电源侦测及校正装置与电源侦测及校正方法

电源侦测及校正装置与电源侦测及校正方法
【专利摘要】本发明揭露一种电源侦测及校正装置与电源侦测及校正方法。电源侦测及校正装置包括侦测单元、测量芯片与微控制器。测量芯片电性连接侦测单元，微控制器电性连接测量芯片。侦测单元用以侦测一电源的一输入电流与一输入电压；测量芯片用以基于输入电流与输入电压来计算至少一电力相关数值；微控制器用以自测量芯片读取电力相关数值，并且根据一计算机设备传来的一校正指令来为测量芯片进行校正。
【专利说明】电源侦测及校正装置与电源侦测及校正方法

【技术领域】
[0001] 本发明是有关于电源方面的技术，且特别是有关于一种电源侦测及校正的装置与 方法。

【背景技术】
[0002] 近年来由于工商发达、社会进步，相对提供的产品亦渐趋智能化及重视环保绿能。 因此，当前开发的开关模式电源产品（SMPS)亦比以往更加进步，会加上高精度的电源用量 参数回报至客户系统，使系统达至数据收集、控制、节能的目的，而得以贡献社会。
[0003] 然而，在电源行业中，单独利用传统MCU侦测和计算出的输入参数读值精度不高， 因此往往需要复杂的校正过程，所需时间长，导致生产效率较低，对电源的开发和生产造成 困扰。
[0004] 由此可见，上述现有的方式，显然仍存在不便与缺陷，而有待加以进一步改进。为 了解决上述问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的方 式被发展完成。因此，如何能提供高精度、高效率的装置，并且能够容易校正的方法，实属当 前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域亟需改进的目标。


【发明内容】

[0005] 因此，本发明的一目的是在提供一种电源侦测及校正的装置与电源侦测及校正方 法，以解决现有技术的问题。
[0006] 依据本发明一实施例，一种电源侦测及校正装置包括侦测单元、测量芯片与微控 制器。测量芯片电性连接侦测单元，微控制器电性连接测量芯片。侦测单元用以侦测一电 源的一输入电流与一输入电压；测量芯片用以基于输入电流与输入电压来计算至少一电力 相关数值；微控制器用以自测量芯片读取电力相关数值，并且根据一计算机设备传来的一 校正指令来为测量芯片进行校正。
[0007] 上述的侦测单元包括电流感测电阻器与电压侦测电路。电流感测电阻器用以侦测 输入电流；电压侦测电路，用以以分压方式来侦测输入电压。
[0008] 上述的测量芯片与微控制器之间是透过一串行外围设备接口总线（SPI总线)来进 行通讯。
[0009] 上述的电源侦测及校正装置还包括但不限于一组插针。该组插针，电性连接侦测 单元，用以引入输入电流与输入电压及供电电源输入。
[0010] 上述的电源侦测及校正装置还包括双向通用同步/异步收发接口（USART接口）。 该双向通用同步/异步收发接口，连接微控制器，用以接收计算机设备所传送的校正指令， 并将校正后的电力相关数值数据发送给计算机设备进行验证。
[0011] 上述的电源侦测及校正装置还包括光耦合器与单向通用同步/异步收发接口。光 耦合器连接微控制器；单向通用同步/异步收发接口，透过光耦合器耦接微控制器，且用以 连接一接收模块。
[0012] 上述的电力相关数值包括但不限于电压值、电流值与功率值。
[0013] 依据本发明另一实施例，一种电源侦测及校正方法，包括：（a)侦测一电源的一输 入电流与一输入电压；（b)利用一微控制器去判断一计算机设备是否传来一校正指令；（c) 当微控制器收到校正指令时，由微控制器使一测量芯片进行参数校正；（d)当微控制器未 收到校正指令时，利用微控制器令测量芯片以基于输入电流与输入电压来计算至少一电力 相关数值，并且利用微控制器去读取电力相关数值。
[0014] 步骤（c)包括利用微控制器执行下列步骤：发送一电流校正指令与一电压校正指 令给测量芯片，令测量芯片基于特定的输入条件去作校正；等待测量芯片完成校正后，自测 量芯片读取一电流增益值与一电压增益值；储存电流增益值与电压增益值，并据以重置测 量芯片。
[0015] 步骤（d)包括利用微控制器执行下列步骤：将电流增益值与电压增益值发送给测 量芯片，进而要求测量芯片通过模拟数字转换器（ADC)计算出该电力相关数值；当测量芯 片计算完毕后，微控制器读取电力相关数值；并将电力相关数值经数值范围转换后，所产生 的数据传送给计算机设备或一接收模块。
[0016] 上述的电源侦测及校正方法还包括利用计算机设备执行下列步骤：调整相关设备 到特定的输入条件；确定测量模块是处于稳定的输入状态；发送校正指令给微控制器；等 待微控制器通知校正是否完成；当校正已完成时，发送一停止校正指令给微控制器，使微控 制器离开校正状态；从微控制器接收电力相关数值数据进行验证；确认校正后相关数值数 据是符合规格；否则重新发送另一校正指令给微控制器进行重新校正。
[0017] 上述的电力相关数值包括电压值、电流值与功率值。
[0018] 综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。通过 上述技术方案，可达到相当的技术进步，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优 占 ·
[0019] 1.本发明具有较高的精准度，直接从输入近端采集数据，更能准确的反应真实用 电状况；以及
[0020] 2.本发明使用的单点数据采集比传统的多点采集更简单易调，数据线性度更高。
[0021] 以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进 一步的解释。

【专利附图】

【附图说明】
[0022] 为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说 明如下：
[0023] 图1是依照本发明一实施例的一种电源侦测及校正装置的方块图；
[0024] 图2是依照本发明一实施例的一种电源供应器电磁干扰滤波电路的电路图；以及
[0025] 图3是依照本发明一实施例的一种测量模块电源侦测及校正装置的电路架构图；
[0026] 图4是依照本发明一实施例的一种电源侦测及校正方法利用微控制器执行的流 程图；以及
[0027] 图5是依照本发明另一实施例的一种电源侦测及校正方法利用计算机设备执行 的流程图。

【具体实施方式】
[0028] 为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施 例，附图中相同的号码代表相同或相似的元件。另一方面，众所周知的元件与步骤并未描述 于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。
[0029] 本发明的技术方案是一种电源侦测及校正装置，其可应用于电源供应器的输入参 数侦测、计算及精度校正，以提高输入参数读值的精度以满足客户系统的需求，或是广泛地 运用在相关的技术环节。以下将搭配图1?图3来说明此装置的【具体实施方式】。
[0030] 图1是依照本发明一实施例的一种电源侦测及校正装置100的方块图。如图1 所示，电源侦测及校正装置100包括侦测单元110、测量芯片（Meter IC) 120与微控制器 (Micro Control Unit, MCU) 130。在架构上，侦测单元110电性连接外部电源140,测量芯 片120电性连接侦测单元110,而且微控制器电性连接测量芯片。该外部电源140可为一交 流（AC)电源或是供电网路（power grid)。
[0031] 于使用时，侦测单元110侦测外部电源140的电流与电压。由于输入电流电压的 侦测点均选择在输入的近端，能采集到最接近真实的输入条件，从而获得更高的精度。
[0032] 再者，采用测量芯片120进行电流电压的接收和计算，以基于输入电流与输入电 压来计算至少一电力相关数值(例如：电压值、电流值与功率值)，借此速度更快，且免除传 统微控制器的数据处理的负载，并且节省微控制器资源，并可提高数据回报速度达4个AC Cycle/次，以满足客户系统监测的要求。
[0033] 微控制器130用来驱动测量芯片120,可按照不同需求编程，实现灵活控制。于本 实施例中，微控制器130使用来自测量芯片读取电力相关数值，并且根据计算机设备150传 送的校正指令，对于测量芯片120进行校正。
[0034] 测量芯片120与微控制器130之间是透过一串行外围设备接口总线（SPI总线)160 进行通讯，以实现较快的传输速度。另外，测量芯片120与微控制器130之间亦有控制接脚 (control pin) 162 连接。
[0035] 侦测单元110包括电流感测电阻器111与电压侦测电路112,连接外部电源140的 输入端。于图1中，使用N极作为参考地，方便电压侦测电路112以分压方式来侦测输入电 压，而电流感测电阻器111侦测输入电流，以保线性及降低成本。
[0036] 测量芯片120与微控制器130可设置在印刷电路板上以组成一测量卡170,但不局 限于此。借此制造成一个独立测量模块，以配合高精度输入参数的要求或要有高速度回报 数据时，我们便可即时加入此测量模块，以减少开发上的变动及风险，并可减省每机种独立 开发的资源。
[0037] 电源侦测及校正装置100包括一组插针CN5,通过插针CN5与电源供应器主板连 接，引入侦测电压和电流，同时引入内部电源T900,以提供电源供测量芯片120与微控制器 130使用。。具体而言，如图1所示，该测量模块的插针CN5电性连接侦测单元110及内部电 源 T900。
[0038] 电源侦测及校正装置100包括双向通用同步/异步收发接口（USART接口)CN303。 在结构上，双向通用同步/异步收发接口 CN303连接微控制器130,能方便的与计算机设备 150通讯以进行软件编程和校正。如图1所示，双向通用同步/异步收发接口 CN303是以电 压5伏特及CMOS电压方式进行通讯。于使用时，双向通用同步/异步收发接口 CN303可将 电力相关数值转换成数据后发送给计算机设备150,并接收计算机设备150所传来的校正 指令。
[0039] 电源侦测及校正装置100可包括光耦合器180与单向通用同步/异步收发接口 CN300。光耦合器180连接微控制器120 ;单向通用同步/异步收发接口 CN300透过光耦合 器180耦接微控制器120,且用以连接接收模块190,如图1所示，接收模块190可为电源装 置的其他部分。通过单向通用同步/异步收发接口 CN300使用光耦合器180作隔离，并且以 集极开路/短路方式进行传送数据，以方便与电源供应器内的其他模块连接回报电量值。
[0040] 图2是依照本发明一实施例的一种电磁干扰滤波电路200的电路图。如图2所 示，电磁干扰滤波电路200包括电磁干扰滤波器210、放电电路220与滤波电路230。外部 电源140 (如图1所示）电性连接电磁干扰滤波器210,电磁干扰滤波器210电性连接放电 电路220,放电电路220电性连接滤波电路230,滤波电路230电性连接负载240,借此架构 以减低内部杂讯，避免干扰外部电源140。
[0041] 图3是依照本发明一实施例的一种测量模块电源侦测及校正装置的电路架构图。 如图3所示，转换电路300连接上述电磁干扰滤波电路200对应的内部电源T900的脚位， 用以将交直流电转换成直流电(例如：5V)提供电源供测量芯片120与微控制器130使用。
[0042] 测量模块插针CN5连接电磁干扰滤波电路200对应的脚位，单向通用同步/异步 收发接口 CN300由脚位RXD_PRI连到光耦合器180。接口 CN302连接微控制器130,用以接 收外部对微控制器130写入或烧录的程序或数据。双向通用同步/异步收发接口 CN303的 脚位TX、RX用作双向通讯。
[0043] 于一实施例中，图3的电阻器R3可作为上述的电流感测电阻器111，电阻器R22、 R4、R5、R26所构成的分压电路可作为上述的电压侦测电路112,熟悉此项技艺者应视当时 需要弹性选择。
[0044] 本发明的技术方案是一种电源侦测及校正方法，其校正过程简单，基于模块线性 度高的原故，不需要切换不同的电压输入条件，不需要切换不同的负载条件，只需要输入一 组电压及负载条件即可实现全部校正，以减低误调率及提高生产率。另外，可按电源供应器 的输出功率范围来选取最适合的校正点，以获取更高的精度读值。而且，校正方式灵活，可 以使用交流（AC)负载对单体测量模块(Meter Card)直接校正，也可以将测量模块插入电 源供应器的主板中以整机方式，使用直流（DC)负载进行校正。这样可以因应生产线不同的 作业模式，作单板校正或整机校正。
[0045] 本发明的电源侦测及校正方法包括：（a)侦测一电源的一输入电流与一输入电 压；（b)利用一微控制器去判断一计算机设备是否传来一校正指令；（C)当微控制器收到校 正指令时，由微控制器控制一测量芯片进行参数校正；（d)当微控制器未收到校正指令时， 利用微控制器令测量芯片以基于输入电流与输入电压来计算至少一电力相关数值，并且利 用微控制器去读取电力相关数值，例如电压值、电流值、功率值、交流电频率与功率因数值 (power factor)〇
[0046] 对于上述利用微控制器执行的流程作更具体阐述，请参照图4。图4是依照本发 明一实施例的一种电源侦测及校正方法400的流程图。如图4所示，电源侦测及校正方法 400包括利用微控制器执行下列步骤S410?S455。
[0047] 于步骤S410,初始化微控制器。于步骤S420,初始化或重新设定测量芯片。于步 骤S430,判断计算机设备是否传来校正指令。当微控制器收到校正指令时，于步骤S441，发 送一电流校正指令与一电压校正指令给测量芯片，进而于步骤S442,基于特定的输入条件， 校正测量芯片。接着，于步骤S443,等待测量芯片完成校正。当测量芯片尚未校正完成时， 重复步骤S443 ;反之，当测量芯片校正完成后，于步骤S444,自测量芯片读取一电流增益值 (I gain)与一电压增益值（V gain)。于步骤S445,储存电流增益值与电压增益值，电源侦 测及校正方法400的流程回到步骤S420,据以重新设定测量芯片。
[0048] 另一方面，当微控制器未收到校正指令时，于步骤S451，将电流增益值（I gain)与 电压增益值（V gain)传送给测量芯片，进而于步骤S452,要求测量芯片通过内部的模拟数 字转换器（AD converter)以计算出电力相关数值（电流值I、电压值V与功率值P);接着， 于步骤S453,当测量芯片计算完毕后，微控制器会读取电力相关数值（电流值I、电压值V与 功率值P);于步骤S454,将电力相关数值（电流值I、电压值V与功率值P)经数值范围转换 后产生实际数值。例如

【权利要求】
1. 一种电源侦测及校正装置，其特征在于，包括： 一侦测单元，用W侦测一电源的一输入电流与一输入电压； 一测量芯片，电性连接该侦测单元，用W基于该输入电流与该输入电压来计算至少一 电力相关数值；W及 一微控制器，电性连接该测量芯片，用W读取该测量芯片的电力相关数值，并且根据一 计算机设备传送的一校正指令，W校正该测量芯片。
2. 根据权利要求1所述的电源侦测及校正装置，其特征在于，该侦测单元包括： 一电流感测电阻器，用W侦测该输入电流；W及 一电压侦测电路，用W W分压方式来侦测该输入电压。
3. 根据权利要求1所述的电源侦测及校正装置，其特征在于，该测量芯片与微控制器 之间是透过一串行外围设备接口总线来进行通讯。
4. 根据权利要求1所述的电源侦测及校正装置，其特征在于，还包括：一组插针，电性 连接该侦测单元，用W引入该输入电流与该输入电压及供电电源。
5. 根据权利要求1所述的电源侦测及校正装置，其特征在于，还包括： 一双向通用同步/异步收发接口，连接该微控制器，用W接收计算机设备所传送的校 正指令，并将校正后的电力相关数值数据发送给计算机设备。
6. 根据权利要求1所述的电源侦测及校正装置，其特征在于，还包括： 一光禪合器，连接该微控制器；W及 一单向通用同步/异步收发接口，透过该光禪合器禪接该微控制器，且用W连接一接 收模块。
7. 根据权利要求1所述的电源侦测及校正装置，其特征在于，该电力相关数值包括电 压值、电流值、功率值、交流电频率与功率因数值。
8. -种电源侦测及校正方法，其特征在于，包括： (a) 侦测一电源的一输入电流与一输入电压； (b) 利用一微控制器判断一计算机设备是否传送一校正指令； (C)当该微控制器收到该校正指令时，由该微控制器对于一测量芯片进行参数校正；W 及 (d)当该微控制器未收到该校正指令时，利用微控制器使得该测量芯片，基于该输入电 流与该输入电压来计算至少一电力相关数值，并且利用该微控制器读取该电力相关数值。
9. 根据权利要求8所述的电源侦测及校正方法，其特征在于，步骤（C)进一步包括利用 该微控制器执行下列步骤： 发送一电流校正指令与一电压校正指令给该测量芯片，令该测量芯片基于特定的输入 条件去作校正； 等待该测量芯片完成校正； 自该测量芯片读取一电流增益值与一电压增益值；W及 储存该电流增益值与该电压增益值，并据W重新设定该测量芯片。
10. 根据权利要求8所述的电源侦测及校正方法，其特征在于，步骤（d)进一步包括利 用该微控制器执行下列步骤： 将该电流增益值与该电压增益值传送给该测量芯片，进而要求该测量芯片通过一模拟 数字转换器w计算出该电力相关数值； 当该测量芯片计算完毕后，微控制器会读取该电力相关数值；W及 将该电力相关数值经数值范围转换后产生实际读值，并且传送该实际读值给该计算机 设备或一接收模块。
11. 一种电源侦测及校正方法，其特征在于，包括利用该计算机设备执行下列步骤： 调整相关设备到特定的输入条件； 确定测量模块是处于稳定的输入状态； 发送该校正指令给该微控制器； 等待该微控制器通知校正是否完成； 当该校正已完成时，传送一停止校正指令给微控制器，使该微控制器离开校正状态； 从微控制器接收该电力相关数值数据；W及 确认校正后相关数值数据是符合规格，否则重新发送另一校正指令给该微控制器进行 重新校正。
12. 根据权利要求8所述的电源侦测及校正方法，其特征在于，该电力相关数值包括电 压值、电流值、功率值、交流电频率与功率因数值。
【文档编号】G05F1/10GK104345757SQ201310320423
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】沈伟雄, 雷玉涛 申请人:台达电子电源(东莞)有限公司