一种输入功率检测的方法和装置与流程

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种输入功率检测的方法和装置。

背景技术：

目前在检测功率因数校正(PFC，Power Factor Correction)整流电路的输入电流时，通常是在PFC整流电路的正半周回路中串联正半周分流器单元，在PFC整流电路的负半周回路中串联负半周分流器单元，然后，分别检测正半周分流器单元两端的电压和负半周分流器两端的电压，从而分别计算出正半周分流器上的电流和负半周分流器上的电流，以对PFC整流电路的输入电流进行实时采样，进而实时检测PFC整流电路的输入功率，从而上报给上层的监控设备，以计量并显示用电量。

但是，这种输入电流的检测方法需要在PFC整流电路中增加正半周分流器单元和负半周分流器单元，这会使得输入功率检测方法的成本提高，从而提高了计量用电量的设备的成本。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种输入功率的检测方法和装置，用以解决采用现有的输入功率检测方法时检测输入电流需要在PFC整流电路中增加正半周分流器单元和负半周分流器单元，这会使得输入功率检测方法的成本提高，从而导致计量用电量的设备的成本提高的问题。

基于上述问题，本发明实施例提供的一种输入功率的检测方法，包括：

采样功率因数校正PFC整流电路中的PFC电感或开关管上的电流的瞬时 值，并采样为所述PFC整流电路供电的交流电源输出的电压的瞬时值；

根据采样到的电流的瞬时值和采样到的电压的瞬时值，确定所述PFC整流电路的输入功率。

本发明实施例提供的一种输入功率的检测装置，包括：

采样模块，用于采样功率因数校正PFC整流电路中的PFC电感或开关管上的电流的瞬时值，并采样为所述PFC整流电路供电的交流电源输出的电压的瞬时值；

第一确定模块，用于根据采样到的电流的瞬时值和采样到的电压的瞬时值，确定所述PFC整流电路的输入功率。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的输入功率检测的方法和装置，直接采样PFC整流电路中的PFC电感或开关管上的电流，并根据采样到的电流的瞬时值和为PFC整流电路供电的交流电源的输出电压的瞬时值，确定PFC整流电路的输入功率，而无需通过在PFC整流电路中增加正半周分流器单元和负半周分流器单元来检测PFC整流电路的输入电流，以确定PFC整流电路的输入功率，因此，降低了计量用电量的设备的成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的输入功率的检测方法的流程图之一；

图2为本发明实施例提供的输入功率的检测方法的流程图之二；

图3为本发明实施例提供的输入功率的检测方法的流程图之三；

图4为本发明实施例提供的输入功率的检测方法的流程图之四；

图5为本发明实施例提供的输入功率的检测方法的流程图之五；

图6为本发明实施例提供的输入功率的检测方法的流程图之六；

图7为本发明实施例提供的输入功率的检测方法的流程图之七；

图8为本发明实施例提供的输入功率的检测方法的流程图之八；

图9为本发明实施例提供的确定交流电源输出的电压的周期长度的方法的流程图；

图10为本发明实施例提供的输入功率的检测装置的结构示意图之一；

图11为本发明实施例提供的输入功率的检测装置的结构示意图之二；

图12为本发明实施例提供的输入功率的检测装置的结构示意图之三；

图13为本发明实施例提供的输入功率的检测装置的结构示意图之四；

图14为本发明实施例提供的输入功率的检测装置的结构示意图之五。

具体实施方式

本发明实施例提供的输入功率检测方法和装置，由于直接采样PFC整流电路中的PFC电感上的电流，来确定PFC整流电路的输入功率，从而无需通过在PFC整流电路中增加正半周分流器单元和负半周分流器单元来检测PFC整流电路的输入电流，以确定PFC整流电路的输入功率，因此，降低了计量用电量的设备的成本。

下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种输入功率检测方法和装置的具体实施方式进行说明。

本发明实施例提供的一种输入功率检测方法，如图1所示，包括：

S101、采样PFC整流电路中的PFC电感或开关管上的电流的瞬时值，并采样为所述PFC整流电路供电的交流电源输出的电压的瞬时值；

S102、根据采样到的电流的瞬时值和采样到的电压的瞬时值，确定所述PFC整流电路的输入功率。

其中，采样PFC整流电路中的PFC电感或开关管上的电流的瞬时值的采样频率，与采样为PFC整流电路供电的交流电源输出的电压的瞬时值的采样频率相同。并在，在同一时刻，采样PFC电感上的电流的瞬时值，并采样交流电源输出的电压的瞬时值；或者在同一时刻，采样开关管上的电流的瞬时值，并采样交流电源输出的电压的瞬时值。

进一步地，在本发明实施例提供的输入功率的检测方法中，根据采样到的电流的瞬时值和采样到的所述交流电源输出的电压的瞬时值，确定所述PFC整流电路的输入功率，如图2所示，具体包括：

S201、根据采样到的电流的瞬时值，确定电流的有效值；

S202、根据采样到的电压的瞬时值，确定所述交流电源输出的电压的有效值；

在实际中，可以在时刻t0采样交流电源中的火线上的电压，并采样交流电源中的零线上的电压，将时刻t0的火线上的电压与时刻t0的零线上的电压差作为时刻t0交流电源输出的电压；然后，再将各个时刻交流电源输出的电压平方，并进行低通滤波，得到滤波后的信号，最后，再将滤波后的信号开二次方得到交流电源在各个时刻输出的电压的有效值。

S203、根据确定的电流的有效值，和所述交流电源输出的电压的有效值，确定所述PFC整流电路的输入功率。

在实际中，可以采用以下公式，根据确定的电流的有效值I_rms，和所述交流电源输出的电压的有效值U_rms，确定所述PFC整流电路的输入功率P_in：

P_in＝I_rms*U_rms*cosθ 式1

其中，cosθ为PFC整流电路的功率因数，而在带载条件下，PFC整流电路的功率因数为99％左右，因此，可以认为cosθ＝1，因此，式1可以简化为：

P_in＝I_rms*U_rms 式2

其中，S201和S202并无时间上的先后顺序，可以先执行S201，后执行S202，也可以先执行S202，在执行S201，还可以S201和S202同时执行。

进一步地，在本发明实施例提供的输入功率的检测方法中，可以采用以下两种方法，根据采样到的电流的瞬时值，确定电流的有效值。

根据采样到的电流的瞬时值，确定电流的有效值的第一种方法，如图3所示，包括：

S301、对采样到的电流的瞬时值的平方进行滤波，得到电流的直流分量的平方值；

在实际中，可以对采样到的电流的瞬时值进行平方然后低通滤波，滤掉电流中的高频分量，从而得到电流的直流分量平方值。

S302、对得到的直流分量的平方值开二次方，得到电流的有效值。

根据电流的直流分量，采用如下公式，可以确定出电流的有效值I(t)_rms：

$I{\left(t\right)}_{rms}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{S}_i^2}{n}}$ 式3

其中，S_i为t-i*Δt时刻的电流的直流分量，其中，n可以任意设置。

较佳地，如图4所示，在确定电流的有效值之后，根据确定的电流的有效值，和所述交流电源输出的电压的有效值确定所述PFC整流电路的输入功率之前，本发明实施例提供的输入功率的检测方法，如图4所示，还包括：

S401、对确定的电流的有效值进行校准，用校准后的电流的有效值替代确定的电流的有效值，校准后的PFC电感上的电流的有效值更加精确，更加接近于交流电源输出给PFC整流电路的电流的有效值，因此，用校准后的电流的有效值替代确定的电流的有效值后，在根据确定的电流的有效值和所述交流电源输出的电压的有效值确定所述PFC整流电路的输入功率时，也就是根据校准后的电流的有效值和所述交流电源输出的电压的有效值确定所述PFC整流电路的输入功率，从而得到更加精确的所述PFC整流电路的输入功率；

在校准时，可以采用两点线性校准，或者单点校准等方法。当采用两点线性校准时，采用特定设备测量交流电源在t1时刻输出给PFC整流电路的电流的有效值y_t1，并测量交流电源在t2时刻输出给PFC整流电路的电流的有效值y_t2；然后根据采样的PFC整流电路中的PFC电感上的电流的瞬时值得到的t1时刻的PFC电感上的电流的有效值x_t1，和t2时刻的PFC电感上的电流的有效值x_t2，以及下列公式:

Y_t2＝A*x_t2+B 式4

Y_t1＝A*x_t1+B 式5

得到校准系数A和B，从而得到根据采样的PFC整流电路中的PFC电感上的电流的瞬时值得到的PFC电感上的电流的有效值(即计算得到的PFC电感上的电流的有效值)，与交流电源实际输出给PFC整流电路的电流的有效值之间的关系，以对计算得到的PFC电感上的电流的有效值进行校准，从而精确得到交流电源输出给PFC整流电路的电流的有效值。

当采用单点校准时，采用特定设备测量交流电源在t3时刻输出给PFC整流电路的电流的有效值y_t3；然后根据采样的PFC整流电路中的PFC电感上的电流的瞬时值得到的t3时刻的PFC电感上的电流的有效值x_t3，以及下列公式:

Y_t3＝Cx_t3 式6

得到校准系数C，从而得到根据采样的PFC整流电路中的PFC电感上的电流的瞬时值得到的PFC电感上的电流的有效值(即计算得到的PFC电感上的电流的有效值)，与交流电源实际输出给PFC整流电路的电流的有效值之间的关系，以对计算得到的PFC电感上的电流的有效值进行校准，从而精确得到交流电源输出给PFC整流电路的电流的有效值。

此时，根据确定的电流的有效值，和所述交流电源输出的电压的有效值确定所述PFC整流电路的输入功率，也就是根据校准后的电流的有效值和所述交流电源输出的电压的有效值确定所述PFC整流电路的输入功率。

较佳地，本发明实施例提供的输入功率的检测方法，如图5所示，在确定所述PFC整流电路的输入功率后，还包括：

S501、对确定的所述PFC整流电路的输入功率进行消抖滤波和校准。

对消抖滤波后的PFC整流电路的输入功率进校准时，根据PFC整流电路所带的负载的情况，对PFC整流电路的输入功率进行校准：在轻载(即PFC整流电路所带的负载较小)的情况下进行校准，在除轻载以外的情况下进行校准。

其中，对消抖滤波后的PFC整流电路的输入功率在轻载情况下进行校准的方法，对消抖滤波后的PFC整流电路的输入功率在除轻载以外的情况下进行校准的方法，与前述的对计算的PFC电感上的电流的有效值进行校准的方法类似，在此不再赘述。

在实际中，若PFC整流电路所带的负载较小，则采用轻载情况下的校准系数对PFC整流电路的输出功率进行校准，若PFC整流电路所带的负载较大，则采用除轻载以外的情况下的校准系数对PFC整流电路的输出功率进行校准。

根据采样到的所述PFC电感上的电流的瞬时值，确定所述PFC电感上的电流的有效值的第二种方法，如图6所示，在采样电流的瞬时值，并采样所述交流电源输出的电压的瞬时值之前，还包括：

S601、确定所述交流电源输出的电压的周期长度；

根据采样到的电流的瞬时值，确定所述PFC电感上的电流的有效值，如图6所示，具体包括：

S602、确定一个时段内采样到的电流的瞬时值之和；其中，所述一个时段的时长为确定的周期长度

S603、将确定的电流的瞬时值之和的平均值，作为该时段的电流的有效值。

例如，一个时段的起始时刻为t4，结束时刻为t5，并且，时刻t4到时刻t5之间的时长为交流电源输出的电压的周期长度，采样电流的瞬时值的采样频率的倒数，即采样间隔为Δt1，则在交流电源输出的电压的一个周期长度内，采样到的电流的瞬时值的个数为(t5-t4)/Δt1个，然后将这(t5-t4)/Δt1个电流的瞬时值相加，并对相加得到的和求平均，就可以得到该时段的电流的有效值。

其中，S601并不需要在每次执行S602和S603时都执行一次，可以每执行若干次S602和S603后，执行一次S601。

进一步地，在本发明实施例提供的输入功率的检测方法中，如图7所示，在采样电流的瞬时值，并采样所述交流电源输出的电压的瞬时值之前，该方法 还包括：

S701、确定所述交流电源输出的电压的周期长度；

根据采样到的电流的瞬时值和采样到的所述交流电源输出的电压的瞬时值，确定所述PFC整流电路的输入功率，如图7所示，具体包括：

S702、根据采样的电流的瞬时值和所述交流电源输出的电压的瞬时值时的采样频率以及确定的周期长度，确定所述交流电源输出的电压的半个周期内的采样点数；

其中，采样PFC电感或开关管上的电流的瞬时值时的采样频率与采样交流电源输出的电压时的采样频率相同。

例如，采样电流的瞬时值和交流电源输出的电压时的采样频率均为f，那么采样间隔为1/f，若周期长度为T，那么交流电源输出的电压的半个周期内的采样点数为T*f/2。

S703、将同一时刻的采样得到的电流的瞬时值与所述交流电源输出的电压的瞬时值相乘，得到乘积；

S704、将所述半个周期内的乘积之和除以所述半个周期内的采样点数，得到所述PFC整流电路在所述半个周期内的输入功率，近似作为下一个上报显示值时刻的输入功率值。。

例如，在时刻t6到时刻t6+T/2之间，将同一时刻的采样得到的电流的瞬时值与所述交流电源输出的电压的瞬时值相乘，将时刻t6到时刻t6+T/2之间的所有乘积求和，并除以时刻t6到时刻t6+T/2之间的采样点数T*f/2，得到PFC整流电路在所述半个周期，即时刻t6到时刻t6+T/2内的输入功率。

同样地，S701并不需要在每次执行S703和S704时都执行一次，可以每执行若干次S703和S704后，执行一次S701。另外，每执行一次S701之后，才需要执行一次S702。

进一步地，本发明实施例提供的输入功率的检测方法，如图8所示，在得到所述PFC整流电路在所述半个周期内的输入功率之后，该方法还包括：

S801、对得到的所述PFC整流电路的输入功率进行消抖滤波、定标和校准。

其中，定标是指对进行消抖滤波后的PFC整流电路的输入功率按照一定的转换关系进行转换，得到代表实际意义的模拟量。

对定标后的PFC整流电路的输入功率进行校准的方法与前述的对PFC电感上的电流的有效值进行校准的方法类似，在此不再赘述。

进一步地，确定所述交流电源输出的电压的周期长度，如图9所示，包括：

S901、采样所述交流电源的火线上的电压的瞬时值和所述交流电源的零线上的电压的瞬时值；

S902、将同一时刻所述火线上的电压的瞬时值与所述零线上的电压的瞬时值之差，作为所述交流电源在该时刻输出的电压；

S903、将所述交流电源输出的电压的符号变换三次所需的时长，作为所述交流电源输出的电压的周期长度。

例如，可以采用计数器来测量，交流电源输出的电压的符号由正变为负的时刻t7，到交流电源输出的电压的符号再次由正变为负的时刻t8之间的时长，若在时刻t7到时刻t8之间计数器计数n次，而该计数器的计数间隔为Δt2，那么，时刻t7到时刻t8之间的时长，即交流电源输出的电压的一个周期的长度，等于n*Δt2。

另外，在时刻t7和时刻t8之间，交流电源输出的电压的符号还会由负变为正，因此，从时刻t7开始到时刻t8结束，交流电源输出的电压的符号共变换了3次。

在实际中，本发明实施例提供的输入功率的检测方法可以由PFC整流电路的数字控制芯片来执行的。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种输入功率的检测装置，由于该装置所解决问题的原理与前述输入功率的检测方法相似，因此该装置的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供的输入功率的检测装置，如图10所示，包括：

采样模块101，用于采样功率因数校正PFC整流电路中的PFC电感或开关管上的电流的瞬时值，并采样为所述PFC整流电路供电的交流电源输出的电压的瞬时值；

第一确定模块102，用于根据采样到的电流的瞬时值和采样到的电压的瞬时值，确定所述PFC整流电路的输入功率。

进一步地，本发明实施例提供的输入功率的检测装置，如图11所示，第一确定模块具体包括第一确定单元1021、第二确定单元1022和第三确定单元1023；

第一确定单元1021，用于根据采样到的电流的瞬时值，确定电流的有效值；

第二确定单元1022，用于根据采样到的所述交流电源输出的电压的瞬时值，确定所述交流电源输出的电压的有效值；

第三确定单元1023，用于根据确定的电流的有效值，和所述交流电源输出的电压的有效值，确定所述PFC整流电路的输入功率。

可选地，第一确定单元1021具体用于：对采样到的电流的瞬时值的平方进行滤波，得到电流的直流分量的平方值；对得到的直流分量的平方值开二次方，得到电流的有效值。

进一步地，本发明实施例提供的输入功率的检测装置，如图12所示，还包括第一校准模块103，第一校准模块103用于：

在第一确定单元1021确定电流的有效值之后，在第三确定单元1023根据确定的电流的有效值，和所述交流电源输出的电压的有效值确定所述PFC整流电路的输入功率之前，对确定的电流的有效值进行校准，用校准后的电流的有效值替代确定的电流的有效值；

那么，第三确定单元1023根据确定的电流的有效值，和所述交流电源输出的电压的有效值，确定所述PFC整流电路的输入功率，也就是根据校准后的电流的有效值，和所述交流电源输出的电压的有效值，确定所述PFC整流电路 的输入功率。

可选地，本发明实施例提供的输入功率的检测装置，如图13所示，还包括第二确定模块104，第二确定模块104用于：在采样模块101采样电流的瞬时值，并采样所述交流电源输出的电压的瞬时值之前，确定所述交流电源输出的电压的周期长度；

第一确定单元1021具体用于，确定一个时段内采样到的电流的瞬时值之和；将确定的电流的瞬时值之和的平均值作为，该时段的电流的有效值；其中，所述一个时段的时长为确定的周期长度。

进一步地，如图11、或图12、或图13所示，第三确定单元1023还用于：在确定所述PFC整流电路的输入功率后，对确定的所述PFC整流电路的输入功率进行消抖滤波和校准。

可选地，本发明实施例提供的输入功率的检测装置，如图14所示，还包括第二确定模块104，第二确定模块104用于：在采样模块101采样电流的瞬时值，并采样所述交流电源输出的电压的瞬时值之前，确定所述交流电源输出的电压的周期长度；

第一确定模块102具体用于，根据采样的电流的瞬时值和所述交流电源输出的电压的瞬时值时的采样频率以及确定的周期长度，确定所述交流电源输出的电压的半个周期内的采样点数；将同一时刻的采样得到的电流的瞬时值与所述交流电源输出的电压的瞬时值相乘，得到乘积；将所述半个周期内的乘积之和除以所述半个周期内的采样点数，得到所述PFC整流电路在所述半个周期内的输入功率。

较佳地，如图14所示，第一确定模块102还用于：在得到所述PFC整流电路在所述半个周期内的输入功率之后，对得到的所述PFC整流电路的输入功率进行消抖滤波、定标和校准。

可选地，如图13或图14所示，第二确定模块104具体用于：采样所述交流电源的火线上的电压的瞬时值和所述交流电源的零线上的电压的瞬时值；将 同一时刻所述火线上的电压的瞬时值与所述零线上的电压的瞬时值之差，作为所述交流电源在该时刻输出的电压；将所述交流电源输出的电压的符号变换三次所需的时长，作为所述交流电源输出的电压的周期长度。

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实施例可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，也可以存储在数字控制的芯片中，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所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。