一种开关电源高边电流检测方法及系统与流程

本发明涉及电信号处理，具体涉及一种开关电源高边电流检测方法及系统。

背景技术：

1、开关电源是一种常见的电力转换装置，它将输入电压通过开关器件的高频开关操作以及变压器，实现对输出电压的调节。在实际应用中，为了保证开关电源的安全性和稳定性一般都需要对其高边电流进行检测和控制。当输出电流超出正常设定的范围时，可以及时采取保护措施；也可以根据电流变化调整开关的工作频率，以达到电源的最佳工作效率；还可以将电流异常波动作为故障诊断的参考依据。

2、通常情况下对开关电源进行高边检测时是采用一个电流传感器插入到开关器件的高边侧，实时检测开关电源的输出电流大小。常用的高边电流检测方法有两种：一种是采用电阻分压法，通过在开关器件的高边位置接入一个电流传感器电阻，并测量其两端的电压间接计算电流；另一种是采用霍尔效应或磁电阻效应等非接触式传感器，直接测量开关电源的高边位置磁场变化，从而推导出电流变化。但是上述方法在对电流进行检测时均会产生一些干扰项，例如开关件的内阻、寄生电容和电感、如果采用非接触式传感器还会受到外部磁场变化的干扰、开关电源系统中存在较大的电流变化和高频噪声，这些可能会对测量电路产生电磁干扰，干扰信号可能叠加在待测电流信号上。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种开关电源高边电流检测方法及系统，所采用的技术方案具体如下：

2、第一方面，本发明实施例提供了一种开关电源高边电流检测方法，该方法包括以下步骤：

3、采集开关电源的高边侧电流信号组成原始高边电流序列；

4、根据原始高边电流序列得到各本征模态；根据各本征模态的极大、小值得到各本征模态的上、下包络线；对每个本征模态按照时序进行划分获取每个本征模态的各子序列，根据各本征模态子序列的零点个数以及上、下包络线构建各本征模态子序列的去本征差异幅频指数；将各子序列在所有本征模态中的去本征差异幅频指数组成各子序列的时刻本征元组；根据相邻子序列的时刻本征元组差异构建子序列的时刻本征间相似性指数；根据各子序列的时刻本征元组内元素方差及时刻本征间相似性指数构建各子序列的时刻本征元组异质性；根据子序列以及预设邻域窗口内各子序列的时刻本征元组异质性得到子序列的高边电流潜在噪声指数；

5、根据各子序列的高边电流潜在噪声指数获取移动平均去噪算法对各子序列去噪时的窗口尺寸，对各子序列进行去噪并重构得到去噪后的高边电流序列，结合局部离群因子检测算法对去噪后的高边电流序列进行检测，完成开关电源高边电流的检测。

6、进一步地，所述根据原始高边电流序列得到各本征模态，包括：采用经验模态分解算法对原始高边电流序列进行分解，输出原始高边电流序列的各本征模态。

7、进一步地，所述根据各本征模态的极大、小值得到各本征模态的上、下包络线，包括：

8、根据各本征模态的极大值采用最小二乘法进行拟合获取各本征模态的上包络线；将各本征模态的极小值采用最小二乘法进行拟合获取各本征模态的下包络线。

9、进一步地，所述根据各本征模态子序列的零点个数以及上、下包络线构建各本征模态子序列的去本征差异幅频指数，包括：

10、计算第j个本征模态第i个子序列的零点个数与第j个本征模态所有子序列的零点总数的比值，分别计算第j个本征模态第i个子序列的上包络线均值、下包络线均值；获取上包络线均值与下包络线均值的差值绝对值，将所述比值与差值绝对值的乘积的归一化结果作为第j个本征模态第i个子序列的去本征差异幅频指数。

11、进一步地，所述根据相邻子序列的时刻本征元组差异构建子序列的时刻本征间相似性指数包括：

12、计算同一本征模态中当前子序列与下一子序列的去本征差异幅频指数的差值绝对值，将所有本征模态中所述差值绝对值的均值的倒数作为所述当前子序列的时刻本征间相似性指数。

13、进一步地，所述根据各子序列的时刻本征元组内元素方差及时刻本征间相似性指数构建各子序列的时刻本征元组异质性，包括：将各子序列的时刻本征元组内元素的方差与时刻本征间相似性指数的比值作为各子序列的时刻本征元组异质性。

14、进一步地，所述根据子序列以及预设邻域窗口内各子序列的时刻本征元组异质性得到子序列的高边电流潜在噪声指数，包括：

15、对于各子序列；

16、以子序列为中心划分一个预设尺寸的邻域窗口，计算邻域窗口内所有子序列的时刻本征元组异质性均值，计算邻域窗口内各子序列的时刻本征元组异质性与所述均值的差值绝对值，将邻域窗口内所有子序列的所述差值绝对值的均值作为邻域窗口中心对应的子序列的高边电流潜在噪声指数。

17、进一步地，所述根据各子序列的高边电流潜在噪声指数获取移动平均去噪算法对各子序列去噪时的窗口尺寸，具体包括：

18、将各子序列的高边电流潜在噪声指数作为以自然常数为底数的指数函数的指数，将所述指数函数的计算结果向上取整的2倍与1的和值作为各子序列去噪时的窗口尺寸。

19、进一步地，所述结合局部离群因子检测算法对去噪后的高边电流序列进行检测，包括：

20、将去噪后的高边电流序列输入局部离群因子检测算法，输出去噪后的高边电流序列中各电流数据的lof值，将lof值高于异常阈值的电流作为异常电流数据；反之，为正常电流数据。

21、第二方面，本发明实施例还提供了一种开关电源高边电流检测系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一项所述一种开关电源高边电流检测方法的步骤。

22、本发明至少具有如下有益效果：

23、本发明通过对原始高边电流进行经验模态分解，并对噪声进行抑制，最后实现对开关电源的实时精确检测。首先，将原始高边电流进行经验模态分解，将非平稳序列信号转换为平稳的各模态分量，并计算其去本征差异幅频指数以便用于不同模态之间的比较计算；然后根据各模态之间的分布关系计算时刻本征元组异质性序列，并以此计算高边电流潜在噪声指数；最后，通过高边电流潜在噪声指数对原始信号进行去噪，得到更加准确的开关电源的高边电流信号，提高开关电源高边电流检测精度。本发明通过对原始高边电源信号进行经验模态分解以确认潜在噪声位置，能够根据高边电流潜在噪声指数对去噪算法进行自适应的调节，从而最终实现对开关电源高边电流运行状况的准确检测。

技术特征：

1.一种开关电源高边电流检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种开关电源高边电流检测方法，其特征在于，所述根据原始高边电流序列得到各本征模态，包括：采用经验模态分解算法对原始高边电流序列进行分解，输出原始高边电流序列的各本征模态。

3.如权利要求2所述的一种开关电源高边电流检测方法，其特征在于，所述根据各本征模态的极大、小值得到各本征模态的上、下包络线，包括：

4.如权利要求1所述的一种开关电源高边电流检测方法，其特征在于，所述根据各本征模态子序列的零点个数以及上、下包络线构建各本征模态子序列的去本征差异幅频指数，包括：

5.如权利要求1所述的一种开关电源高边电流检测方法，其特征在于，所述根据相邻子序列的时刻本征元组差异构建子序列的时刻本征间相似性指数包括：

6.如权利要求5所述的一种开关电源高边电流检测方法，其特征在于，所述根据各子序列的时刻本征元组内元素方差及时刻本征间相似性指数构建各子序列的时刻本征元组异质性，包括：将各子序列的时刻本征元组内元素的方差与时刻本征间相似性指数的比值作为各子序列的时刻本征元组异质性。

7.如权利要求1所述的一种开关电源高边电流检测方法，其特征在于，所述根据子序列以及预设邻域窗口内各子序列的时刻本征元组异质性得到子序列的高边电流潜在噪声指数，包括：

8.如权利要求7所述的一种开关电源高边电流检测方法，其特征在于，所述根据各子序列的高边电流潜在噪声指数获取移动平均去噪算法对各子序列去噪时的窗口尺寸，具体包括：

9.如权利要求8所述的一种开关电源高边电流检测方法，其特征在于，所述结合局部离群因子检测算法对去噪后的高边电流序列进行检测，包括：

10.一种开关电源高边电流检测系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-9任意一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明涉及电信号处理技术领域，具体涉及一种开关电源高边电流检测方法及系统，该方法包括：采集开关电源的高边电流信号分解得到各本征模态；根据各本征模态子序列的零点个数以及上、下包络线构建各本征模态子序列的去本征差异幅频指数；构建子序列的时刻本征间相似性指数及时刻本征元组异质性；基于此计算各子序列的高边电流潜在噪声指数；根据各子序列的高边电流潜在噪声指数获取移动平均去噪算法对各子序列去噪时的窗口尺寸，结合局部离群因子检测算法对去噪后的高边电流序列进行检测，完成开关电源高边电流的检测。本发明基于高边电流潜在噪声指数对去噪窗口进行自适应调节，从而实现对开关电源高边电流的精确检测。

技术研发人员：彭元贞,曹继舜,余学鲲
受保护的技术使用者：北京嘉捷恒信能源技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17