用于估计AC电压的RMS的方法和系统与流程

本发明涉及一种用于估计交流(ac)电压的均方根(rms)的方法和系统，且更具体地涉及一种用于快速地且精确地估计ac电压的rms以使用rms操作各种装置的方法和系统。

背景技术：

通常，由于就电力而言ac具有比直流(dc)更高的效率且提供与dc相比较高的用户安全性，ac用于家用电器。因此，许多电气装置以及家用电器当前使用ac(除电池以外)。另外，环保车辆包括混合动力车辆、插电式混合动力车辆、电动车辆和燃料电池车辆。具体地，插电式混合动力车辆和电动车辆通过用于家庭使用的电力是可充电的并配备有车载充电器。

安装在车辆内的车载充电器使用ac电压用于车辆的高电压电池充电。换句话说，需要计算ac电压的rms值，以使用ac电压操作安装在车辆内的车载充电器并防止车载充电器的故障。例如，ac电压的rms允许确定ac电压是否在正常操作范围内并提供包括输出限制的各种功能的实现。

已经提出用于计算ac电压的rms的各种方法。例如，相关技术的方法教导在通过调整晶闸管的触发角调整输出电流量的控制装置中根据导电角将平均电流值转换为rms电流电压。因此，改进ac电压的rms值的检测的精确性。然而，当使用上述方法时，常规rms估计方法使用滤波器通过减小纹波值计算整流的ac电压的平均，并通过平均缩放计算rms值。因此，由于滤波器的使用，响应性能被延迟，并且快速响应不可以保证。

在本部分中公开的上述事项仅为了增强对本发明的一般背景的理解，并且不应该视为承认或以任何方式启示这些事项构成已经为本领域的技术人员所知的相关技术。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种用于估计ac电压的rms的方法和系统，其能够快速地且更精确地估计ac电压的rms，以调整使用ac电压的装置并用于装置故障防止。

根据示例性实施例，估计交流(ac)电压的均方根(rms)的方法可以包括：由整流器整流ac电压；由控制器通过以预设定延迟间隔延迟经整流的ac电压导出延迟的ac电压；以及由控制器使用经整流的ac电压和延迟的ac电压估计ac电压的均方根(rms)。

在整流ac电压之后，方法还可以包括：由控制器将经整流的ac电压缩放等于预设定常数的几倍。导出延迟的ac电压可以包括：由控制器导出经整流的ac电压的频率；由控制器使用频率导出延迟间隔，以及由控制器通过以延迟时间延迟经整流的ac电压导出延迟的ac电压。延迟时间的导出可以包括：使用如下等式导出延迟时间：td＝1/(4*fac)，其中td是延迟间隔，并且fac是经整流的ac电压的频率。估计ac电压的rms可以包括：由控制器导出延迟的ac电压的平方和经整流的ac电压的平方；由控制器将延迟的ac电压的平方乘以经整流的ac电压的平方；以及通过将预设定变化常数乘以相乘的结果由控制器估计ac电压的rms。变换常数可以是估计ac电压的rms可以包括使用下列等式估计ac电压的rms：其中vrms是ac电压的rms的估计值，并且vac是经整流的ac电压。

根据另一方面，用于估计交流(ac)电压的均方根(rms)的系统可以包括：ac电压电源，其配置成供给ac电压；整流器，其配置成整流ac电压；和控制器，其配置成通过以预设定延迟时间延迟经整流的ac电压导出延迟的ac电压并使用经整流的ac电压和延迟的ac电压估计ac电压的rms。控制器还可以配置成使用等式估计ac电压的rms，其中vrms是ac电压的rms的估计值，并且vac是经整流的ac电压。

附图说明

本发明的上述及其他目的、特征和其他优点将与附图结合从下列详细描述更清楚地理解，其中：

图1是根据本发明的示例性实施例的估计ac电压的rms的方法的示例性流程图；

图2a是根据相关技术的示出估计ac电压的rms的方法的比较的示例性示意图；

图2b是根据本发明的示例性实施例的示出估计ac电压的rms的方法的比较的示例性示意图；

图3a是根据相关技术和本发明的示例性实施例的示出rms估计响应性能和纹波的比较的示例性曲线图；

图3b是根据相关技术和本发明的示例性实施例的示出rms估计响应性能和纹波的比较的示例性曲线图；以及

图4是根据本发明的示例性实施例的用于估计ac电压的rms的系统的配置的示意图。

具体实施方式

本发明将参照附图在下文更全面地描述，其中示出了本发明的示例性实施例。虽然本发明将与示例性实施例结合描述，但是将理解的是本描述不意在将本发明限制于那些示例性实施例。相反，本发明意在不仅涵盖示例性实施例，而且涵盖可以包括在如随附权利要求定义的本发明的精神和范围内的各种可替代物、修改、等同物和其他实施例。

与本描述不相关的部分将省略，以清楚地描述本公开，并且相同或类似的构成元件将在整个说明书中由相同的参考标号表示。本说明书和本权利要求中使用的术语和词语不应该理解为限于一般的或字典意义，并且应该理解为符合基于发明人可以适当地定义术语的概念以便通过最好的方法描述他/她自己的公开这一原理的本公开的技术精神的意义和概念。

本文所用的术语是仅为了描述具体实施例，且不意在限制本发明。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文明确地另外指出。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括所列相关项中的一个或多个的任何及所有组合。例如，为了使本发明的描述变得清楚，不相关部分未示出，并且各层和区域的厚度为了清楚起见而扩大。此外，当据陈述一层是“在另一层或底层上”时，层可以直接地在另一层或底层上或者第三层可以设置在其之间。

此外，本发明的控制逻辑可以具体化为在含有由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非临时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在网络联接的计算机系统中，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(can)以分布的方式存储和执行。

应当理解的是，术语“车辆”或“车辆用的”或如本文所用的其他类似术语通常包括机动车辆，如包括多功能运动型车辆(suv)的载客汽车、公交车、卡车、各种商用车辆、包括各种船舶的水上运输工具、宇宙飞船、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、燃烧、插电式电动车辆、氢动力车辆和其他可替代燃料车辆(例如，来自于除石油以外的资源的燃料)。

本发明提供一种精确地估计ac电压10的rms(例如，有效值)的方法。方法可以包括：如图1中所示，由整流器20整流ac电压(s10)，由控制器30导出经整流的ac电压10的频率(s20)；由控制器使用频率导出延迟时间(s30)；以及由控制器30通过以延迟时间延迟经整流的ac电压导出延迟的ac电压(s40)。

ac电压10的整流(s10)可以通过各种整流方案执行。通常，整流ac电压10的方法可以包括全桥式电路或半桥式电路。具体地，在整流ac电压10(s10)之后，控制器30可以配置成执行经整流的ac电压10的等于预设定常数的几倍的缩放。预设定常数可以改进rms估计的精确性并且可以调整经整流的ac电压10的大小，以通过对经整流的ac电压的调整导出ac电力10的rms。因此，预设定常数可以具有基于设计者需要的各种值或ac电压10的值。

经整流的ac电压10的频率的导出(s20)可以包括导出通过ac电压10的整流(s10)整流的ac电压10的频率。通常，当整流ac电压10时，经整流的ac电压109的频率可以增加(例如，成双倍)。例如，当ac电压10在整流之前约为60hz时，经整流的ac电压的频率可以约为120hz。在导出经整流的ac电压10的频率之后，可以由控制器使用频率导出延迟时间(s30)。换句话说，由于rms估计不实时地对应于随时间改变的ac电压10中的变化，延迟时间发生。

如图2a和图2b中所示，延迟时间可以由根据现有技术的估计ac电压10的rms的方法和根据本发明的估计ac电压10的rms的方法之间的比较表示。参照根据相关技术的图2a，在估计ac电压10的rms中使用滤波器。当使用滤波器时，响应时间由滤波器的时间常数必要地延迟。时间常数可以通过调整滤波器的阻抗值的各值最小化。然而，由于时间常数的减少劣化滤波器的性能，时间常数应该在维持由设计者期望的滤波器性能的范围内调整。

因此，通过时间常数值的调整的时间延迟的最小化具有不可以进一步减小时间常数的限制。相反地，根据如图2b中所示的示例性实施例，不需要滤波器。因此，可以防止由如相关技术中的滤波器引起的响应时间延迟，并且可以改进ac电压10的rms的估计的响应性能。此外，示例性实施例可以包括补偿归于遵循如图2b中所示的经整流的ac电压10的性能缩放的响应延迟的延迟时间的操作。在图2b中所示的经整流的ac电压10的缩放之后在导出ac电压10的rms之前的操作将稍后描述。

当与提供滤波器且不包括用于补偿延迟时间的配置的相关技术相比时，示例性实施例可以显著地改进rms估计的响应性能。对根据示例性实施例的rms估计的响应性能的改进将稍后描述。

具体地，延迟间隔可以使用所诉ac电压10的频率导出(s30)。具体地，延迟间隔可以使用下列导出：

td＝1/(4*fac)

其中td是延迟间隔，并且fac是经整流的ac电压10的频率。

在导出延迟间隔之后，可以使用导出的延迟间隔导出延迟的ac电压10。换句话说，延迟的ac电压10可以通过以导出的延迟时间延迟经整流的ac电压10导出。例如，当经整流的ac电压10的频率是fac时，经整流的ac电压10的时间段可以是1/fac，并且延迟的ac电压10可以通过以时间轴线上的导出的延迟间隔用1/fac的时间段转移示出基于ac电压的时间的电压的曲线图导出。

当延迟的ac电压10使用延迟时间导出时，控制器可以配置成如图1中所示基于经整流的ac电压10和延迟的ac电压10估计ac电压的rms(s50)。具体地，ac电压10的rms的估计(s50)可以包括由控制器30导出延迟的ac电压的平方和经整流的ac电压的平方，由控制器10将延迟的ac电压10的平方乘以经整流的ac电压10的平方，以及通过将预设定的变换常数乘以相乘的结果由控制器30估计ac电压的rms。上述操作如上在图2b中简洁地示出。

具体地，在图2b中，“延迟”方块的控制操作可以指示导出延迟的ac电压10。“y²”方块的控制操作可以指示导出延迟的ac电压10的平方。“x²”方块的控制操作可以指示导出经整流的ac电压10的平方。“x”方块的控制操作可以指示将延迟的ac电压10的平方乘以经整流的ac电压10的平方。的控制操作可以指示通过将预设定变换常数乘以相乘的结果估计ac电压10的rms。

如图2b中所示，预设定变换常数是例如，ac电压10的最大值的大小是ac电压的rms的倍。然而，由于ac电压时基于正常商用电力电压的假设，当使用ac电压的具体类型时，可以调整变换常数值。

因此，在考虑图2b的配置时，根据本发明的ac电压10的rms的估计值在正常情况下可以如下指出：

其中vrms是ac电压10的rms的估计值，并且vac是经整流的ac电压10。

在上述等式中，vac∠45°可以指示延迟的ac电压10。也就是，相值是45°，可以是如前面作为1/(4*fac)导出的延迟间隔。当延迟时间作为1/(2*fac)导出时，相值可以是90°。虽然相值可以基于设计者的设计方案调整，但是模拟结果可以表示在估计rms中导出延迟时间作为1/(4*fac)是最有效的用于rms估计的响应性能和精确性。因此，延迟时间可以导出作为1/(4*fac)。

参照图3a和图3b，根据本发明的rms估计方法的响应性能和精确性(纹波)与根据相关技术的那些比较。具体地，示例性实施例可以与相关技术相比具有改进的响应性能。根据本发明，ac电压的rms可以同时导出作为ac电压10的供给。相反地，相关技术在延长的时间段内达到ac电压的rms。

此外，在基于相关技术和本发明的rms纹波之间的比较中，相关技术包括相对于示出经整流的ac电压10的曲线图(例如，图3b的上曲线图)的显著振幅变化。根据示例性实施例，纹波组件可以显著地减少，并且ac电压的rms的估计可以改进。因此，示例性实施例可以改进ac电压的rms的估计的响应性能，并且可以改进如图3a和图3b的曲线图中所示相对于相关技术的精确性。

如图4中所示，根据示例性实施例的用于估计ac电压10的rms的系统可以包括：ac电压电源15，其配置成供给ac电压10；整流器20，其配置成整流ac电压10；和控制器30，其配置成通过以预设定延迟时间延迟经整流的ac电压10导出延迟的ac电压并基于经整流的ac电压和延迟的ac电压10估计ac电压的rms。控制器30可以如上使用下列等式估计ac电压的rms。

其中vrms是ac电压10的rms的估计值，并且vac是经整流的ac电压10。

具体地，如与常规的rms估计方法比较，由滤波器引起的用于rms估计的响应时间的延迟可以通过滤波器的省略防止。ac电压可以用于快速地且更精确地估计ac电压的rms。因此，使用ac电压的电力源的效率可以改进。具体地，在通过将ac电压转换成dc电压用于给电池等充电的充电器中，充电时间和充电成本可以相对于相关技术中的那个显著地改进。

虽然本发明的示例性实施例已经为了说明的目的公开，但是本领域的那些技术人员将理解到，在不背离如随附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替代都是可能的。