CN113671251A

CN113671251A - 一种输入电形式辨识方法、装置和电子设备

Info

Publication number: CN113671251A
Application number: CN202110742956.9A
Authority: CN
Inventors: 张昊东; 申宏伟; 谭文华; 万志华; 张锦; 许宝立; 张玉常; 季一伟
Original assignee: Beijing Institute of Space Launch Technology
Current assignee: Beijing Institute of Space Launch Technology
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2021-11-19

Abstract

本说明书一个或多个实施例公开了一种输入电形式辨识方法、装置和电子设备，该方案通过功率整流单元接收待辨识的输入电，并将所述输入电处理后发送给所述检测整流单元；所述检测整流单元通过电阻负载对所述输入电进行处理，以获得波形；所述采样分压网络对所述波形进行降压处理以得到所述单片机可使用的电压范围；所述单片机对降压处理后的波形进行模数采样转换，并基于近零点辨识法和均值附近周期脉动辨识法对输入电的形式进行辨识。从而，能够实现对输入电的辨识，且辨识准确度高。

Description

一种输入电形式辨识方法、装置和电子设备

技术领域

本文件涉及电子技术领域，尤其涉及一种输入电形式辨识方法、装置和电子设备。

背景技术

在电源变换器技术领域，电源变换器需要实现电能形式的变换，以匹配负载的用电需求。

传统的电源变换器可分为DC-DC、AC-DC、DC-AC、AC-AC四种类型，可看出其输入形式不兼顾DC和AC两种形式，并且同为AC输入电源一般不能兼顾三相AC和单相AC两种形式。随着新能源技术发展，电能利用形式创新，例如新能源特种车辆等电源变换器应用场合面临多种输入源形式的适应性需求，包括直流输入电，三相交流输入电，单相交流输入电等。为适应这种需求，逐渐出现了输入通用型的电源变换器。

然而，传统的输入通用型电源变换装置能够实现各种形式输入电能的变换，但因未进行输入电形式的辨识，存在几点不足：一、输入过压、欠压保护阈值不能根据不同输入电形式自适应调整，二、闭环控制参数不能根据不同输入电形式自适应调整，三、不能上传此时的输入电形式状态。

发明内容

本说明书一个或多个实施例的目的是提供一种输入电形式辨识方法、装置和电子设备，以解决无法辨识输入电形式的问题。

为解决上述技术问题，本说明书一个或多个实施例是这样实现的：

第一方面，提出了一种输入电形式辨识装置，包括：功率整流单元、检测整流单元、采样分压网络和单片机；其中，

所述功率整流单元用于接收待辨识的输入电，并将所述输入电处理后发送给所述检测整流单元；

所述检测整流单元通过电阻负载对所述输入电进行处理，以获得波形；

所述采样分压网络对所述波形进行降压处理以得到所述单片机可使用的电压范围；

所述单片机对降压处理后的波形进行模数采样转换，并基于近零点辨识法和均值附近周期脉动辨识法对输入电的形式进行辨识。

可选地，所述功率整流单元为三相不控整流桥形式，包含六个整流二极管，三个输入端口U、V、W，和两个输出端口；当输入电为三相AC时，接入U、V、W，无相序要求；单相AC时，接入U、V、W中任意两个；DC时，接入U、V、W中任意两个，无正负极要求。

可选地，所述检测整流单元包含三个整流二极管，和一个电阻负载；其中，电阻负载用于为检测整流单元提供纯阻性负载，以便于交流输入时的采样波形正确可辨识。

可选地，所述单片机在对降压处理后的波形进行模数采样转换，并基于近零点辨识法和均值附近周期脉动辨识法对输入电的形式进行辨识时，具体用于：当单片机检测到周期性的近零点，则通过该特征确定输入电的形式为单相AC；当单片机检测到整流波形为六脉波，且检测不到周期性的近零点而检测出平均值附近的周期脉动，则通过该特征确定输入电的形式为三相AC；当单片机检测不到周期性的近零点，且无平均值附近的周期脉动，则通过该特征确定输入电的形式为DC。

可选地，所述单片机，具体用于检测输入电压低于第一阈值，确认达到近零点；检测输入电压重新高于第二阈值，确认离开近零点；等待下次再次达到近零点，两次相邻近零点时间间隔的两倍等于单相AC的周期，其中，第二阈值大于第一阈值。

可选地，所述单片机，具体用于：对输入电压计算滑动平均值；当最新滑动平均值大于上一次滑动平均值则更新脉动峰值为最新滑动平均值；否则，若最新滑动平均值小于脉动峰值减去第三阈值，则保持脉动峰值不变，若最新滑动平均值小于脉动峰值减去第三阈值且连续N次本次滑动平均值大于上一次滑动平均值，则确认发生驻点，记录本次脉动峰值、驻点值、驻点时间；间隔六次驻点时间等于三相AC的周期。

第二方面，提供了一种输入电形式辨识方法，包括：

功率整流单元接收待辨识的输入电，并将所述输入电处理后发送给所述检测整流单元；

采样分压网络对所述波形进行降压处理以得到所述单片机可使用的电压范围；

可选地，所述单片机对降压处理后的波形进行模数采样转换，并基于近零点辨识法和均值附近周期脉动辨识法对输入电的形式进行辨识，具体包括：

当单片机检测到周期性的近零点，则通过该特征确定输入电的形式为单相AC；

当单片机检测到整流波形为六脉波，且检测不到周期性的近零点而检测出平均值附近的周期脉动，则通过该特征确定输入电的形式为三相AC；

当单片机检测不到周期性的近零点，且无平均值附近的周期脉动，则通过该特征确定输入电的形式为DC。

第三方面，提供了一种电源变换器，包括第一方面所述的输入电形式辨识装置。

第四方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行第二方面所述的方法。

由以上本说明书一个或多个实施例提供的技术方案可见，通过功率整流单元接收待辨识的输入电，并将所述输入电处理后发送给所述检测整流单元；所述检测整流单元通过电阻负载对所述输入电进行处理，以获得波形；所述采样分压网络对所述波形进行降压处理以得到所述单片机可使用的电压范围；所述单片机对降压处理后的波形进行模数采样转换，并基于近零点辨识法和均值附近周期脉动辨识法对输入电的形式进行辨识。从而，能够实现对输入电的辨识，且辨识准确度高。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对一个或多个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说明书中记载的一些实施例，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他的附图。

图1是本说明书实施例提供的一种输入电形式辨识装置的结构示意图。

图2是本说明书实施例提供的单相AC整流后馒头波示意图。

图3是本说明书的一个实施例提供的三相AC整流后六脉波示意图。

图4是本说明书的一个实施例提供的一种输入电形式辨识方法的步骤示意图。

图5是本说明书的一个实施例提供的具体辨识流程示意图。

图6是本说明书的一个实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的一个或多个实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。

本说明书实施例针对交直流输入通用的电源变换器，提出一种输入电形式辨识方案，实现对单相AC、三相AC、DC三种不同输入电形势的自动辨识，为电源控制、保护、通信等策略提供必要信息。

参照图1所示，为本说明书实施例提供的一种输入电形式辨识装置的结构示意图，该辨识装置可以包括：功率整流单元10、检测整流单元20、采样分压网络30和单片机40；其中，所述功率整流单元10用于接收待辨识的输入电，并将所述输入电处理后发送给所述检测整流单元20；所述检测整流单元20通过电阻负载对所述输入电进行处理，以获得波形；所述采样分压网络30对所述波形进行降压处理以得到所述单片机40可使用的电压范围；所述单片机40对降压处理后的波形进行模数采样转换，并基于近零点辨识法和均值附近周期脉动辨识法对输入电的形式进行辨识。

其中，所述功率整流单元10为三相不控整流桥形式，包含六个整流二极管，三个输入端口U、V、W，和两个输出端口；当输入电为三相AC时，接入U、V、W，无相序要求；单相AC时，接入U、V、W中任意两个；DC时，接入U、V、W中任意两个，无正负极要求。

所述检测整流单元20包含三个整流二极管，和一个电阻负载；其中，电阻负载用于为检测整流单元提供纯阻性负载，以便于交流输入时的采样波形正确可辨识。

考虑到，当输入为单相AC时，检测整流波形为馒头波，如图2所示，当输入为三相AC时，检测整流波形为6脉波，如图3所示。因此，所述单片机40在对降压处理后的波形进行模数采样转换，并基于近零点辨识法和均值附近周期脉动辨识法对输入电的形式进行辨识时，可具体用于：

当单片机检测到周期性的近零点，也就是检测到如图2所示的馒头波时，则通过该特征确定输入电的形式为单相AC；当单片机检测到整流波形为六脉波，且检测不到周期性的近零点而检测出平均值附近的周期脉动，则通过该特征确定输入电的形式为三相AC；当单片机检测不到周期性的近零点，且无平均值附近的周期脉动，则通过该特征确定输入电的形式为DC。

其中，近零点辨识方法为：检测输入电压低于第一阈值，确认达到近零点；检测输入电压重新高于第二阈值，确认离开近零点；等待下次再次达到近零点，两次相邻近零点时间间隔的两倍等于单相AC的周期，其中，第二阈值大于第一阈值。

均值附近周期脉动辨识方法为：对输入电压计算滑动平均值；当最新滑动平均值大于上一次滑动平均值则更新脉动峰值为最新滑动平均值；否则，若最新滑动平均值小于脉动峰值减去第三阈值，则保持脉动峰值不变，若最新滑动平均值小于脉动峰值减去第三阈值且连续N次本次滑动平均值大于上一次滑动平均值，则确认发生驻点，记录本次脉动峰值、驻点值、驻点时间；间隔六次驻点时间等于三相AC的周期。

在上述技术方案中，三相不控整流桥形式的功率整流单元用于适应三相AC、单相AC、DC三种不同的输入形式；通过引入独立的检测整流单元，并提供纯阻性负载，可准确检测输入源整流波形，避免了从功率整流单元中直接采样易受到容性负载影响的问题；采样分压网络将整流后的波形变换至单片机模数转换引脚能够接受的电压范围，但保持波形形式不变化；对单相AC输入形式的辨识，以单相整流后馒头波的周期近零点为特征，若单片机对检测波形分析到周期近零点特征，据此判定输入形式为单相AC；对三相AC输入形式的辨识，以三相整流后六脉波的周期性脉动为特征，若单片机对检测波形分析到均值附近的周期脉动，据此判定输入形式为三相AC；若既无单相AC的近零点特征，也无三相AC的周期脉动特征，判定此时的输入形式为DC；对近零点的判定设定了阈值A和阈值B，阈值B大于阈值A，二者的差值为判定回差，可提高近零点判定的准确性；对周期脉动的判定，采用了滑动平均值方法，对单片机采样到的输入电压进行滑动平均值计算，可消除高频噪声，提高判断准确度；对周期脉动的判定，设定了阈值C，阈值C限定了脉动峰值以下超出一定范围外的翻转才认为是发生驻点，可避免脉动峰值附近小幅波动的干扰，提高判定准确度；对于周期脉动中驻点的判定，设定了连续触发次数N，防止偶发抖动造成的误判，提高判断准确度。

参照图4所示，为本说明书实施例提供的一种输入电形式辨识方法的步骤示意图，该方法可以包括以下步骤：

步骤402：功率整流单元接收待辨识的输入电，并将所述输入电处理后发送给所述检测整流单元；

步骤404：所述检测整流单元通过电阻负载对所述输入电进行处理，以获得波形；

步骤406：采样分压网络对所述波形进行降压处理以得到所述单片机可使用的电压范围；

步骤408：所述单片机对降压处理后的波形进行模数采样转换，并基于近零点辨识法和均值附近周期脉动辨识法对输入电的形式进行辨识。

进一步，在单片机基于近零点辨识法和均值附近周期脉动辨识法对输入电的形式进行辨识时，可使用计算机程序化循环处理该过程，具体参照图5所示，当输入为单相AC时，检测整流波形为馒头波，单片机能够检测到周期性的近零点，通过该特征判断此时输入为单相AC；当输入为三相AC时，检测整流波形为6脉波，单片机检测不到周期性的近零点，但是能检测出平均值附近的周期脉动，通过该特征判断此时输入为三相AC；当输入为DC时，检测不到周期性的近零点，也无平均值附近的周期脉动，通过该特征判断此时输入为DC。

近零点辨识方法为：检测输入电压低于阈值A，认为达到近零点，检测输入电压重新高于阈值B，认为离开近零点，等待下次再次达到近零点，两次相邻近零点时间间隔的2倍等于单相AC的周期，阈值B大于阈值A，二者之差为近零点判断回差，起到防止噪声干扰，提高判断准确度的作用。

均值附近周期脉动辨识方法为：对检测输入电压计算滑动平均值，当最新滑动平均值大于上一次滑动平均值则更新脉动峰值为最新滑动平均值，否则若最新滑动平均值小于脉动峰值减去阈值C，则保持脉动峰值不变，否则若最新滑动平均值低于脉动峰值减去阈值C，并且连续D次本次滑动平均值大于上一次滑动平均值，认为发生驻点，记录本次脉动峰值、驻点值、驻点时间。间隔6次驻点时间等于三相AC的周期。阈值C和连续D次的设计，起到防止噪声干扰，提高判断准确度的作用。

同时，本说明书实施例还提供了一种电源变换器，包括上述任一实施例所述的输入电形式辨识装置。

图6是本说明书的一个实施例电子设备的结构示意图。请参考图6，在硬件层面，该电子设备包括处理器，可选地还包括内部总线、网络接口、存储器。其中，存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子设备还可能包括其他业务所需要的硬件。

总之，以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并非用于限定本说明书的保护范围。凡在本说明书的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的保护范围之内。

上述一个或多个实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，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、商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、商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、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

Claims

1.一种输入电形式辨识装置，包括：功率整流单元、检测整流单元、采样分压网络和单片机；其中，

2.如权利要求1所述的输入电形式辨识装置，所述功率整流单元为三相不控整流桥形式，包含六个整流二极管，三个输入端口U、V、W，和两个输出端口；当输入电为三相AC时，接入U、V、W，无相序要求；单相AC时，接入U、V、W中任意两个；DC时，接入U、V、W中任意两个，无正负极要求。

3.如权利要求1所述的输入电形式辨识装置，所述检测整流单元包含三个整流二极管，和一个电阻负载；其中，电阻负载用于为检测整流单元提供纯阻性负载，以便于交流输入时的采样波形正确可辨识。

4.如权利要求1所述的输入电形式辨识装置，所述单片机在对降压处理后的波形进行模数采样转换，并基于近零点辨识法和均值附近周期脉动辨识法对输入电的形式进行辨识时，具体用于：

5.如权利要求1所述的输入电形式辨识装置，所述单片机，具体用于

检测输入电压低于第一阈值，确认达到近零点；

检测输入电压重新高于第二阈值，确认离开近零点；

等待下次再次达到近零点，两次相邻近零点时间间隔的两倍等于单相AC的周期，其中，第二阈值大于第一阈值。

6.如权利要求1所述的输入电形式辨识装置，所述单片机，具体用于

对输入电压计算滑动平均值；

当最新滑动平均值大于上一次滑动平均值则更新脉动峰值为最新滑动平均值；

否则，若最新滑动平均值小于脉动峰值减去第三阈值，则保持脉动峰值不变，若最新滑动平均值小于脉动峰值减去第三阈值且连续N次本次滑动平均值大于上一次滑动平均值，则确认发生驻点，记录本次脉动峰值、驻点值、驻点时间；间隔六次驻点时间等于三相AC的周期。

7.一种输入电形式辨识方法，包括：

功率整流单元用于接收待辨识的输入电，并将所述输入电处理后发送给所述检测整流单元；

8.如权利要求7所述的输入电形式辨识方法，所述单片机对降压处理后的波形进行模数采样转换，并基于近零点辨识法和均值附近周期脉动辨识法对输入电的形式进行辨识，具体包括：

9.一种电源变换器，包括权利要求1-6任一项所述的输入电形式辨识装置。

10.一种电子设备，包括：

处理器；以及

被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行权利要求7或8所述的方法。