意组合的方法，还包括通过将第四带通滤波器应用于所接收的信号来确定所接收的信号在第四频率范围内的第四幅度。
示例40.根据示例30-39或其任意组合的方法，还包括基于第四幅度确定稳态噪声的水平。
示例41.根据示例30-40或其任意组合的方法，其中第四频率范围高于第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围。
示例42.根据示例30-41或其任意组合的方法，还包括通过将第五带通滤波器应用于所接收的信号来确定所接收的信号在第五频率范围内的第五幅度。
示例43.根据示例30-42或其任意组合的方法，还包括基于第五幅度确定由负载注入的噪声的水平。
示例44.根据示例30-43或其任意组合的方法，还包括通过将第三带通滤波器应用于所接收的信号来确定所接收的信号在第三频率范围内的第三幅度。
示例45.根据示例30-44或其任意组合的方法，还包括当针对电弧的数学关系的参数已知时，基于第三幅度确定稳态噪声的水平。
示例46.根据示例30-45或其任意组合的方法，还包括通过将第四带通滤波器应用于所接收的信号来确定所接收的信号在第四频率范围内的第四幅度。
示例47.根据示例30-46或其任意组合的方法，还包括基于第四幅度确定由负载注入的噪声的水平。
示例48.根据示例30-47或其任意组合的方法，还包括基于至少一个幅度确定稳态噪声的水平。
示例49.根据示例30-48或其任意组合的方法，还包括基于第五幅度确定由负载注入的噪声的水平。
示例50.根据示例30-49或其任意组合的方法，其中应用第一带通滤波器包括将第一低通滤波器和第一高通滤波器独立地应用于所接收的信号。
示例51.根据示例30-50或其任意组合的方法，其中应用第二带通滤波器包括将第二低通滤波器和第二高通滤波器独立地应用于所接收的信号。
示例52.根据示例30-51或其任意组合的方法，其中确定第一幅度包括应用第一带通滤波器以生成第一经滤波的信号并且将第一RMS检测器、第一准RMS检测器或第一平均检测器应用于第一经滤波的信号。
示例53.根据示例30-52或其任意组合的方法，其中确定第二幅度包括应用第二带通滤波器以生成第二经滤波的信号并且将第二RMS检测器、第二准RMS检测器或第二平均检测器应用于第二经滤波的信号。
示例54.根据示例30-53或其任意组合的方法，还包括将所接收的信号转换为一系列数字值。
示例55.根据示例30-54或其任意组合的方法，其中确定在第一频率范围内的第一幅度包括将第一带通滤波器应用于一系列数字值。
示例56.根据示例30-55或其任意组合的方法，其中确定在第二频率范围内的第二幅度包括将第二带通滤波器应用于一系列数字值。
示例57.根据示例30-56或其任意组合的方法，其中信号指示通过电源开关并且通过导体到负载的电流。
示例58.根据示例30-57或其任意组合的方法，还包括将驱动信号传递到电源开关以接通或关闭电源开关。
示例59.根据示例1-59或其任意组合的方法，其中电路装置被配置为将带通滤波器中的至少一个带通滤波器用作具有固定频率范围的固定带通滤波器。
示例60.根据示例1-60或其任意组合的方法，其中电路装置被配置为将带通滤波器中的至少一个带通滤波器用作移动带通滤波器，移动带通滤波器可以被配置为在不同时间处具有不同频率范围。
示例61.根据示例1-61或其任意组合的方法，其中电路装置被配置为将固定带通滤波器和移动带通滤波器两者应用于所接收的信号。
示例62.一种设备，包括计算机可读介质，计算机可读介质具有存储在其上的可执行的指令，指令被配置为能够由处理电路装置执行，用于使得处理电路装置通过将第一带通滤波器应用于信号来确定信号在第一频率范围内的第一幅度，其中信号指示通过导体到负载的电流。指令还被配置为使得处理电路装置通过将第二带通滤波器应用于信号来确定信号在第二频率范围内的第二幅度，其中信号指示通过导体到负载的电流。指令还被配置为基于第一幅度和第二幅度，使得处理电路装置确定在导体上已经出现电弧。
示例63.根据示例62的设备，其中指令被配置为使得处理电路装置执行根据示例30-61或其任意组合的方法。
示例64.一种系统，包括用于接收指示通过导体到负载的电流的信号的装置。系统还包括用于通过将第一带通滤波器应用于所接收的信号来确定所接收的信号在第一频率范围内的第一幅度的装置。系统还包括用于通过将第二带通滤波器应用于所接收的信号来确定所接收的信号在第二频率范围内的第二幅度的装置。系统包括用于基于第一幅度和第二幅度来确定在导体上已经出现电弧的装置。
示例65.根据示例64的系统，还包括用于执行根据示例30-61或其任意组合的方法的装置。
本公开将功能归因于设备100、200和300以及集成电路500。设备100、200和300以及集成电路500可以包括一个或多个处理器。设备100、200和300以及集成电路500可以包括集成电路装置、离散逻辑电路装置、模拟电路装置(诸如一个或多个微处理器)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)的任意组合。在一些示例中，设备100、200和300以及集成电路500可以包括多个部件，诸如一个或多个微处理器、一个或多个DSP、一个或多个ASIC或一个或多个FPGA、以及其它离散逻辑电路装置或集成逻辑电路装置和/或模拟电路装置的任意组合。
本公开中描述的技术还可以在包括非暂时性计算机可读存储介质(诸如，设备100、200和300以及集成电路500)的制品中实现或编码。示例非暂时性计算机可读介质可以包括：RAM、ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存、硬盘、磁性介质、光学介质或任何其它计算机可读存储设备或有形计算机可读介质。术语“非暂时性”可以指示存储介质没有体现在载波或传播的信号中。在某些示例中，非暂时性存储介质可以存储可以随时间改变的数据(例如在RAM或高速缓存中)。
已经描述了本公开的各种示例。预期了所描述的系统、操作或功能的任意组合。这些示例和其它示例在所附权利要求的范围内。

Claims (23)

1.一种设备，包括：
至少一个输入节点，被配置为接收指示通过导体到负载的电流的信号；以及
电路装置，被配置为：
通过将第一带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第一频率范围内的第一幅度；
通过将第二带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第二频率范围内的第二幅度；并且
基于所述第一幅度和所述第二幅度，确定在所述导体上已经出现电弧。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述电路装置被配置为通过确定所述第一幅度和所述第二幅度呈现出预定的数学关系来确定在所述导体上已经发生所述电弧。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述电路装置被配置为通过确定所述第一幅度和所述第二幅度的比率呈现出反频率关系来确定在所述导体上已经发生所述电弧。
4.根据权利要求1所述的设备，
其中所述电路装置被配置为通过应用单个移动带通滤波器来应用所述第一带通滤波器和所述第二带通滤波器，并且
其中所述单个移动带通滤波器在第一时间处被配置为所述第一带通滤波器，并且在第二时间处被配置为所述第二带通滤波器。
5.根据权利要求4所述的设备，
其中所述电路装置被配置为通过将固定带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第三频率范围内的第三幅度，并且
其中所述第三频率范围包括固定频率范围。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述电路装置被配置为：
通过将第三带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第三频率范围内的第三幅度；并且
当针对所述电弧的数学关系的至少一个参数未知时，基于所述第三幅度确认在所述导体上已经发生所述电弧。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述电路装置被配置为确定所述数学关系的所述至少一个参数。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述电路装置被配置为：
通过将第四带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第四频率范围内的第四幅度；并且
基于所述第四幅度确定稳态噪声的水平。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第四频率范围高于所述第一频率范围、所述第二频率范围和所述第三频率范围。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述电路装置被配置为：
通过将第五带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第五频率范围内的第五幅度；并且
基于所述第五幅度确定由所述负载注入的噪声的水平。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述电路装置被配置为：
通过将第三带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第三频率范围内的第三幅度；并且
当针对所述电弧的数学关系的参数已知时，基于所述第三幅度确定稳态噪声的水平。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述电路装置被配置为：
通过将第四带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第四频率范围内的第四幅度；并且
基于所述第四幅度确定由所述负载注入的噪声的水平。
13.根据权利要求1所述的设备，
其中所述电路装置被配置为通过将第一低通滤波器和第一高通滤波器独立地应用于所接收的所述信号来应用所述第一带通滤波器，并且
其中所述电路装置被配置为通过将第二低通滤波器和第二高通滤波器独立地应用于所接收的所述信号来应用所述第二带通滤波器。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述电路装置被配置为通过将单个低通滤波器应用于所接收的所述信号来应用所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器。
15.根据权利要求1所述的设备，
其中所述电路装置被配置为通过应用所述第一带通滤波器以生成第一经滤波的信号并且将第一均方根(RMS)检测器、第一准RMS检测器或第一平均检测器应用于所述第一经滤波的信号来确定所述第一幅度，并且
其中所述电路装置被配置为通过应用所述第二带通滤波器以生成第二经滤波的信号并且将第二RMS检测器、第二准RMS检测器或第二平均检测器应用于所述第二经滤波的信号来确定所述第二幅度。
16.根据权利要求1所述的设备，还包括模数转换器，所述模数转换器被配置为将所接收的所述信号转换为一系列的数字值，其中所述电路装置包括处理电路装置，所述处理电路装置被配置为：
通过将所述第一带通滤波器应用于所述一系列的数字值来确定在所述第一频率范围内的所述第一幅度；并且
通过将所述第二带通滤波器应用于所述一系列的数字值来确定在所述第二频率范围内的所述第二幅度。
17.一种方法，包括：
由设备的至少一个节点接收指示通过导体到负载的电流的信号；
通过将第一带通滤波器应用于所接收的所述信号，由所述设备的处理电路装置确定所接收的所述信号在第一频率范围内的第一幅度；
通过将第二带通滤波器应用于所接收的所述信号，由所述处理电路装置确定所接收的所述信号在第二频率范围内的第二幅度；以及
基于所述第一幅度和所述第二幅度，由所述处理电路装置确定在所述导体上已经出现电弧。
18.根据权利要求17所述的方法，其中确定已经发生所述电弧包括确定所述第一幅度和所述第二幅度的比率呈现出反频率数学关系。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括：
通过将第三带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第三频率范围内的第三幅度；以及
当针对所述电弧的数学关系的至少一个参数未知时，基于所述第三幅度确认在所述导体上已经发生所述电弧。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括：
通过将第三带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第三频率范围内的第三幅度；
当针对所述电弧的数学关系的参数已知时，基于所述第三幅度确定稳态噪声的水平；
通过将第四带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第四频率范围内的第四幅度；以及
基于所述第四幅度确定由所述负载注入的噪声的水平。
21.一种设备，包括计算机可读介质，所述计算机可读介质具有存储在其上的可执行的指令，所述指令被配置为能够由处理电路装置执行以使得所述处理电路装置：
通过将第一带通滤波器应用于信号来确定所述信号在第一频率范围内的第一幅度，其中所述信号指示通过导体到负载的电流；
通过将第二带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第二频率范围内的第二幅度；以及
基于所述第一幅度和所述第二幅度确定在所述导体上已经出现电弧。
22.根据权利要求21所述的设备，其中用于确定已经发生所述电弧的所述指令包括确定所述第一幅度和所述第二幅度的比率呈现出反频率数学关系。
23.根据权利要求21所述的设备，其中所述指令还被配置为使得所述处理电路装置：
通过将第三带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第三频率范围内的第三幅度；
当针对所述电弧的数学关系的参数已知时，基于所述第三幅度确定稳态噪声的水平；
通过将第四带通滤波器应用于所接收的所述信号来确定所接收的所述信号在第四频率范围内的第四幅度；并且
基于所述第四幅度确定由所述负载注入的噪声的水平。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11784503B2 (en) * 2021-02-22 2023-10-10 Inductev Inc. Passive arc detection and mitigation in wireless power transfer system

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6577138B2 (en) 2001-08-24 2003-06-10 Eaton Corporation Apparatus for detecting arcing and overcurrents in dc electrical systems subject to cyclic disturbances
US6525918B1 (en) 2001-09-11 2003-02-25 Ford Global Technologies, Inc. Adaptive arc fault detection and smart fusing system
US7009406B2 (en) 2003-04-24 2006-03-07 Delphi Technologies, Inc. Arc fault detector and method
US7062388B2 (en) 2004-03-18 2006-06-13 General Electric Company Series arc detection
US7633727B2 (en) * 2007-02-27 2009-12-15 Eaton Corporation Arc fault circuit interrupter and series arc fault detection method using plural high frequency bands
US7570465B2 (en) * 2007-12-19 2009-08-04 Eaton Corporation Industrial arc fault circuit interrupter and method of detecting arcing conditions
US8395391B2 (en) 2009-08-19 2013-03-12 Astronics Advanced Electronic Systems Corp. Method and apparatus for locating a parallel arc fault
US8218274B2 (en) * 2009-12-15 2012-07-10 Eaton Corporation Direct current arc fault circuit interrupter, direct current arc fault detector, noise blanking circuit for a direct current arc fault circuit interrupter, and method of detecting arc faults
US8878563B2 (en) * 2011-10-13 2014-11-04 Steven Andrew Robbins System and apparatus for arc detection and location in solar arrays
US9025287B2 (en) * 2012-12-19 2015-05-05 Stmicroelectronics S.R.L. Arc fault detection equipment and method using low frequency harmonic current analysis
DE102013207775B4 (de) 2013-04-29 2022-01-05 Lisa Dräxlmaier GmbH Vorrichtung zum Erkennen einer Störung einer elektrischen Leitung
CN103913663B (zh) 2014-04-21 2017-01-25 南京航空航天大学 一种直流系统电弧故障在线检测方法和保护装置
US9797941B2 (en) * 2014-12-29 2017-10-24 Eaton Corporation Arc fault detection system and method and circuit interrupter employing same
DE102015204376A1 (de) 2015-03-11 2016-09-15 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Lichtbogens
DE102015225442A1 (de) 2015-12-16 2017-06-22 Robert Bosch Gmbh Lichtbogen-Erkennungsvorrichtung, entsprechendes Verfahren und elektronisches Bauteil
EP3214453A1 (en) * 2016-03-03 2017-09-06 ABB Schweiz AG Method and apparatus for arc fault detection in electrical systems
DE102016212184A1 (de) 2016-07-05 2018-01-11 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Erkennen eines Fehlerfalls in einem Bordnetz
DE102016219851A1 (de) 2016-10-12 2018-04-12 Robert Bosch Gmbh Schutzvorrichtung für ein Energieversorgungsnetz, Verfahren zum Schutz eines Energieversorgungsnetzes und Hochvolt-Batterieversorgung
GB201617809D0 (en) * 2016-10-21 2016-12-07 Analog Devices Global A method of detecting arc events in a power system, and a power system including an arc detector
US10790779B2 (en) * 2017-06-05 2020-09-29 The Texas A&M University System Systems and methods for determining arc events using wavelet decomposition and support vector machines
US10439554B2 (en) * 2017-06-08 2019-10-08 Jeff Kotowski Method and apparatus for solar panel protection and control system
JP2019158673A (ja) * 2018-03-14 2019-09-19 オムロン株式会社 アーク検出装置およびその制御方法、並びに制御プログラム
CN108803560B (zh) 2018-05-03 2020-04-21 南京航空航天大学 综合化直流固态功率控制器及故障决策诊断方法
US11175349B2 (en) * 2018-06-12 2021-11-16 Eaton Intelligent Power Limited Electrical system

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