TWI384233B - 輸出阻抗量測方法及裝置 - Google Patents

Description

輸出阻抗量測方法及裝置

本發明係一種關於阻抗量測方法及裝置，特別是可以量測所有交直流類型的電源產品之輸出阻抗，其為利用待測元件因輸出阻抗流過拉載電流所造成輸出之電壓變化來分析其輸出阻抗的量測方法與裝置。

傳統的阻抗量測裝置，例如：電感/電容/電阻儀表(LCR Meter)，雖然可以量測被動元件的阻抗特性，但是若要量測電源供應器等主動元件之輸出阻抗卻十分困難。在傳統測量方式上，如：網路/頻譜/阻抗分析儀(Network/Spectrum Impedance Analyzer)，雖然可以量測出電源供應器的輸出阻抗，但實際操作的時候仍需外接變壓器、電容等裝置的輔助才能量測。

由於一般電源產品，其輸出皆具有一定的阻抗值，而在使用的時候也會因為不同待測物的不同阻抗值導致應用上整體的操作特性會受到影響，若在設計產品時沒有考慮該交流電源的輸出阻抗，容易造成整體系統操作的不穩定，嚴重時更會產生震盪甚至機體爆炸。

因此為避免以上所敘述的危險情形發生，並保持電子產品的穩定性，需要設計一種得以直接量測輸出阻抗值的裝置。

本發明將待測物、電壓與電流量測以及分析系統結合，架構出一個可藉由直接拉載電流並分析待測物輸出電壓之裝置，達成直接量測待測物輸出阻抗之目的。

傳統技術在待測物為主動元件的量測上，沒有可以直接量測其輸出阻抗的工具及方法，但若是直接忽視或粗估該待測物的輸出阻抗下，容易造成電路的不穩定甚至發生產品內部燒毀的危險。過去利用網路/頻譜/阻抗分析儀量測，又因需要外加其他的元件及裝置輔助才能得到輸出阻抗值，相當不方便，且若要得到輸出阻抗的數值，其輸出波形須經十個週期以上才能有較準確的數值，缺乏效率。

由上述所提之因素，本發明希望達到當待測物為主動元件時，可以不需要外加其他元件，直接得到輸出阻抗的技術及裝置，且能在更短的週期得到該待測物的輸出阻抗值。

本發明可以單獨作為阻抗量測器，或者是成為交流、直流電子負載產品上的其中之一功能，即可直接量測電源相關產品的輸出阻抗。

本發明係為一種輸出阻抗量測方法及裝置，係用以量測一待測主動元件之一輸出阻抗值，該輸出阻抗量測裝置包含：一可控制電流單元、一訊號處理單元、一電流量測電路、以及一電壓量測電路。

將上述元件暨待測主動元件彼此電性連接後，使訊號處理單元輸出一控制訊號至可控制電流單元，可控制電流單元將依據控制訊號調整其內部元件參數值，而改變該等參數值能夠控制一拉載電流訊號之波形與大小，拉載電流訊號是指流經過可控制電流單元之電流，我們會藉由調整控制訊號使得待測主動元件輸出我們預期中的拉載電流訊號。

首先量測待測主動元件之原始電壓訊號，以及使訊號處理單元輸出適當的控制訊號，用以設定拉載電流訊號之波形及大小，開啟該可控制電流單元，令其對待測主動元件拉載我們所要求的電流，再次量測該待測主動元件之一測試電壓訊號。

由於該拉載電流訊號的產生，使得該待測主動元件之輸出電壓會因內部輸出阻抗影響而產生變化，此時的電壓即為該測試電壓訊號，因此依據該測試電壓訊號與該原始電壓訊號之間的電壓變化，以及該拉載電流訊號，再利用傅立葉分析，便能解析出該輸出阻抗值。

本發明之一種關於輸出阻抗量測方法及裝置具有以下優點：

1.提供產品操作時待測物輸出狀況之參考，避免因忽略輸出阻抗，造成電路不穩或機體爆炸等危險；該待測物係為主動元件。

2.可以直接得到阻抗值，不需要外接其他元件或裝置。

3.僅需輸出波形的半個週期即可，提昇工作效率。

請參考第一圖，其係為本發明之一輸出阻抗量測裝置1示意圖，係用以量測一待測主動元件10之一輸出阻抗。

輸出阻抗量測裝置1係由一訊號處理單元11、一可控制電流單元12、一電流量測電路14以及一電壓量測電路15所組成，並可具有一顯示模組16。

訊號處理單元11分別與可控制電流單元12、電流量測電路14、電壓量測電路15以及顯示模組16電性連接。可控制電流單元12分別與待測主動元件10以及電流量測電路14連接。電流量測電路14同樣連接待測主動元件10。電壓量測電路15另有兩端，皆直接地連接到待測主動元件10。

可控制電流單元12可以是一個電子負載，其內部具有電流放大器等元件，藉由所述電流放大器等元件的參數改變，可以決定拉載電流訊號的大小及波形。一控制訊號是由訊號處理單元11產生，該控制訊號會傳送到可控制電流單元12內，而該控制訊號可以改變可控制電流單元12內元件的參數，使得拉載電流訊號的波形及大小皆符合使用者的期望。

舉例來說，當使用者希望能夠產生5安培的拉載電流訊號時，使用者可先對訊號處理單元11輸入一指令，以拉載一5安培之拉載電流訊號；訊號處理單元11會自動判斷可控電流單元12內部元件於此時所應該對應的參數，然後輸出控制訊號。此控制訊號內含所述對應之參數，可控電流單元12便依照控制訊號調整內部元件的參數，以拉載一個5安培的拉載電流訊號。

電流量測電路14是用以量測電流訊號，電壓量測電路15則是用以量測待測主動元件10之電壓訊號，電流量測電路14與電壓量測電路15皆將量測結果傳送至訊號處理單元11。

顯示模組16係用以顯示量測到的電壓資訊、電流資訊、測試狀態以及分析結果等。其為具有顯示能力的面板及其組成電路，可由一液晶顯示器(Liquid Crystal Display；LCD)或一發光二極體模組(Light Emitting Diode；LED)或一有機發光二極體模組(Organic Light Emitting Diode；OLED)構成。

當訊號處理單元11接收到訊號時，將對所接收到的電壓訊號以及電流訊號進行傅立葉分析，再計算出待測主動元件10之輸出阻抗值，並將計算結果傳送至顯示模組16，由顯示模組16顯示出測量結果。訊號處理單元11可以是一個數位訊號處理單元(Digital Signal Process Unit；DSP Unit)、一微控制器(Microcontroller Unit；MCU)、一微處理器(Microprocessor Unit；MPU)或一系統單晶片(System-on-a-chip；SoC或SOC)。

請參考第二圖，其係為本發明之輸出阻抗量測方法流程圖，本發明之方法係用以量測待測主動元件之輸出阻抗，將所有元件連接完成後，進行下列步驟：

量測待測主動元件10之一原始電壓訊號。(S101)

開啟可控制電流單元12。(S102)

輸出一控制訊號，控制訊號係控制可控制電流單元12要求待測主動元件10輸出一拉載電流訊號。(S103)

量測拉載電流訊號。(S104)

再次測量待測主動元件10之電壓，取得一測試電壓訊號。(S105)

分析原始電壓訊號與測試電壓訊號之電壓變化值，以及分析拉載電流訊號之電流變化值。(S106)

分析電壓變化值以及電流變化值，利用傅立葉分析後求得輸出阻抗。(S107)

步驟S101以及步驟S105中，皆是利用電壓量測電路15量得原始電壓訊號與測試電壓訊號，並將測量結果傳至訊號處理單元11。

由於拉載電流訊號是由待測主動元件10所提供，因此當拉載電流訊號產生的時候，待測主動元件會因此電流訊號流過其輸出阻抗而使得待測主動元件10之輸出電壓產生變化。換句話說，尚未開啟可控制電流單元12時所量測到的原始電壓訊號，與開啟可控制電流單元12後所量測到的測試電壓訊號，此兩電壓訊號之波形將不相同，訊號處理單元11藉由比對原始電壓訊號與測試電壓訊號的波形圖，計算出一電壓變化值，再利用電壓變化值與拉載電流訊號，便能夠求得輸出阻抗。

依據上述，使用本發明之輸出阻抗量測裝置1，可量測待測主動元件10的輸出阻抗值，若能於產品操作時將該阻抗效應考慮進去，即可避免因忽略輸出阻抗，造成電路不穩或機體爆炸等危險；待測主動元件10可為直流元件或交流元件。

另外，本發明之輸出阻抗量測方法及裝置1，在與待測主動元件10相連接後，可以直接得到測量之輸出阻抗值，不需要外接其他元件或裝置。且量測時間僅需要輸出波形的半個週期即可，可提昇工作效率。

1．．．輸出阻抗量測裝置

10．．．待測主動元件

11．．．訊號處理單元

12．．．可控制電流單元

14．．．電流量測電路

15．．．電壓量測電路

16．．．顯示模組

第一圖係本發明之輸出阻抗量測裝置示意圖；以及

第二圖係本發明之輸出阻抗量測方式流程圖。

1．．．輸出阻抗量測裝置

10．．．待測主動元件

11．．．訊號處理單元

12．．．可控制電流單元

14．．．電流量測電路

15．．．電壓量測電路

16．．．顯示模組

Claims (14)

1. 一種輸出阻抗量測裝置，係用以量測一待測元件之輸出阻抗，該輸出阻抗量測裝置包含：一可控制電流單元，藉由調整內部元件參數，進而控制通過之一拉載電流訊號之波形及大小，且該可控制電流單元之一端與該待測元件連接；一訊號處理單元，與該可控制電流單元連接，係輸出一控制訊號，該可控制電流單元依該控制訊號調整該拉載電流訊號，且該訊號處理單元具有分析訊號之功能；一電流量測電路，其一端與該可控制電流單元之另一端連接，其另一端與該待測元件連接，且該電流量測電路亦與該訊號處理單元連接，該電流量測電路係用以量測該拉載電流訊號，並將該拉載電流訊號傳送至該訊號處理單元；以及一電壓量測電路，其兩端分別連接該待測元件，且與該訊號處理單元連接，該電壓量測電路係用以量測該待測元件之一電壓訊號，並將該電壓訊號傳送至該訊號處理單元；其中，該訊號處理單元藉由因該拉載電流訊號流過該待測元件之輸出阻抗所造成的一電壓變化值及該拉載電流訊號來分析以獲得該待測元件之輸 出阻抗值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之輸出阻抗量測裝置，其中該裝置係更包含一顯示模組，係與該訊號處理單元相連接，用以顯示一分析結果。
3. 如申請專利範圍第1項所述之輸出阻抗量測裝置，其中該訊號處理單元，係為一數位訊號處理單元(Digital Signal Process Unit；DSP Unit)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之輸出阻抗量測裝置，其中該訊號處理單元，係為一微控制器(Microcontroller Unit；MCU)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之輸出阻抗量測裝置，其中該待測元件係為一交流電源。
6. 如申請專利範圍第1項所述之輸出阻抗量測裝置，其中該待測元件係為一直流電源。
7. 如申請專利範圍第1項所述之輸出阻抗量測裝置，其中該待測元件係為一不斷電系統(Uninterruptible Power Supply；UPS)。
8. 一種輸出阻抗量測方法，係用以量測一待測主動元件之一輸出阻抗，其步驟包含：a.量測該待測主動元件之一原始電壓訊號；b.開啟一可控制電流單元；c.輸出一控制訊號以控制該可控制電流單元要求待測主動元件輸出一拉載電流訊號；d.量測該拉載電流訊號；e.量測此時該待測主動元件之一測試電壓訊號； f.分析該原始電壓訊號與該測試電壓訊號之一電壓變化值，以及分析該拉載電流訊號之一電流變化值；以及g.分析該電壓變化值以及該電流變化值，計算後求得該輸出阻抗。
9. 如申請專利範圍第8項所述之輸出阻抗量測方法，其中係利用傅立葉分析分析該等訊號。
10. 如申請專利範圍第8項所述之輸出阻抗量測方法，其中該控制訊號係由一訊號處理單元(Signal Process Unit；DSP Unit)產生。
11. 如申請專利範圍第8項所述之輸出阻抗量測方法，其中該可控制電流單元依據該控制訊號，係調整其內部元件之參數，進而控制該拉載電流訊號之大小及波形。
12. 如申請專利範圍第8項所述之輸出阻抗量測方法，其中該待測主動元件係為一交流電源。
13. 如申請專利範圍第8項所述之輸出阻抗量測方法，其中該待測主動元件係為一直流電源。
14. 如申請專利範圍第8項所述之輸出阻抗量測方法，其中該待測主動元件係為一不斷電系統(Uninterruptible Power Supply；UPS)。