CN113030579B - 负载特性检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种负载特性检测方法及检测装置，检测方法包括：在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值，给定的测试电压或者测试电流恒定或者随时间而变化；根据负载类型建立负载模型；将所述多组采样电流值和采样电压值输入所述负载模型中，以得到相应的负载值，所述负载模型包括电阻模型，所述负载值包括电阻值。通过检测不同时刻的采样电流值和电压值，根据建立的不同的负载模型，可以很快计算出负载的负载值，从而可以快速排除掉负载特性不符的受电设备，确保安全，确定运行控制逻辑，以提高系统兼容性。

Description

负载特性检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及电子电力技术领域，尤其涉及负载特性检测方法及检测装置。

背景技术

在万物互联的世界，前级和后级连接匹配，前级向后级供电，那么前级可以看做供电端，后级可以看做受电端，前级需要确定后级的负载特性，从而判断是否向后级供电。随着供电设备的类型越来越多，供电系统中可能存在大量不符合规范的元件，导致供电出现故障。因此，在对受电端供电前，需要先对系统进行检测，排除不符合规范的受电设备。通常，通过检测受电端的负载特性来判断该受电设备是否符合规范，而目前的检测方法还不能有效地检测负载值，导致供电系统误上电，不能有效地排除故障风险。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种负载特性检测方法及检测装置，通过在不同时刻采样负载的多组电压值和电流值，再根据负载类型建立相应的负载模型，从而根据多组采样的电流值和电压值计算出对应的负载值，排除负载特性与标准不符的受电设备，对整个供电系统起到保护作用。

根据本发明的第一方面，提供一种负载特性检测方法，包括：在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值，给定的测试电压或者测试电流恒定或者随时间而变化；

根据负载类型建立负载模型；

将所述多组采样电流值和采样电压值输入所述负载模型中，以得到相应的负载值，所述负载模型包括电阻模型，所述负载值包括电阻值。

可选地，在POE系统中，所述负载为受电设备，所述负载类型为并联连接的电容和电阻，所述负载模型包括电容模型，所述负载值包括电容值；所述受电设备包括PD端的设备元件以及PSE和PD端口的电容；

在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值的步骤包括：

在第一设定时间内给定所述受电设备恒定的第一电压，在第二设定时间内给定所述受电设备从第一电压上升到第二电压的可变电压，在第三设定时间内给定所述受电设备恒定的第二电压；

在所述第一设定时间至所述第三设定时间的每个设定时间内，分别多次分时采样给定的电压值及相应的流经受电设备的电流值，以计算负载值。

可选地，在所述电阻模型中，所述第一设定时间内采样电压值的平均值与所述第三设定时间内采样电压值的平均值之差为第一差值，所述第一设定时间内采样电流值的平均值与所述第三设定时间内采样电流值的平均值之差为第二差值，所述第一差值与所述第二差值的比值表征所述负载的电阻值。

可选地，在第二设定时间内，电容电荷的变化量和电容电压变化量的比值表征所述电容的容值。

可选地，所述负载类型为串联连接的电阻和电感，所述负载模型包括电感模型，所述负载值包括电感值；

在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值的步骤包括：

在第一时间内，在所述负载端口给定随时间线性变化的第一斜坡电流；

在第一时刻和第二时刻分别检测流经所述负载的电流和负载的电压值，第一时刻至第二时刻，采样电压值变化量与采样电流值变化量的比值表征负载的电阻值。

可选地，根据第一时刻的电流采样值和电阻值的乘积得到电阻电压；根据第一时刻的电压采样值和电阻电压之差得到电感电压值；所述电感电压值与第一时刻至第二时刻的时间差的乘积，与第一时刻至第二时刻采样电流值变化量的比值表征负载的电感值。

可选地，所述负载类型为并联连接的电阻和电感，所述负载模型包括电感模型，所述负载值包括电感值；

在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值的步骤包括：

在第二时间内，在所述负载端口给定电压值恒定的第一恒定电压；

在第一时刻和第二时刻分别检测流经所述负载的电流值和负载的电压值，第一时刻至第二时刻的时间差与采样电流值变化量的比值，与采样电压值的乘积表征负载的电感值。

可选地，根据电压采样值、从负载上电到第一时刻的时间和电感值计算第一时刻的电感电流值；第一时刻流经负载的电流采样值与电感电流值之差表征流经电阻的电流，根据流经电阻的电流和电压采样值计算负载的电阻值。

可选地，所述负载为受电设备，所述负载类型为串联连接的电阻和电容，所述负载模型包括电容模型，所述负载值包括电容值；

在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值的步骤包括：

在第三时间内，在所述负载端口给定电流值恒定的第一恒定电流；

在第一时刻和第二时刻分别检测流经所述负载的电流和负载的电压，第一时刻至第二时刻的时间差和采样电流值的乘积，与第一时刻至第二时刻的采样电压值变化量的比值表征负载的电容值。

可选地，根据电流采样值、从负载上电到第一时刻的时间和电容值计算第一时刻的电容电压值，第一时刻负载的电压采样值与电容电压值之差表征电阻电压，根据流经电阻的电流和电阻电压计算负载的电阻值。

根据本发明第二方面，提供一种负载特性检测装置，包括：

参数获取模块，用于在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值，给定的测试电压或者测试电流恒定或者随时间而变化；

模型建立模块，用于根据负载类型建立负载模型；

计算模块，用于将所述多组采样电流值和采样电压值输入所述负载模型中，以得到相应的负载值，所述负载模型包括电阻模型，所述负载值包括电阻值。

根据本发明第三方面，提供一种PoE系统中受电设备阻抗检测方法，其特征在于：在第一时间内，在受电设备的高、低电位端之间给定随时间变化的电压源，并检测流经所述受电设备的电流，根据在不同时刻检测得到的电流值和给定的电压值计算所述受电设备端口等效的电阻值和电容值。

可选地，所述电压源随时间线性变化，在第一时刻和第二时刻分别检测流经所述受电设备的电流，得到第一电流检测值和第二电流检测值；在第一时刻和第二时刻，受电设备高、低电位端之间给定的电压分别为第一电压和第二电压；第一电压和第二电压之差与第一电流检测值和第二电流检测值之差的比值为电阻检测值，表征所述受电设备端口的电阻值。

本发明实施例提供的负载特性检测方法和检测装置，通过在给定测试电压或电流下的不同时刻分别采样得到多组采样电流值和采样电压值，再根据负载类型建立不同的负载模型，将多组采样电流值和采样电压值输入负载模型中就可以得到相应的负载值，根据本实施例的负载特性检测方法可以快速准确地获得受电设备的负载特性，从而快速排除电容或电感与标准不符的设备，对供电系统起到保护作用。该检测方法和检测装置能同时兼顾电阻与电容或电感对设备的影响，检测结果可靠性高，有效避免供电设备对受电设备的负载的误上电。还能根据负载值确定运行控制逻辑，以提高系统兼容性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本发明第一实施例的供电系统中负载端的示意性电路图；

图2示出了根据本发明第一实施例的负载端的负载电路的电压波形图；

图3示出根据本发明实施例的负载特性检测方法的流程图；

图4示出根据本发明第二实施例的供电系统中负载端的示意性电路图；

图5a-图5c分别示出了根据本发明第二实施例的负载端的负载电路的电流波形图、电压波形图和电压-电流波形图；

图6示出根据本发明第三实施例的供电系统中负载端的示意性电路图；

图7a-图7b分别示出了根据本发明第三实施例的负载端的负载电路的电压波形图和电流波形图；

图8示出根据本发明第四实施例的供电系统中负载端的示意性电路图；

图9a-图9b分别示出了根据本发明第四实施例的负载端的负载电路的电流波形图和电压波形图；

图10a示出根据本发明第五实施例的供电系统中负载端的示意性电路图；

图10b示出了根据本发明第五实施例的负载端的负载电路的电压波形图；

图11示出根据本发明实施例的负载特性检测装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和方案更加清楚，便于实施，下面将结合附图对本发明作进一步详细的说明。

应当说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例一

图1示出根据本发明第一实施例的供电系统中负载端的示意性电路图，图2示出了根据本发明第一实施例的负载端的负载电路的电压波形图。

如图1所示，在供电前，供电端需要检测负载端的电阻值，实际负载端的负载电路200例如可以看成是电容C0和电阻R0并联的电路，那么，本发明第一实施例的受电设备包括：电阻R0，电容C0和压降模块201，电阻R0的第一端连接供电端VIN；电容C0的第一端和第二端分别与电阻R0的第一端和第二端连接；压降模块201的第一端与电容C0的第二端连接，压降模块201的第二端连接接地端GND。压降模块201可以是二极管D1和二极管D2的串联电路或者其他等效能够承受电压降的电路。这里仅是给出一个示例，不作为对负载电路的限定。

本实施例的供电系统例如是存在于POE(Power over Ethernet，以太网供电设备)系统中，供电设备PSE(Power Sourcing Equipment)需要对受电设备PD(Powered Device)阻抗进行检测，来决定所接入的PD是否合法。此时，本实施例的受电设备包括PD端的设备元件以及PSE和PD端口的电容。

如图2所示，示出了该负载电路200在工作中的电压-时间波形图，横坐标表示时间，纵坐标表示负载端的电压。首先，向受电设备的负载端VIN施加第一电压V1，持续第一设定时长T1，在此时间段内，不断采样施加的电压值V1n和输入电流值I1n，采样周期为tn；接着将VIN端得到电压从第一电压V1缓慢上升至第二电压V2，该上升过程耗时第二设定时长T2，在该过程中，不断采样施加的电压值V2n和输入电流值I2n，采样周期为tn；然后，当VIN电压上升到第二电压V2时，以该第二电压V2电压持续第三设定时长T3，在此时间段内，不断采样施加的电压值V3n和输入电流值I3n。利用该波形图以及采样的电压-电流值，可以计算出对应的电阻值和电容值。

图3示出根据本发明实施例的受电设备的负载检测方法的流程图。

本发明提供一种负载特性检测方法，用以检测受电设备的负载端(负载电路)的电容、电感和电阻，从而排除电阻、电感或电容超范围的受电设备。

以图2示出的电路结构作为被检测的受电设备的负载电路为例说明。在本实施例中，POE系统中的负载为受电设备，负载类型为并联连接的电容和电阻，负载模型包括电容模型，负载值包括电容值，受电设备包括PD端的设备元件以及PSE和PD端口的电容。

给受电设备的负载端200接入测试电源，开始检测，根据上述对图2描述的加电方式向受电设备施加电压。那么，结合图1-图3，本发明的负载特性检测方法包括：

在步骤S101中，在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值，给定的测试电压或者测试电流恒定或者随时间而变化。

本步骤包括：在第一设定时间T1内给定受电设备恒定的第一电压V1，在第二设定时间T2内给定受电设备从第一电压V1上升到第二电压V2的可变电压，在第三设定时间T3内给定受电设备恒定的第二电压V2；然后在第一设定时间T1至第三设定时间T3的每个设定时间内，分别多次分时采样给定的电压值及相应的流经受电设备的电流值，以计算负载值。

具体地，在施加第一电压V1后的第一设定时间T1内的不同时刻(例如t01时刻以及其周围的其他时刻)分别采样获得采样电压值和采样电流值，采样周期为tn，对应图2，在第一设定时长T1中取某一时刻A0(V1n，t01，I1n)，记录该时刻对应的采样电压值V1n和采样电流值I1n。

然后，在施加第二电压V2后的第三设定时间T3内的不同时刻分别采样并获得对应的采样电压值和采样电流值，采样周期为tn。对应在图2的第三设定时间T3中取某一时刻B0(V3n，t03，I3n)，记录该时刻对应的采样电压值V2n和采样电流值I2n。由此可以得到在第一设定时间T1和第三设定时间T3内的多组采样电流值和采样电压值，据此计算负载的负载值。

在步骤S102中，根据负载类型建立负载模型。

本实施例的负载类型为电容电阻并联类型，负载模型包括电阻模型和电容模型，首先根据电路中电压、电流和电阻的物理关系建立电阻模型，该模型的输入为采样的电压-电流值，输出为电阻值。该电阻模型以公式表示为：

在该电阻模型中，第一设定时间t1内采样的多个电压值的平均值与第三设定时间T3内采样的多个电压值的平均值之差为第一差值，第一设定时间T1内采样的多个电流值的平均值与第三设定时间T3内采样的多个电流值的平均值之差为第二差值，第一差值与第二差值的比值表征负载的电阻值。

在步骤S103中，将多组采样电流值和采样电压值输入负载模型中，以得到相应的负载值。

将上一步骤中获取的采样电流值和采样电压值的多组数据输入上述电阻模型中，输出的结果即为该受电设备的负载的电阻值。

然后，建立受电设备的电容模型。在电路中，电荷及能量遵循着相应的守恒规律，这些物理关系对应包括：在串联电路中，干路的总电压等于各用电器两端的电压之和；在并联电路中，干路的总电流等于各支路的电流之和；在并联电路中，干路的总电荷等于各支路的电荷之和。

本实施例中，主要根据电荷守恒来建立电容模型，即电容模型表征受电设备的并联负载电路的干路的总电荷等于各支路的电荷之和，且该电容模型的输出值为电容值。根据第二设定时间T2内电容C0充电的总电荷加上电阻R0上流过的总电荷等于负载输入的总电荷建立的电容模型以公式表示为：

在本实施例中，还在第二特定时间T2内的不同时刻采集了多组电压值和电流值，其中的某一点对应为图2中的C0点。将多组A0、B0、C0的数据输入能量模型中，经过格式转换，得到对应的输出值，输出值为电容值C0。以公式表示为：

公式3表示，在第二设定时间T2内，电容电荷的变化量和电容电压变化量的比值表征电容的容值。

根据上述方法可以得到受电设备的负载特性，例如电阻值和电容值，然后根据得到的电阻值和电容值判断该受电设备是否正常，例如将电容值与预设阈值电容进行比较，当电容值超出范围时，将该受电设备标记为问题设备，此时不适合向该PD供电，因此，拒绝向被标记为问题设备的受电设备供电，然后将该受电设备更换或检修。这样可以快速检测出受电设备的电阻电容值，从而排除掉电容过大的设备，排除其对电阻检测的干扰，防止PSE误上电，保证电路安全。

进一步地，根据本实施例提供的负载特性检测方法，还可以先计算出了受电设备PD对应的负载电阻R0，然后判断该负载电阻R0是否位于标准电阻范围内，当负载电阻R0位于标准电阻范围内时，才进行电容检测，而负载电阻R0超出标准电阻范围内时，将其标记为问题设备，不向该供电设备供电。由此作为第一步排查，将电阻不合适的PD排除出去，只有电阻合适的PD才进行电容检测，提高了检测效率，节省了成本。

本实施例的负载特性检测方法能准确分析出对应的负载电容是否超限，从而快速判断是否需要向该PD供电，排除掉电容值过大的PD，避免对电阻检测产生影响，防止PSE误上电，确保供电系统的安全。

实施例二

图4示出根据本发明第二实施例的供电系统中负载端的示意性电路图；图5a-图5c分别示出了根据本发明第二实施例的负载端的负载电路的电流波形图、电压波形图和电压-电流波形图。

结合图4-图5c，本实施例的负载端Zload1的负载电路300与第一实施例略有不同，本实施例中，电感L1和电阻R1串联连接在一起，电感L1两端的电压为V_L1，电阻两端的电压为V_R1，负载端的总电压为Vm。通过电流源Is向该负载电路300提供斜坡电流，然后可以采集记录负载电路300对应各处的电压和电流。

进一步地，本实施例的负载端的负载电路300也适用图3对应的负载特性检测方法。具体地，电流源向受电设备提供第一斜坡电流Is，第一斜坡电流Is随时间线性变化，例如随时间逐渐增加；第一斜坡电流Is持续供给第一时间；对应记录电流-时间的波形图、电压-时间的波形图和电压-电流的波形图，即图5a-图5c对应示出的波形图。

本实施例中，负载类型为串联连接的电阻和电感，负载模型包括电感模型，负载值包括电感值。在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样受电设备的电压值和电流值包括：在施加第一斜坡电流Is后的第一时刻t1时采样并获得第一采样电压值和第一采样电流值；再在第一时刻t1之后的第二时刻t2时采样并获得第二采样电压值和第二采样电流值。对应图5a和图5b，即在第一特定时间内的两个不同的时刻，第一时刻t1和第二时刻t2分别采样对应的电压和电流，测量记录斜坡电流工作点A1(Is1，t1)和B1(Is2，t2)，负载总电压C1(Vm1，t1)和D1(Vm2，t2)，以及电压-电流对E1(Vm1，t1)和F1(Vm2，t2)。第一时刻t1和第二时刻t2均位于第一特定时间内。

然后根据电流、电压和电阻之间的物理关系建立受电设备的电阻模型，以公式表示为：

公式4表示在第一时刻t1至第二时刻t2，采样电压值变化量与采样电流值变化量的比值表征负载的电阻值。

将上述E1和F1的数据输入电阻模型中，则可利用公式4计算后级Zload1的输入感性负载阻抗特性，得到对应的电阻值R1。

接着，建立电感模型，电阻R1作为该模型的电阻参数，该电感模型表征受电设备的串联负载电路的干路的总电压等于各器件两端的电压之和。电感模型以公式表示为：

将上述A1至F1对应数据输入电感模型中得到输出结果，该电感模型的输出值为电感值，以公式表示为：

公式6表示，根据第一时刻t1的电流采样值Is1和电阻值R1的乘积得到电阻电压；根据第一时刻t1的电压采样值Vm1和电阻电压之差得到电感电压值；电感电压值与第一时刻t1至第二时刻t2的时间差(t2-t1)的乘积，与第一时刻t1至第二时刻t2采样电流值变化量(Is2-Is1)的比值表征负载的电感值。

由此即可求出负载端Zload1的输入端口串联等效的电感L1和电阻R1的数值。

本实施例的负载特性的检测方法可以快速检测出负载特性的具体数值，从而判断ROC电路是否符合安全标准，对电感值和电阻值都在标准范围内的受电设备供电。

实施例三

图6示出根据本发明第三实施例的供电系统中负载端的示意性电路图；图7a-图7b分别示出了根据本发明第三实施例的负载端的负载电路的电压波形图和电流波形图。

结合图6-图7b，本实施例的负载端Zload2的负载电路400与第二实施例略有不同，本实施例中，电感L2和电阻R2并联连接在一起，电感L2两端的电流为I_L2，电阻R2两端的电流为I_R2，负载端的总电流为Im。通过电源向该负载电路400提供恒压电压Vs0，然后可以采集记录负载电路400对应各处的电压和电流。

进一步地，本实施例的负载电路400也适用图3对应的负载特性检测方法。具体地，电源Vs向受电设备提供第一恒定电压Vs0；第一恒定电压Vs0持续第二时间，对应记录电压-时间的波形图和电流-时间的波形图，即图7a-图7b对应示出的波形图。

本实施例中，负载类型为并联连接的电阻和电感，负载模型包括电感模型，负载值包括电感值。在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值包括：在施加第一恒定电压Vs0后的第一时刻t3时采样并获得第一采样电压值和第一采样电流值；再在第一时刻t3之后的第二时刻t4时采样并获得第二采样电压值和第二采样电流值，第一时刻t3和第二时刻t4均位于第二时间内。

对应图7a和图7b，即在第二时间内的两个不同的时刻，第一时刻t3和第二时刻t4分别采样对应的电压和电流，测量记录恒定电压工作点A2(Vs0，t3)和B2(Vs0，t4)，以及受电设备Zload2端口的输入电流工作点C2(Im1，t3)和D2(Im2，t4)。

然后根据电流、电压和电阻之间的物理关系建立受电设备的电阻模型，以公式表示为：

将上述A2至D2的数据输入电阻模型中，则可利用公式7计算后级Zload2的输入感性负载阻抗特性，得到对应的电阻R2。

接着，建立电感模型，该电感模型表征受电设备的并联负载电路的干路的总电流等于各支路的电流之和。电感模型以公式表示为：

Im＝I_L2+I_R2 公式9

根据公式7至公式9，可以得到电感模型，输出为电感值：

公式10表示，第一时刻t3至第二时刻t4的时间差(t4-t3)与采样电流值变化量(Im2-Im1)的比值，与采样电压值Vs0的乘积表征负载的电感值。

公式8表示，根据电压采样值Vs0、从负载上电到第一时刻t3的时间和电感值计算第一时刻t3的电感电流值；第一时刻t3流经负载的电流采样值Im1与电感电流值之差表征流经电阻的电流，根据流经电阻的电流和电压采样值计算负载的电阻值。

将上述A2至D2对应数据输入电感模型中得到输出结果，该电感模型的输出值为电感值L2，然后可以求得电感值L2和电阻值R2。

本实施例的负载特性的检测方法可以快速检测出负载特性的具体数值，从而判断ROC电路是否符合安全标准，对电感值和电阻值都在标准范围内的受电设备供电。

实施例四

图8示出根据本发明第四实施例的供电系统中负载端的示意性电路图；图9a-图9b分别示出了根据本发明第四实施例的负载端的负载电路的电流波形图和电压波形图。

结合图8-图9b，本实施例的负载端Zload3的负载电路500与第一实施例略有不同，本实施例中，电容C1和电阻R3串联连接在一起，电容C1两端的电压为V_C1，电阻两端的电压为V_R3，负载端的总电压为Vn。通过电流源In向该负载电路500提供恒定电流，然后可以采集记录负载电路500对应各处的电压和电流。

进一步地，本实施例的负载电路500也适用图3对应的负载特性检测方法。具体地，向负载端提供测试电源包括：电流源向受电设备提供第一恒定电流In；之后，第一恒定电流In持续供给第三时间，对应记录电流-时间的波形图和电压-时间的波形图，即图9a-图9b对应示出的波形图。

本实施例中，负载类型为串联连接的电阻和电容，负载模型包括电容模型，负载值包括电容值。在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样受电设备的电压值和电流值包括：在施加第一恒定电流In后的第一时刻t5时采样并获得第一采样电压值和第一采样电流值；再在第一时刻t5之后的第二时刻t6时采样并获得第二采样电压值和第二采样电流值，第一时刻t5和第二时刻t6均位于第三时间内。

对应图9a和图9b，即在第三时间内的两个不同的时刻，第一时刻t5和第二时刻t6分别采样对应的电压和电流，测量记录恒定电流工作点A3(In1，t5)和B3(In1，t6)，以及受电设备Zload3输入端口电压C3(Vn1，t5)和D3(Vn2，t6)。其中，第一时刻和所述第二时刻均位于第三时间内。

然后根据电流、电压和电阻之间的物理关系建立受电设备的电阻模型，再建立电容模型，该电容模型表征受电设备的串联负载电路的干路的总电压等于各元件两端的电压之和。以公式表示为：

Vn＝V_C1+V_R3＝V_C1+I_n×R3 公式12

公式14为电阻模型，公式12和公式13为电容模型，公式13表示，第一时刻t5至第二时刻t6的时间差(t6-t5)和采样电流值In1的乘积，与第一时刻t5至第二时刻t6的采样电压值变化量(Vn2-Vn1)的比值表征负载的电容值。公式14表示，根据电流采样值In1、从负载上电到第一时刻t5的时间和电容值计算第一t5的电容电压值，第一时刻t5负载的电压采样值Vn1与电容电压值之差表征电阻电压，根据流经电阻的电流和电阻电压计算负载的电阻值。

将上述A3至D3的数据输入电容模型中，则可利用公式12得到电容值C1(公式13)，然后将数据输入电阻模型中，则可利用公式14计算负载端Zload3的输入感性负载阻抗特性，得到对应的电阻值R3。

由此可计算得到负载端Zload3的输入端口串联等效的电容C1和电阻R3的数值。

本实施例的负载特性的检测方法可以快速检测出负载特性的具体数值，从而判断ROC电路是否符合安全标准，对电容值和电阻值都在标准范围内的受电设备供电。

实施例五

图10a示出根据本发明第五实施例的供电系统的受电设备端的负载的示意性电路图；图10b示出了根据本发明第五实施例的受电设备端的负载电路的电压波形图。

结合图10a和图10b，本实施例的受电设备端Zload4的负载电路600与第一实施例相同，本实施例中，电容C2和电阻R4并联连接在一起，电容C2两端的电压为V_C2，电阻两端的电压为V_R4，受电设备端的总电压为Vo。通过电流源Io向该负载电路600提供斜坡电压，然后可以采集记录负载电路600对应各处的电压和电流。

如图10a，示意了本发明PoE系统中受电设备阻抗检测电路原理图，包括第一运放U01、第二运放U02、调整管M0和电流检测电路U03，电流检测电路U03检测受电设备电流。第一运放U01同相和反相输入端分别连接受电设备高电位端和低电位端，第一运放U01输出端连接第一运放反相输入端，第二运放同相输入端接收线性变化的基准电压Vref，第二运放U02输出端连接调整管M0控制端，调整管M0第一端接收供电电压VCC，其第二端连接受电设备高电位端。第一运放U01输出电压表征受电设备高、低电位端之间电压，通过第二运放U02和调整管M0，使得第一运放的输出电压达到基准电压Vref。受电设备端的等效电阻和等效电容为图中的R4和C2。

由于加在受电设备端的电压为线性变化的，且根据公式

可知：

流过受电设备端的等效电容C的电流Ic不变。

如图10b所示，示意了本发明基准电压与时间的关系图，在0～t9期间，第二运放同相输入端给定线性变化的基准电压Vref，即对PD两端施加线性变化电压源：t7时刻，PD端口电压和检测得到的电流为Vo1、Io1，其中Io1＝I_R41+I_C21，I_R41和I_C21分别为t7时刻流过等效电阻R4和等效电容C2的电流；t8时刻，PD端口电压和采集得到的电流为Vo2、Io2，其中Io2＝I_R42+I_C22，I_R42和I_C22分别为t8时刻流过等效电阻R4和等效电容C2的电流；由上述描述可知，I_C21＝I_C22＝I_C2，可以计算出电阻R4为：

在t8(或t7)时刻，可计算出流经电容电流I_C2为：

ΔT＝t8-t7，为已知的给定值(即采样间隔时间)，可以计算出PD电容值为：

进一步地，本实施例的受电设备的负载电路600也适用图3对应的负载特性检测方法。具体地，电流源向受电设备提供第一斜坡电压Vo，第一斜坡电压Vo随时间线性变化，例如随时间逐渐增加；之后，第一斜坡电压Vo持续供给第四时间；对应记录电压-时间的波形图，即图10b对应示出的波形图。

在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样受电设备的电压值和电流值包括：在施加第一斜坡电压Vo后的第一时刻t7时采样并获得第一采样电压值和第一采样电流值；再在第一时刻t7之后的第二时刻t8时采样并获得第二采样电压值和第二采样电流值，第一时刻t7和第二时刻t8均位于第四时间内。

对应图10b，即在第四时间内的两个不同的时刻，第一时刻t7和第二时刻t8分别采样对应的电压和电流，测量记录斜坡电压工作点A4(Vo1，Io1，t7)和B4(Vo2，Io2，t8)。

根据公式可知：

流经电容两端的电流为恒定值，电阻两端电压线性变化，因此流经电阻的电流也为线性变化。

然后根据电流、电压和电阻之间的物理关系建立受电设备的电阻模型，以公式表示为：

将上述A4和B4的数据输入电阻模型中，则可利用公式16计算后级Zload4的输入感性负载阻抗特性，得到对应的电阻值R4。

接着，利用能量守恒的物理关系，建立电容模型，电阻R4作为该模型的电阻参数，该电容模型表征受电设备的干路的总电流等于各支路的电流之和。电容模型以公式表示为：

将上述A4和B4对应数据输入电容模型中得到输出结果，该电容模型的输出值为电容值，以公式表示为：

由此即可求出受电设备Zload4的输入端口并联等效的电容C2和电阻R4的数值。

本实施例的负载特性的检测方法可以快速检测出负载特性的具体数值，从而判断ROC电路是否符合安全标准，对电容值和电阻值都在标准范围内的受电设备供电。

图11示出根据本发明实施例的负载特性检测装置的结构框图。

如图11所示，本发明第二方面提供一种负载特性检测装置，该负载特性检测装置700包括：供电模块701、参数获取模块702、模型建立模块703和计算模块704。

供电模块701用于向受电设备提供测试电源，即给定测试电压或测试电流；参数获取模块702用于在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值，给定的测试电压或者测试电流恒定或者随时间而变化；模型建立模块703用于根据负载类型建立负载模型，负载模型包括电阻模型和电容模型或者负载模型包括电阻模型和电感模型；计算模块704用于将多组采样电流值和采样电压值输入到负载模型中，以得到受电设备的负载值，负载值包括电阻值和电容值或负载值包括电阻值和电感值。

本发明实施例提供的负载特性检测方法和检测装置，通过在给定测试电压或电流下的不同时刻分别采样得到多组采样电流值和采样电压值，再根据负载类型建立不同的负载模型，将多组采样电流值和采样电压值输入负载模型中就可以得到相应的负载值，根据本实施例的负载特性检测方法可以快速准确地获得受电设备的负载特性，从而快速排除电容或电感与标准不符的设备，对供电系统起到保护作用。该检测方法和检测装置能同时兼顾电阻与电容或电感对设备的影响，检测结果可靠性高，有效避免供电设备对受电设备的负载的误上电。还能根据负载值确定运行控制逻辑，以提高系统兼容性。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本说明书选取并具体描述本实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种负载特性检测方法，包括：

在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值；

根据负载类型建立负载模型；

将所述多组采样电流值和采样电压值输入所述负载模型中，以得到相应的负载值，

其中，在POE系统中，所述负载为受电设备，所述负载类型为并联连接的电容和电阻，所述负载模型包括电容模型和电阻模型，所述负载值包括电容值和电阻值，

在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值的步骤包括：

在第一设定时间内给定所述受电设备恒定的第一电压，在第二设定时间内给定所述受电设备从第一电压上升到第二电压的可变电压，在第三设定时间内给定所述受电设备恒定的第二电压；

在所述第一设定时间至所述第三设定时间的每个设定时间内，分别多次分时采样给定的电压值及相应的流经受电设备的电流值，以计算负载值。

2.根据权利要求1所述的负载特性检测方法，其中，在所述电阻模型中，所述第一设定时间内采样电压值的平均值与所述第三设定时间内采样电压值的平均值之差为第一差值，所述第一设定时间内采样电流值的平均值与所述第三设定时间内采样电流值的平均值之差为第二差值，所述第一差值与所述第二差值的比值表征所述负载的电阻值。

3.根据权利要求2所述的负载特性检测方法，其中，在第二设定时间内，电容电荷的变化量和电容电压变化量的比值表征所述电容的容值。

4.一种负载特性检测方法，包括：

在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值；

根据负载类型建立负载模型；

将所述多组采样电流值和采样电压值输入所述负载模型中，以得到相应的负载值，其中，所述负载类型为串联连接的电阻和电感，所述负载模型包括电感模型和电阻模型，所述负载值包括电感值和电阻值，

在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值的步骤包括：

在第一时间内，在负载端口给定随时间线性变化的第一斜坡电流；

在第一时刻和第二时刻分别检测流经所述负载的电流和负载的电压值，第一时刻至第二时刻，采样电压值变化量与采样电流值变化量的比值表征负载的电阻值。

5.根据权利要求4所述的负载特性检测方法，其中，根据第一时刻的电流采样值和电阻值的乘积得到电阻电压；根据第一时刻的电压采样值和电阻电压之差得到电感电压值；所述电感电压值与第一时刻至第二时刻的时间差的乘积，与第一时刻至第二时刻采样电流值变化量的比值表征负载的电感值。

6.一种负载特性检测装置，用于实现权利要求1-5任一项所述的负载特性检测方法，所述负载特性检测装置包括：

参数获取模块，用于在给定测试电压或测试电流下的不同时刻分别采样负载上的电压值和电流值，以得到多组采样电流值和采样电压值，给定的测试电压或者测试电流恒定或者随时间而变化；

模型建立模块，用于根据负载类型建立负载模型，其中，所述负载类型为并联的电容和电阻或所述负载类型为串联的电感和电阻；

计算模块，用于将所述多组采样电流值和采样电压值输入所述负载模型中，以得到相应的负载值，所述负载模型包括电阻模型，所述负载值包括电阻值。