用于浪涌保护器的装置和方法与流程

本发明涉及电子检测的领域，更具体地，本发明涉及一种用于浪涌保护器的装置和方法。

背景技术：

目前，浪涌保护器(surgeprotectiondevice，spd)已经广泛应用于诸如雷电流防护等的领域。但是由于当前浪涌保护器的结构限制，用户无法了解浪涌保护器的详细工作状态，从而可能困惑浪涌保护器是否起到作用。

另一方面，浪涌保护器随着时间逐渐劣化，尽管没有完全损坏，但性能可能无法满足安全工作的需要。然而，同样由于浪涌保护器的结构限制，用户无法了解浪涌保护器的劣化程度，从而存在很大的安全隐患。

技术实现要素：

有鉴于上述情况，本发明提供了一种用于浪涌保护器的装置和方法，其能够有效地指示浪涌保护器的工作情况，从而改进用户体验，并提高浪涌保护器及其应用场合的安全性。

根据本发明一实施例，提供了一种用于浪涌保护器的装置，包括：转换电路，将输入的浪涌电流转换为与所述浪涌电流成比例的电压信号；峰值获取电路，获取所述电压信号的峰值电压；持续时间确定电路，基于所述电压信号，确定所述浪涌电流的持续时间；峰值电流确定电路，基于峰值电压与峰值浪涌电流之间的预定关系，确定与所述峰值电压对应的峰值浪涌电流；寿命参数确定电路，基于所述浪涌保护器的寿命曲线，从所述峰值浪涌电流和所述持续时间确定用于表示所述浪涌保护器的寿命的参数；以及输出电路，输出所述参数。

根据本发明另一实施例，提供了一种用于浪涌保护器的方法，包括：将输入的浪涌电流转换为与所述浪涌电流成比例的电压信号；获取所述电压信号的峰值电压；基于所述电压信号，确定所述浪涌电流的持续时间；基于峰值电压与峰值浪涌电流之间的预定关系，确定与所述峰值电压对应的峰值浪涌电流；基于所述浪涌保护器的寿命曲线，从所述峰值浪涌电流和所述持续时间确定用于表示所述浪涌保护器的寿命的参数；以及输出所述参数。

在根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置和方法中，根据浪涌电流确定其峰值和持续时间，进而确定浪涌保护器的寿命参数，从而能够有效地指示浪涌保护器的工作情况，从而改进用户体验，并提高浪涌保护器及其应用场合的安全性。

附图说明

图1a和1b是示出根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置的应用场景的示意图；

图2是示意性示出根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置的主要配置的框图；

图3是示意性示出根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置的第一实施方式的硬件配置的结构图；

图4是示意性示出根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置的第二实施方式的硬件配置的结构图；

图5是示意性示出根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置中的能量获取电路的示例实现的电路图；

图6是示意性示出实际浪涌电流信号、互感电路的输出信号、积分电路的输出信号(即，参照图2所述的电压信号)和所述电压信号的近似信号之间的关系的波形图；

图7是示意性示出浪涌保护器的寿命曲线的图；以及

图8是示出根据本发明实施例的用于浪涌保护器的方法的主要步骤的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图详细描述本发明实施例。

图1a和1b是示出根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置的应用场景的示意图。

具体地，图1a和图1b分别示出了根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置的两种布局方式。在图1a中，电子单元120、以及互感电路130a和130b构成了根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置，其与现有浪涌保护器110a和11b以半环绕方式(即，反“l”形的方式)设置在一起。浪涌保护器110a经互感电路130a连接至电子单元120，并且浪涌保护器110b经互感电路130b连接至电子单元120。

在图1b中，同样，电子单元120、以及互感电路130a和130b构成了根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置。浪涌保护器110a经互感电路130a连接至电子单元120，并且浪涌保护器110b经互感电路130b连接至电子单元120。与图1a不同的是，所述装置与现有浪涌保护器110a和11b以并排方式设置在一起。

从图1a和图1b可知，现有浪涌保护器与下面参照图2至图7详细描述的根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置的组合可视为根据本发明实施例的浪涌保护器。

需要指出的是，图1a和图1b仅示例性图示了根据本发明实施例的浪涌保护器的两种示例性布局方式。本领域技术人员在此基础之上可以设计其他各种布局方式。

此外，需要指出的是，图1a和图1b示例性图示了两级浪涌保护器。取决于设计需要，可以级联更多或更少的浪涌保护器。

下面，将参照图2描述本发明实施例的用于浪涌保护器的装置。本发明实施例的用于浪涌保护器的装置用于提供所述浪涌保护器的寿命相关的参数的指示，因此，本发明实施例的用于浪涌保护器的装置可以实现为用于浪涌保护器的指示装置或监控装置。

如图2所示，所述装置200包括转换电路210、峰值获取电路220、持续时间确定电路230、峰值电流确定电路240、寿命参数确定电路250和输出电路260。

具体地，所述转换电路210将输入的浪涌电流转换为与所述浪涌电流成比例的电压信号。示例性地，所述转换电路210可包括互感电路和积分电路。所述互感电路例如可通过罗氏线圈等的器件实现，用于将所述浪涌电流转换为微分信号。所述积分电路对所述微分信号进行积分，以得到所述电压信号。所述电压信号与所述浪涌电流成正比。当然，本领域技术人员能够理解，以上所述的转换电路210的实现方式仅为示例。本发明实施例的装置不限于此，只要其能够将输入的浪涌电流转换为与所述浪涌电流成比例的电压信号。

所述峰值获取电路220获取所述电压信号的峰值电压。在一实现方式中，所述峰值获取电路220可包括峰值获取电路和保持电路。所述峰值获取电路获取所述电压信号的峰值电压。所述保持电路保持所述峰值电压。可选地，所述保持电路可包括正峰值保持电路和负峰值保持电路中的至少一个。所述正峰值保持电路用于保持正向峰值电压。所述负峰值保持电路用于保持负向峰值电压。当然，本领域技术人员能够理解，以上所述的峰值获取电路220的实现方式仅为示例。本发明实施例的装置不限于此，只要其能够获取所述电压信号的峰值电压。

所述持续时间确定电路230基于所述电压信号，确定所述浪涌电流的持续时间。

具体地，在一实施例中，所述持续时间确定电路230直接从所述电压信号的持续时间而确定出所述浪涌电流的持续时间。即，所述持续时间确定电路230将所述电压信号的持续时间作为所述浪涌电流的持续时间。

在另一实施例中，考虑到浪涌电流的持续时间通常非常短，可能难以准确地直接获取所述浪涌电流及其相关联的电压信号的持续时间，通过电压信号的能量和峰值电压来获取所述持续时间。

更具体地，在此实施例中，所述持续时间确定电路230包括能量获取电路和计算电路。所述能量获取电路获取所述电压信号的能量。所述计算电路基于所述峰值电压和所述能量，计算所述浪涌电流的持续时间。例如，所述计算电路可以将所述电压信号的波形近似为几何图形。由此，可以基于表示所述几何图形的第一几何参数的所述峰值电压和表示所述几何图形的第二几何参数的所述能量，计算表示所述几何图形的第三几何参数的所述持续时间。

例如，所述计算电路可以将所述电压信号的波形近似为三角形。由此，所述持续时间表示所述三角形的一条底边，所述峰值电压表示所述三角形的与该条底边对应的高，并且所述能量表示所述三角形的面积。从而，所述计算电路可通过如下表达式(1)确定所述持续时间：

其中，t为所述浪涌电流的持续时间，s为所述电压信号的能量，并且vpeak为所述电压信号的峰值电压。

所述峰值电流确定电路240基于峰值电压与峰值浪涌电流之间的预定关系，确定与所述峰值电压对应的峰值浪涌电流。所述峰值电压与所述峰值浪涌电流之间的预定关系可以由本领域技术人员通过测试而预先获得。由此，在所述峰值获取电路220获得了所述峰值电压之后，所述峰值电流确定电路240可以基于所述峰值电压和所述预定关系，确定对应的峰值浪涌电流。

在通过所述持续时间确定电路230确定浪涌电流的持续时间、并通过所述峰值电流确定电路240确定峰值浪涌电流之后，所述寿命参数确定电路250可以基于所述浪涌保护器的寿命曲线，从所述峰值浪涌电流和所述持续时间确定用于表示所述浪涌保护器的寿命的参数。具体地，所述浪涌保护器的寿命曲线可以由所述浪涌保护器的制造商提供。所述寿命曲线表示了浪涌保护器随时间经过在不同浪涌电流的冲击下的劣化程度。由此，所述寿命参数确定电路250可以基于所述峰值浪涌电流和所述持续时间，确定所述参数。

需要指出的是，虽然这里以所述浪涌保护器的寿命曲线的情况为例进行了描述，但是，本发明实施例的装置不限于此，而是可以通过所述浪涌保护器中所包含的器件(例如，mov(metaloxidevaristor，金属氧化物压敏电阻))的寿命曲线来替代地表示所述浪涌保护器的寿命曲线。

示例性地，所述寿命参数确定电路可包括第一处理单元、读取单元和第二处理单元。所述第一处理单元基于所述浪涌保护器的寿命曲线，从所述峰值浪涌电流和所述持续时间确定由本次浪涌电流所导致的所述浪涌保护器的第一劣化程度。所述读取单元读取由以往浪涌电流所导致的所述浪涌保护器的第二劣化程度。所述第二处理单元基于所述第一劣化程度和所述第二劣化程度，确定所述参数。例如，所述第二处理单元将所述第一劣化程度和所述第二劣化程度相加，确定累积劣化程度，从而确定诸如剩余寿命、累积劣化程度等等的用于表示所述浪涌保护器的寿命的参数。所述参数例如可以以百分比、剩余时间、剩余次数等的各种形式呈现。当然，本领域技术人员能够理解，以上所述的寿命参数确定电路的实现方式仅为示例。本发明实施例的装置不限于此，只要其能够确定用于表示所述浪涌保护器的寿命的参数。例如，所述寿命参数确定电路可直接将彼此劣化程度输出作为所述参数，等等。

最后，所述输出电路260输出所述参数。在第一示例中，所述输出电路260可以将所述参数输出至与所述浪涌保护器关联的指示器，以通过所述指示器指示所述浪涌保护器的寿命，以便于用户随时查看。在第二示例中，所述输出电路260可以将所述参数输出至用于监控所述浪涌保护器的监控装置，以由工程人员集中监控所述浪涌保护器。在第三示例中，所述输出电路260可以将所述参数输出至存储装置，以便于存储所述浪涌保护器的历史工作信息。此外，除了输出所述参数值为，所述输出电路260还可以输出所述峰值浪涌电流和所述持续时间中的至少一个。也就是说，所述输出电路260可以输出本次雷电流冲击的相关信息，以便于用户查看或工程人员监控等等。

以上，参照图2描述了本发明实施例的用于浪涌保护器的装置。下面，将参照图3和图4描述本发明实施例的用于浪涌保护器的装置的两种实现方式。

图3是示意性示出根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置的第一实施方式的硬件配置的结构图。

如图3所示，所述装置300包括互感电路310、积分电路320、峰值获取电路330、正峰值保持电路340a、负峰值保持电路340b、能量获取电路350、mcu(microcontrollerunit，微控制单元)360、寿命参数显示电路370、通信电路380和数据交换电路390。

所述互感电路310例如通过诸如互感器的器件来实现。更具体地，所述互感器例如通过罗氏线圈等的线圈来实现，其用于接收示例性的8/20μs浪涌电流。当然，所述浪涌电流的值和持续时间仅为示例，本发明实施例的装置不限于此。所述互感电路310和所述积分电路320实现为图2所示的转换电路210。

由于图3所示的实施例更加适用于对mcu的性能的要求不高(即，处理速度较低)的情况，因此，将图2所示的峰值获取电路220分为峰值获取电路和峰值保持电路实现。更具体地，图2所示的峰值获取电路220可以实现为所述峰值获取电路330、所述正峰值保持电路340a和所述负峰值保持电路340b实现。

所述能量获取电路350和所述mcu360实现为图2所示的持续时间确定电路230。此外，所述mcu360还实现为图2所示的峰值电流确定电路240和寿命参数确定电路250。

所述寿命参数显示电路370、所述通信电路380和所述数据交换电路390实现为图2所示的输出电路260。具体地，所述寿命参数显示电路370用于显示所述浪涌保护器的寿命，以便于用户随时查看。在第二示例中，所述通信电路380用于将所述参数输出至用于监控所述浪涌保护器的监控装置，以由工程人员集中监控所述浪涌保护器。所述通信电路380可以通过有线通信实现，也可以通过无线通信实现。所述数据交换电路390用于将所述参数输出至存储装置，以便于存储所述浪涌保护器的历史工作信息。所述存储装置可以是本地存储装置，也可以是远程存储装置。

以上，参照图3描述了本发明实施例的用于浪涌保护器的装置的第一实现方式。在此实现方式中，mcu仅需处理相应的计算处理等，因此，对mcu的性能没有较高要求，便于以较低成本实现。

替代地，在对成本没有太高要求的情况下，可以通过高性能mcu来实现本发明实施例的装置。图4是示意性示出根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置的第二实施方式的硬件配置的结构图。

如图4所示，所述装置400包括互感电路410、积分电路420、mcu430、寿命参数显示电路440、通信电路450和数据交换电路460。与图3不同的是，在此实现方式中，图2所示的所述峰值获取电路220、所述持续时间确定电路230、所述峰值电流确定电路240和所述寿命参数确定电路250均通过mcu来实现。此外，与图3不同的是，由于图4更加适用于mcu430的性能较高、处理速度较快的情况，所以不再设置有峰值保持电路。因此，与图3相比，省略了很多外部硬件电路，从而节省了装置的体积，有利于装置的小型化。

图5是示意性示出根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置中的能量获取电路的示例实现的电路图。如图5所示，积分电路510、能量获取电路520和mcu530例如分别对应于图3中的积分电路320、能量获取电路350和mcu360。具体地，所述能量获取电路520例如包括串联连接的二极管521和电容器522。此外，所述电容器522接地。由此，所述电压信号在经过二极管521和电容器522之后，通过获取电容器522对地的信号并将其输出至mcu，从而获取所述能量信号。当然，本领域技术人员能够理解，以上所述的能量获取电路的实现方式仅为示例。本发明实施例的装置不限于此，而是可以通过其他各种方式来实现。

图6是示意性示出实际浪涌电流信号、互感电路的输出信号、积分电路的输出信号(即，参照图2所述的电压信号)和所述电压信号的近似信号之间的关系的波形图。

其中，以细的虚线示出实际浪涌电流信号，即，图6所示的m2。以实线示出互感电路的输出信号，即，图6所示的m3。以点划线示出与积分电路的输出信号(即，参照图2所述的电压信号)相应的信号，即，图6所示的m1。更具体地，为了使得更清楚地观察波形图中各信号的波形，这里示出了所述电压信号的反向信号。此外，以粗的虚线示出所述反向信号的近似信号，即，图6所示的m4。

从图6可见，互感电路的输出信号与实际浪涌电流信号的微分成正比。此外，所述反向信号与实际浪涌电流信号成反比。换句话说，所述积分电路的输出信号与实际浪涌电流信号成正比。所述反向信号的波形近似为三角形m4，更确切地说，近似为三角形的两条边。本领域技术人员能够理解，相应地，所述积分电路的输出信号的近似信号也同样近似为三角形的两条边。其中，所述三角形的一条底边通过浪涌电流的持续时间表示，所述三角形的与该条底边对应的高通过所述峰值电压表示，并且所述三角形的面积通过能量表示。从而，可以通过如上所述的表达式(1)而计算所述持续时间。

图7是示意性示出浪涌保护器的寿命曲线的图。在图7中，横坐标表示时间，纵坐标表示浪涌电流的峰值电流。图2所示的寿命参数确定电路250可以基于所述浪涌保护器的寿命曲线，从所述峰值浪涌电流和所述持续时间确定用于表示所述浪涌保护器的寿命的参数。

具体地，例如，在峰值浪涌电流为2ka、持续时间为100μs的情况下，寿命参数确定电路250可以从图7所示的寿命曲线确定，其交汇于所述寿命曲线中的100次的线上。也就是说，所述浪涌保护器能够承受峰值浪涌电流为2ka、持续时间为100μs的浪涌电流100次。换言之，经过此次浪涌电流，所述浪涌保护器的寿命将减少1％。又例如，在峰值浪涌电流为3.5ka、持续时间为100μs的情况下，寿命参数确定电路250可以从图7所示的寿命曲线确定，其交汇于所述寿命曲线中的10次的线上。也就是说，经过此次浪涌电流，所述浪涌保护器的寿命将减少10％。由此，所述寿命参数确定电路250通过将以往减少的寿命累加可以确定所述浪涌保护器的剩余寿命，作为所述参数。

以上，参照图1至图7描述了本发明实施例的用于浪涌保护器的装置。在根据本发明实施例的用于浪涌保护器的装置中，根据浪涌电流确定其峰值和持续时间，进而确定浪涌保护器的寿命参数，从而能够有效地指示浪涌保护器的工作情况，从而提醒用户雷电风险和浪涌保护器的有效性，改进用户体验，并提高浪涌保护器及其应用场合的安全性。

下面，将参照图8描述根据本发明实施例的用于浪涌保护器的方法。

图8是示意性示出根据本发明实施例的用于浪涌保护器的方法的主要步骤的流程图。如图8所示，首先，在步骤s810，将输入的浪涌电流转换为与所述浪涌电流成比例的电压信号。然后，在步骤s820，获取所述电压信号的峰值电压。此外，在步骤s830，基于所述电压信号，确定所述浪涌电流的持续时间。在步骤s840，基于峰值电压与峰值浪涌电流之间的预定关系，确定与所述峰值电压对应的峰值浪涌电流。接下来，在步骤s850，基于所述浪涌保护器的寿命曲线，从所述峰值浪涌电流和所述持续时间确定用于表示所述浪涌保护器的寿命的参数。最后，在步骤s860，输出所述参数。

需要指出的是，虽然在图8所示的流程图中将步骤s810-s860顺序示出，然而，本发明实施例的用于浪涌保护器的方法不必以图8所示的顺序执行，而是可以适当的以其他各种顺序执行。例如，虽然步骤s840示出为在s830之后，但是，实际上，s840和s830可以并行地或颠倒地执行。

在一实施例中，确定所述浪涌电流的持续时间的步骤包括：获取所述电压信号的能量；以及基于所述峰值电压和所述能量，计算所述浪涌电流的持续时间。

在另一实施例中，计算所述浪涌电流的持续时间的步骤包括：通过将所述电压信号的波形近似为几何图形，基于表示所述几何图形的第一几何参数的所述峰值电压和表示所述几何图形的第二几何参数的所述能量，计算表示所述几何图形的第三几何参数的所述持续时间。

在另一实施例中，确定用于表示所述浪涌保护器的寿命的参数的方法包括：基于所述浪涌保护器的寿命曲线，从所述峰值浪涌电流和所述持续时间确定由本次浪涌电流所导致的所述浪涌保护器的第一劣化程度；读取由以往浪涌电流所导致的所述浪涌保护器的第二劣化程度；以及基于所述第一劣化程度和所述第二劣化程度，确定所述参数。

在另一实施例中，将输入的浪涌电流转换为与所述浪涌电流成比例的电压信号的步骤包括：将所述浪涌电流转换为微分信号；以及将所述微分信号进行积分，以得到所述电压信号。

在另一实施例中，输出所述参数的步骤包括以下中的至少一个：将所述参数输出至与所述浪涌保护器关联的指示器，以通过所述指示器指示所述浪涌保护器的寿命；将所述参数输出至用于监控所述浪涌保护器的监控装置；将所述参数输出至存储装置。

在另一实施例中，输出所述参数的步骤包括：输出所述峰值浪涌电流和所述持续时间中的至少一个、以及所述参数。

本发明实施例的用于浪涌保护器的方法的各步骤的操作已经在上面参照图1-图7详细描述，在此不再重复。

在根据本发明实施例的用于浪涌保护器的方法中，根据浪涌电流确定其峰值和持续时间，进而确定浪涌保护器的寿命参数，从而能够有效地指示浪涌保护器的工作情况，从而提醒用户雷电风险和浪涌保护器的有效性，改进用户体验，并提高浪涌保护器及其应用场合的安全性。

以上，参照图1到图8描述了根据本发明实施例的用于浪涌保护器的方法和装置。

需要说明的是，在本说明书中，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。

此外，需要说明的是，在本说明书中，类似“第一…单元”、“第二...单元”的表述仅为了在描述时方便区分，而并不意味着其必须实现为物理分离的两个或多个单元。事实上，根据需要，所述单元可以整体实现为一个单元，也可以实现为多个单元。

最后，还需要说明的是，上述一系列处理不仅包括以这里所述的顺序按时间序列执行的处理，而且包括并行或分别地、而不是按时间顺序执行的处理。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

在本发明实施例中，单元/模块可以用软件实现，以便由各种类型的处理器执行。举例来说，一个标识的可执行代码模块可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑块，举例来说，其可以被构建为对象、过程或函数。尽管如此，所标识模块的可执行代码无需物理地位于一起，而是可以包括存储在不同位里上的不同的指令，当这些指令逻辑上结合在一起时，其构成单元/模块并且实现该单元/模块的规定目的。

在单元/模块可以利用软件实现时，考虑到现有硬件工艺的水平，所以可以以软件实现的单元/模块，在不考虑成本的情况下，本领域技术人员都可以搭建对应的硬件电路来实现对应的功能，所述硬件电路包括常规的超大规模集成(vlsi)电路或者门阵列以及诸如逻辑芯片、晶体管之类的现有半导体或者是其它分立的元件。模块还可以用可编程硬件设备，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等实现。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。