用于检测开关的状态的方法和设备与流程

本公开的实施例涉及电力检测领域，并且更具体地涉及用于检测开关的状态的设备与方法。

背景技术：

在电力检测领域，通常需要确定各种开关(特别是湿节点开关)的状态。例如，对于断路器，可能需要确定of、sd等状态。

常规开关状态检测方法和设备通常使用光耦合器将待测开关与检测电路之间进行隔离。然而，这种方法通常需要与待测开关串联的电阻器，以便进行检测。电阻器通常会产生较大的功耗，并且转化成的热量对设备的性能和操作造成不利影响。此外，常规方法还有其他诸多问题，例如，不利于宽电压范围的检测(例如，sd状态的情形)，互锁的开关信号没法同时检测，检测速度慢，响应慢，消耗adc端口，消耗cpu资源等等。

技术实现要素：

本公开的实施例旨在提供至少部分地解决上述问题的设备和方法。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于检测开关的状态的设备，包括：变压器，所述变压器的原边绕组被电耦合至所述开关；以及触发器，被电耦合至所述变压器的副边绕组，并且被配置成响应于触发信号，生成与所述开关的开关状态相关联的响应信号。所述设备还包括控制器，被配置成生成所述触发信号，并且基于所述响应信号，生成表示所述开关的状态的开关信号。

在一些实施例中，所述设备还包括比较器，被配置成将所述响应信号与门限信号进行比较以生成量化信号；以及其中所述控制器被配 置成基于所述量化信号，生成表示所述开关的状态的开关信号。

在一些实施例中，所述设备还包括门限生成器，被配置成生成所述门限信号。

在一些实施例中，所述门限生成器被配置成使得所述门限信号响应于来自所述控制器的控制信号而被调整。

在一些实施例中，所述控制器被进一步配置成：在预定时间段内，根据预定时间间隔从所述比较器接收所述量化信号，以生成数字信号；对所述数字信号中的各个值进行累加，以生成计数值；以及将所述计数值与门限值进行比较，以生成表示所述开关的开关状态的所述开关信号。

在一些实施例中，所述变压器包括脉冲变压器。

在一些实施例中，所述触发器包括触发开关，所述触发开关被配置成响应于所述触发信号而闭合，以生成所述响应信号。

在一些实施例中，所述控制器包括微控制器单元。

在一些实施例中，所述触发信号包括脉宽调制信号。

根据本公开的第二方面，提供了一种用于检测开关的状态的方法，包括：将变压器的原边绕组电耦合至所述开关；将触发器电耦合至所述变压器的副边绕组；生成触发信号；以及响应于所述触发信号，由触发器生成与所述开关的开关状态相关联的响应信号。所述方法还包括：基于所述响应信号，生成表示所述开关的状态的开关信号。

本公开的实施例可以降低功耗，并且发热小，避免温升的问题。此外，一些实施例还可以不使用adc端口，而仅使用gpio端口即可，检测速度快，去抖动时间可以显著降低。此外，一些实施例还更加节省cpu资源，并且一些实施例能够同时进行多路检测，减少例如微控制器单元(mcu)的端口的占用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构 成对本公开的不当限定，其中：

图1示出了根据本公开的实施例的检测设备及其应用场景；

图2示出了根据本公开的实施例的确定开关状态的方法的流程图；

图3示出了根据本公开的实施例的检测设备的电路图；以及

图4示出了图3所示的实施例的检测设备中的信号的仿真曲线；以及

图5示出了图3所示的实施例的检测设备中的信号的仿真曲线。

具体实施方式

下面将参考附图中示出的若干示例性实施方式来描述本公开的原理和精神。应当理解，描述这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本公开，而并非以任何方式限制本公开的范围。

图1示出了根据本公开的实施例的检测设备10及其应用场景。如图1所示，电源(例如，ac电源)通过断路器2对负载1进行供电。检测设备10可以与断路器2中的开关连接，以确定开关的状态，从而对of、sd、sde等状态进行检测。

通过变压器代替常规电阻分压检测方式，大大降低了功耗，并且降低了设备的发热量，减少了设备的成本，增加了设备的耐用性。

在一些实施例中，变压器3可以是脉冲变压器。与常规变压器相比，脉冲变压器更加适用于瞬变过程(也称为暂态过程)，与响应信号的检测更加兼容。

检测设备10包括变压器3，如由两个点线所示，变压器3的原边绕组可以连接在断路器2中的开关两端。此外，检测设备10还包括触发器4，其被电耦合至变压器3的副边绕组。触发器4可以从控制器6接收触发信号，并且响应于触发信号而生成响应信号。在一些实施例中，触发器4可以包括触发开关，其响应于触发信号而闭合，从而生成响应信号。

响应信号是随时间变化的瞬变信号，其响应快慢与待检测开关的开关状态相关联。因此，控制器6可以通过对响应信号随时间变化的分析，来确定待测开关的开关状态，即是开还是关。例如，在待测开关处于开状态的情况下，响应信号随着时间的变化相对缓慢；相反，在待测开关处于关状态的情况下，响应信号随着时间的变化相对迅速。

在一些实施例中，控制器6可以是微控制器单元(mcu)等，其可以生成触发信号，触发信号可以是脉宽调制(pwm)信号等。

此外，为了更方便地检测响应信号并且减轻控制器5的资源占用(例如，降低cpu的运算量)，还可以将响应信号从模拟量转化为数字量，以生成数字信号。通常，通过模拟-数字转换器(adc)来完成这个操作。adc通常通过对模拟信号依次进行采样、量化从而生成数字信号。然而，adc的使用存在通道占用、无法进行宽电压范围检测等问题。

可选地，检测设备10还包括比较器5，比较器5将所述响应信号与门限信号进行比较，以生成量化信号，然后，控制器6基于该量化信号来确定开关的状态。量化信号是二值信号，即具有高和低两个信号水平。因此，响应信号经过比较器5之后所得到的量化信号类似于阶跃信号。通过对量化信号的分析，可以更容易地确定响应信号的衰减速度，从而确定开关状态。

由于避免了adc的使用，从而解决了adc通道占用、无法进行宽电压范围检测的问题。

可选地，检测设备10还包括门限生成器7，用来生成用于比较器5的门限信号。门限生成器7可以接收来自控制器5的控制信号，以根据控制信号来调整门限信号的数值。由于门限信号的值可以通过控制器调整，因此检测设备10可以更好地适配各种开关的检测。

为了更好地检测开关状态，进一步减轻控制器6的资源占用(例如，降低cpu的运算量)，在一些实施例中，控制器6在预定时间段内，根据预定时间间隔从比较器5接收量化信号，从而将量化信号 离散化，生成数字信号，例如，高低电平的时间序列(类似于0和1的时间序列)。然后，控制器6可以对数字信号中的各个值(例如，0和1的序列)进行累加，以生成计数值。最后，控制器6可以将计数值与门限值进行比较，从而生成开关信号。

由此，可以看出，该方法通过比较器实现模拟信号的量化过程，并且继而通过控制器来实现量化信号的离散化过程，从而获得数字信号，这与adc的模拟-数字转换过程中的先离散再量化的步骤完全相反。

在pwm作为触发信号的情况下，预定时间段可以是小于一个脉冲时间长度内的适当时间值，这可以根据具体需要进行设置。此外，门限值也可以根据具体需要进行设置。这些参数的设置使得量化信号的阶跃点处于预定时间段的适当范围内，否则可能导致最终得到的计数值过大，或者过小，从而与相应的较大或较小的门限值比较，使得计算复杂度和精度都可能降低。

图2示出了根据本公开的实施例的确定开关状态的方法200的详细流程图。如图2所示，该方法可以由图1中的控制器6来实施。在一些实施例中，该方法在控制器中通过固件来实施。

方法200在步骤201开始之后，在步骤202生成触发信号，触发信号发送给触发器(例如，图1中的触发器4)。经过例如图1中的电路装置，产生了量化信号。在步骤203，检测连接到比较器的端口的状态，即检测对应的量化信号。在控制器为mcu的情况下，该端口可以是capture端口。在步骤204，确定该端口的状态，例如，是高电平还是低电平。如果是低电平，则前进至步骤205，计数值-1，反之前进至步骤206，计数值+1。然后，前进至步骤207，判断是否已经达到预定时间段。如果还没有，则返回步骤204，以预定时间间隔继续计数。如果已达到预定时间段，则前进至步骤208，判断计数值是否大于预定阈值，如果是，则在步骤209判断开关为闭合状态。否则在步骤210判断开关为断开状态。

备选地，可以省去步骤205或省去步骤206，或者对其进行修改。 例如，在省去步骤205的情况下，当端口状态为高电平时，前进至步骤206，当端口状态为低电平时，对计数值不做改变。这样一来也可以设置相应阈值，与最终计数值进行比较。

此外，备选地，可以设置死区，例如，设置两个阈值，其中第一阈值大于第二阈值。如果计数值大于第一阈值，则认为开关是闭合的，如果计数值小于第二阈值，则认为开关是断开的。而如果计数值处于第一阈值与第二阈值之间，即处于死区内，则可能需要进一步的判断才能确定开关的状态。这种设计的好处是能够进一步地防止误判断等情况。

在一些实施例中，在步骤201之后，可以对预定时间段进行设置，还可以对预定时间间隔进行设置，以方便后续处理。

图2所示的方法非常简单有效，能够简化控制器的处理过程，提交计算效率，进行快速检测。此外，这种方法由于在不同的时刻接收信号，因此，可以同时进行多路检测，节省了控制器(例如，mcu)的端口的占用。

图3示出了根据本公开的实施例的检测设备的详细电路图。如图3所示，u1为断路器中的开关，其可以指示of、sd等状态。l2和l1分别为变压器的原边绕组和副边绕组，l3表示变压器的漏感。开关u3、二极管d1、电阻器r1和r4等组成触发器。开关u3接收触发信号，并且响应于接收到触发信号而闭合。触发信号可以是pwm信号。开关u3闭合之后，就产生响应信号，响应信号被提供给比较器u4的反相输入端子(-)。比较器u4将响应信号与门限信号进行比较，从而生成量化信号。如图3所示，门限信号在比较器u4的非反相输入端子处提供给比较器u2。可调电压基准u5、电阻器r5和r6等组成门限生成器，用于向比较器u4提供门限信号。可调电压基准u5可以从控制器接收控制信号，以调整要生成的门限信号。如图所示，可调电压基准u5可以是tl431型电压基准。

比较器u4的输出可以耦合到控制器，控制器可以根据图2所示的方法来检测开关的状态。

图4-图5示出了图3所示的电路的仿真结果，其中图4示出了开关处于闭合状态时的响应信号、门限信号和量化信号，图5示出了开关处于断开状态时的响应信号、门限信号和量化信号。这三个信号分别取自于图3中所示的三个大头针(表示探针)处。在图4-图5中的每一个附图中，上图中的阶跃信号为量化信号，其为图3的电路的比较器u4的输出。下图中的基本上恒定的信号为门限信号，其数值在4-5v之间，这是在比较器的非反相输入端处获得的信号。下图中的瞬变信号是响应信号，其是在变压器的副边绕组处获得的信号。

图4中的响应信号为快响应信号，具有较短的衰减时间，而图5中的响应信号为慢响应信号，具有较长的衰减时间。因此，实际上，通过衰减时间的比较即可以确定开关的开关状态。然而，通常情况下，对于模拟信号的处理通常是不方便或者低效的。因此，为了改善性能，降低控制器的资源占用，通过比较器将模拟信号转化为量化信号，例如上图中的阶跃信号。如果对量化信号按照时间进行采集、计数，则可以更加方便地与预定阈值进行比较，从而确定开关状态。

在图4-图5的示例中，假设控制器采样的预定时间段为100微秒，即图中整个横轴的长度，并且假设采样预定时间间隔为1微秒。可以看出，图4中的量化信号在1-13微秒左右为低电平，并且在13-100微秒左右为高电平。因而，计数值为87-13＝74。类似地，可以计算出，图5中的量化信号对应的计数值为19-91＝-72。如果将阈值设置为0，则很容易地判断开关的状态。

本领域技术人员应当理解，结合本文中公开的示例描述的各种说明性逻辑块(例如，控制器)可以使用被设计成执行本文中所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑部件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件部件、或者其任意组合来实现或执行。在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任意组合来实现。

提供对所公开的示例性实施例的描述以使得本领域技术人员能 够做出或使用本发明。本领域技术人员将很清楚对这些示例性实施例的各种修改，并且本文中所定义的一般原理可以应用于其他实施例而没有偏离本发明的精神和范围。因此，本发明并非意在限于本文中所示出的示例性实施例，而是被赋予与本文中所公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。