CN113702734A - 一种并联负载故障的判断方法和定压功放系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用并联负载故障的判断方法的定压功率放大器系统，包括缓冲模块、信号分析模块、比较模块、功率放大模块和检测模块。检测模块检测功率放大模块同一时刻的输入信号和输出电流，并将数据保存在缓冲模块。信号分析模块对缓冲模块中保存的输入信号和输出电流进行频域分析，得到定压功率放大器系统在检测时刻的测得跨导Gt。比较模块比较测得跨导Gt和预设跨导Gs的大小，将判断结果发送给检测模块。本发明使用缓冲区的保存的同步输入信号和输出电流数据，保证了跨导数据的同步性和正确性，避免了由于输入、输出不同步导致的数据分析偏差；利用跨导的变化来判断并联负载的工作情况，相较于幅度监测更加准确和实用；适用范围广。

Description

一种并联负载故障的判断方法和定压功放系统

技术领域

本发明涉及电子产品领域，具体涉及一种并联负载故障的判断方法和采用该方法的定压功放系统。

背景技术

公共场所中，为了减少由线缆长度导致的损耗，广播系统多采用定压式。在定压式广播系统中，由功率放大器输出标准电压，根据需要并联多个定压扬声器，实现公共广播功能。由于扬声器并联，因此当多个扬声器中存在个体损坏时，定压功率放大器输出端的电压并不会改变，无法通过输出电压判断负载的好坏，因此需要检测输出电流。由于扬声器短路时电流过大，功率放大器的过流保护会作用，因此上述情况中，扬声器故障特指断路。然而扬声器所广播的信号多为音频信号或语音信号，有频率和幅值时变的特点。及时实时检测输出电流可以得到电流的增减，也依然无法判断增减的原因是输入信号还是系统故障。

在定压放大器系统正常工作中，无论输入信号如何变化，系统增益是一个不变量，在上述情况中，系统的电压增益无论负载损坏与否均不变；而输入端电流过小难以检测，导致电流增益难以得到，无法据此判断并联负载是否存在个体损坏。

因此，为了判断定压功率放大器并联负载中是否有故障个体，很有必要提供一种根据跨导判断并联负载故障的方法和使用该方法的定压功率放大器系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种根据跨导变化来判断并联负载是否存在故障个体的方法、以及利用该方法进行系统保护的定压功率放大器系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种并联负载故障的判断方法，包括：

同时检测并采集输入信号和输出电流，并将数据保存在缓冲区；

对所述保存在缓冲区的输入信号和输出电流在1kHz处进行频域分析，得到测得跨导Gt；若测得跨导Gt不存在，则对所述保存在缓冲区的输入信号和输出电流进行频域分析选出频率响应中跨导最大的频率点Fm，取Fm处的跨导为测得跨导Gt；当测得跨导Gt存在时，继续进行下述步骤。

可选地，测得跨导Gt不存在指的是1kHz处的跨导低于最低跨导限值Gm；其中，所述最低跨导限值Gm为系统可检测的最小信号增益、系统阻抗的倒数与最大允许误差三者的乘积。

将测得阻抗Gt与预设阻抗Gs做对比，若测得阻抗Gt大于等于预设阻抗Gs，则回到第一步，重复进行上述步骤；若测得阻抗Gt小于预设阻抗Gs，则判断并联负载中有个体故障。

可选地，所述预设阻抗Gs指的是系统的设计增益、系统阻抗的倒数与最大允许误差三者的乘积。

可选地，所述回到第一步，重复进行上述步骤指的是再次同时检测并采集输入信号和输出电流，并将数据保存在缓冲区，以及后续步骤。

本发明还提供了一种使用并联负载故障的判断方法的定压功率放大器系统，包括缓冲模块、信号分析模块、比较模块、功率放大模块和检测模块。所述检测模块检测所述功率放大模块同一时刻的输入信号和输出电流，并将检测到的数据保存在所述缓冲模块。所述缓冲模块暂时保存所述检测模块检测到的数据。所述信号分析模块对所述缓冲模块中保存的输入信号和输出电流进行频域分析，得到所述定压功率放大器系统在检测时刻的测得跨导Gt。所述比较模块比较测得跨导Gt和预设跨导Gs的大小，将比较结果发送给所述检测模块。

所述检测模块检测所述功率放大模块同一时刻的输入信号和输出电流，并将检测到的电流数据保存在缓冲模块。当所述比较模块判断并联负载中有个体发生故障后，关断所述检测模块；当所述比较模块判断所述定压功率放大器系统运行正常后，所述检测模块将再次检测所述功率放大模块同一时刻的输入信号和输出电流，并将检测到的数据保存在缓冲模块，直到所述比较模块判断并联负载中有个体发生故障才被关断。

所述缓冲模块暂时保存所述检测模块检测到的所述功率放大模块同一时刻的输入信号和输出电流。当所述比较模块判断并联负载中有个体发生故障后，由于所述检测模块被关断，所述缓冲模块中将一直保存故障的输入信号和输出电流数据；当所述比较模块判断所述定压功率放大器系统运行正常后，由于所述检测模块再次进行输入信号和输出电流检测，所述缓冲模块将清除上一次保存的输入信号和输出电流数据，保存新的输入信号和输出电流数据。

所述信号分析模块对所述缓冲模块中保存的输入信号和输出电流进行频域分析：首先得到1kHz时的跨导；若1kHz处无跨导，则对保存在所述缓冲模块的输入信号和输出电流进行全频域分析选出频率响应中跨导最大的频率点Fm，对保存在所述缓冲模块的输入信号和输出电流在最大频率点Fm进行频域分析，得到Fm时的测得跨导记为Gt；若1kHz处有跨导，则将得到的1kHz处的测得跨导记为Gt。其中，1kHz处无跨导指的是1kHz处的跨导低于最低跨导限值Gm，所述最低跨导限值Gm为系统可检测的最小信号增益、系统阻抗的倒数与最大允许误差三者的乘积。

所述比较模块比较测得跨导Gt和预设跨导Gs的大小，Gt若大于所述预设跨导Gs，则判断所述定压功率放大器系统的并联负载中有个体损坏；Gt若小于或等于所述预设跨导Gs，则判断所述定压功率放大器工作正常，并联负载中无损坏。其中，所述预设跨导Gs指的是系统的设计增益、系统阻抗的倒数与最大允许误差三者的乘积。将判断结果发送给所述检测模块。

所述功率放大模块放大输入信号，输出放大后的信号并连接多个并联负载进行。

本发明所述的一种并联负载故障的判断方法，使用缓冲区的保存的同步输入信号和输出电流数据，保证的跨导数据的同步性和正确性，避免了由于输入、输出不同步导致的数据分析偏差。本发明根据并联负载的主要应用场景，首先对信号进行1kHz的频域分析，考虑到部分应用中会采用定频信号，故还加入了频域分析找到合适的跨导测量频点，适用范围广。本发明利用跨导的变化来判断并联负载的工作情况，相较于测量幅度更加准确和实用。本发明所述的一种使用并联负载故障的判断方法的定压功率放大器系统中，所述缓冲模块、信号分析模块和比较模块可以采用数字电路实现也可采用模拟电路实现，适用于更多应用场合。

为了让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本发明所述的一种并联负载故障的判断方法的流程图；

图2为本发明所述的一种使用并联负载故障的判断方法的定压功率放大器系统的框图；

图3为本发明所述的一种使用并联负载故障的判断方法的定压功率放大器系统的一种实施例；

图4为本发明所述的一种使用并联负载故障的判断方法的定压功率放大器系统的另一种实施例；

图中编号：

10：检测模块；20：缓冲模块；30：信号分析模块；

40：比较模块；50：功率放大模块；101：电流互感器；

60：信号处理单元；3011：有限个窄带滤波器组合一；

3012：有限个窄带滤波器组合二；3021：峰值比较器一；

3022：峰值比较器二；40’：比较模块；401：K值放大器；

402：迟滞比较器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

请参阅图1，为本发明所述的一种并联负载故障的判断方法的流程图。首先为步骤S1：同时检测并采集系统的输入信号和输出电流。接下来为步骤S2：将采集到的输入信号和输出电流数据保存在缓冲区。接着是步骤S3：对系统的输入信号和输出电流在1kHz处进行频域分析，得到测得阻抗Gt，当Gt不存在时，进行步骤S3.1：对输入信号和输出电流进行频域分析，选出频率响应中跨导最大的频率点Fm，取Fm处的跨导为测得跨导Gt；当Gt存在时，进行步骤S4。步骤S4为：比较测得阻抗Gt与预设阻抗Gs的大小，当Gt大于等于Gs时，判断系统工作正常，回到步骤S1继续对系统进行监控；当Gt小于Gs时，得出结论并联负载中有个体发生故障。

请参阅图2，为本发明所述的一种使用并联负载故障的判断方法的定压功率放大器系统的框图。包括缓冲模块20、信号分析模块30、比较模块40、功率放大模块50和检测模块10。检测模块10检测50功率放大模块同一时刻的输入信号和输出电流，并将检测到的数据保存在缓冲模块20。缓冲模块20暂时保存检测模块10检测到的数据。信号分析模块30对缓冲模块20保存的输入信号和输出电流进行频域分析，得到定压功率放大器系统在检测时刻的测得跨导Gt。比较模块40用于比较测得跨导Gt和预设跨导Gs的大小，将判断结果发送给检测模块10。

请参阅图3，为本发明所述的一种使用并联负载故障的判断方法的定压功率放大器系统的一种实施例。其中检测模块对输出电流的检测采用电流互感器101实现；信号处理单元60包括缓冲模块、信号分析模块和比较模块，还包括检测模块中对输入信号的检测，对输入信号Vin和电流互感器101的输出信号进行处理。本实施例中信号处理单元60为数字信号处理器，通过处理器内指令完成数据采集、暂存、频域分析、数据比较。

请参阅图4，为本发明所述的一种使用并联负载故障的判断方法的定压功率放大器系统的另一种实施例。与图3不同的是，本实施例中的缓冲模块、信号分析模块、和比较模块均采用模拟电路来实现。模拟电路的实时性保证了输入信号与输出信号的同步性，因此缓冲模块在此实施例中可忽略；若采用不同的模拟电路造成了输入与输出之间的延时，则此处的缓冲电路用于补偿延时保证输入输出的同步性。在本实施例中，检测模块对输出电流的检测采用电流互感器101实现；信号分析模块包括有限个窄带滤波器组合一3011和有限个窄带滤波器组合二3012，峰值比较器一3021和峰值比较器二3022，还包括数个逻辑电路；比较模块40’包括K值放大器401和迟滞比较器402。有限个窄带滤波器组合一3011和有限个窄带滤波器组合二3012将输入信号和输出电流信号根据分成有限个组，其中必包括一个中心频率为1kHz的窄带滤波器；峰值比较器一3021和峰值比较器二3022将比较出输入信号和输出电流信号中幅度最大的组；数个逻辑电路用于调整1kHz处的信号分析和对所有窄带滤波器组合中信号分析的顺序。输入信号中幅度最大的一组信号或以1kHz为中心频率的信号接入K值放大器401，其中K为功率放大器系统的设定增益除以预设阻抗的值，迟滞比较器402比较经放大后的输入信号中幅度最大的一组信号或输入信号中以1kHz为中心频率的信号与输出电流信号中幅度最大的一组信号或输出电流中以1kHz为中心频率的信号，若前者大于后者，则判定并联负载中有故障个体。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种并联负载故障的判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1-同时检测并采集输入信号和输出电流；

S2-将采集的输入信号和输出电流数据保存在缓冲区；

S3-对所述保存在缓冲区的输入信号、输出电流在1kHz处进行频域分析，得到测得跨导Gt，当测得跨导Gt存在时，进行步骤S4，当测得跨导不存在时，进行步骤S3.1；

S3.1-对所述保存在缓冲区的输入信号、输出电流进行频域分析选出频率响应中跨导最大的频率点Fm，取Fm处的跨导为测得跨导Gt；

S4-将测得跨导Gt与预设跨导Gs做对比；

S4.1-若测得跨导Gt大于等于预设跨导Gs，则回到步骤S1；

S4.2-若测得跨导Gt小于预设跨导Gs，则判断有并联负载中有个体故障。

2.如权利要求1所述的一种并联负载故障的判断方法，其特征在于，所述步骤S3中测得跨导Gt不存在指的是1kHz处的跨导低于最低跨导限值Gm，所述最低跨导限值Gm为系统可检测的最小信号增益、系统阻抗的倒数与最大允许误差三者的乘积。

3.如权利要求1所述的一种并联负载故障的判断方法，其特征在于，所述步骤S4中所述预设跨导Gs指的是系统的设计增益、系统阻抗的倒数与最大允许误差三者的乘积。

4.一种使用权利要求1所述的并联负载故障的判断方法的定压功率放大器系统，其特征在于，包括缓冲模块、信号分析模块、比较模块、功率放大模块和检测模块；所述检测模块检测所述功率放大模块同一时刻的输入信号和输出电流，将检测到的输入信号和输出电流数据保存在所述缓冲模块；所述缓冲模块暂时保存所述检测模块检测到的数据；所述信号分析模块对所述缓冲模块中保存的数据进行频域分析，得到所述定压功率放大器系统在检测时刻的测得跨导Gt；所述比较模块比较测得跨导Gt和预设跨导Gs的大小，将比较结果发送给所述检测模块；

所述检测模块当所述比较模块判断并联负载中有个体发生故障后被关断；当所述比较模块判断所述定压功率放大器系统运行正常后，所述检测模块将再次检测所述功率放大模块同一时刻的输入信号和输出电流，并将检测到的数据保存在缓冲模块，直到所述比较模块判断并联负载中有个体发生故障才被关断；

当所述比较模块判断并联负载中有个体发生故障后，由于所述检测模块被关断，所述缓冲模块中将一直保存故障的输入信号和输出电流数据；当所述比较模块判断所述定压功率放大器系统运行正常后，由于所述检测模块再次进行输入信号和输出电流检测，所述缓冲模块将清除上一次保存的输入信号和输出电流数据，保存新的输入信号和输出电流数据；

所述信号分析模块对所述缓冲模块中保存的输入信号和输出电流进行频域分析：首先得到1kHz时的跨导；若1kHz处无跨导，则对保存在所述缓冲模块的输入信号和输出电流进行全频域分析选出频率响应中跨导最大的频率点Fm，对保存在所述缓冲模块的输入信号和输出电流在最大频率点Fm进行频域分析，得到Fm时的测得跨导记为Gt；若1kHz处有跨导，则将得到的1kHz处的测得跨导记为Gt；其中，1kHz处无跨导指的是1kHz处的跨导低于最低跨导限值Gm，所述最低跨导限值Gm为系统可检测的最小信号增益、系统阻抗的倒数与最大允许误差三者的乘积；

所述比较模块比较测得跨导Gt和预设跨导Gs的大小，Gt若大于所述预设跨导Gs，则判断所述定压功率放大器系统的并联负载中有个体损坏；Gt若小于或等于所述预设跨导Gs，则判断所述定压功率放大器工作正常，并联负载中无损坏；其中，所述预设跨导Gs指的是系统的设计增益、系统阻抗的倒数与最大允许误差三者的乘积；将判断结果发送给所述检测模块；

所述功率放大模块放大输入信号，输出放大后的信号并连接多个并联负载进行。

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