用于监控电源的功率分析模块 |
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| 申请号 | CN201210119294.0 | 申请日 | 2012-04-20 | 公开(公告)号 | CN102955066B | 公开(公告)日 | 2015-07-22 |
| 申请人 | 阿斯科动力科技公司; | 发明人 | 约翰·海斯; 弗拉迪米尔·米洛斯拉夫斯基; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于监控电源的功率分析模 块 。一种分析电源的特性的方法包括：接收具有至少一个 相位 的电源；以及感测至少一个相位中的每个相位的 电压 信号 。所述方法包括：基于至少一个相位中选择的相位的所感测的电压信号来检测所选择的相位的过零事件。所述方法还包括：基于对应的所感测的电压信号使用处理器来确定至少一个相位中的每个相位的电压信息。所述方法还包括：响应于过零事件经由电化隔离器输出脉冲序列。所述序列中的一些脉冲或所有脉冲的各自的长度基于至少一个相位中的每个相位的对应电压信息，并且脉冲序列包括表示过零事件的同步脉冲；以及与过零事件近似同时地开始输出同步脉冲，其中，同步脉冲是脉冲序列中的初始脉冲。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种功率分析方法，包括： |
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| 说明书全文 | 用于监控电源的功率分析模块技术领域[0001] 本公开内容涉及一种用于监控电源的功率分析模块。 背景技术[0002] 该部分提供与本公开内容有关的背景信息，但不一定是现有技术。 [0003] 各种应用需要几乎恒定地供应可靠的电功率，以有效地工作。例如，医院需要电力的恒定和可靠的供应，以在需要时确保手术室等中的医疗设备。此外，食品零售商(例如超市和百货店)需要电力的恒定和可靠的供应，以正确地操作与显示箱和冷库关联的冷冻系统，以防食品变质。 [0004] 虽然公共公司通常是一致和可靠的电功率的主要来源，但这样的功率有时由于恶劣天气、不可预见的事故或维护而中断。电力的中断虽然令人生气并且不愉快，但普通公众一般是可忍受的。另一方面，例如医院的机构以及例如食品零售商的商店无法负担他们的电源的甚至微小的中断。 [0005] 因此，不能负担他们的电源的甚至微小的中断的电力消费者一般依赖于发电机和其它备份系统，以在来自公共公司的电气服务中断的时段期间供应电功率。转换切换器使得这些消费者能够在主电源(即来自公共公司)和辅助电源(即当一个源变得不可靠或需要维护时的发电机或另外备份系统)之间进行切换。发明内容 [0006] 该部分提供本发明的概述，并且不包括本发明的完整范围或其所有特征。 [0007] 一种分析电源的特性的方法包括：接收具有至少一个相位的电源；以及感测至少一个相位中的每个相位的电压信号。所述方法包括：基于至少一个相位中选择的相位的所感测的电压信号来检测所选择的相位的过零事件。所述方法还包括：基于对应的所感测的电压信号使用处理器来确定所述至少一个相位中的每个相位的电压信息。所述方法还包括：响应于过零事件经由电化隔离器输出脉冲序列。所述序列中的一些脉冲或所有脉冲的各自的长度基于至少一个相位中的每个相位的对应电压信息，并且所述脉冲序列包括表示所述过零事件的同步脉冲；以及与所述过零事件近似同时地开始输出所述同步脉冲，其中，所述同步脉冲是所述脉冲序列中的初始脉冲。 [0008] 所述方法还包括：在自动转换切换器中接收电源和第二电源；从电化隔离器接收脉冲序列；基于所接收的脉冲序列，选择电源和第二电源中的一个；以及将所选择的电源连接到负载。 [0009] 所述方法的一些实现包括：具有三个相位的电源以及确定三个相位的相位旋转。所述方法可以包括：基于相位旋转而选择预定间隔；以及输出序列中的至少两个脉冲之间具有预定间隔的脉冲序列。在一些布置中，脉冲序列包括(i)表示过零事件的同步脉冲以及(ii)对于至少一个相位中的每个相位，表示对应电压信息的至少一个电压脉冲。此外，开始输出同步脉冲可以与过零事件近似同时发生，并且同步脉冲可以是脉冲序列中的初始脉冲。在存在三个相位的情况下，输出脉冲序列可以包括：输出与三个相位中的每个相位对应的电压脉冲。 [0010] 在一些实现中，至少一个相位中的第一相位的电压信号包括瞬时电压读数，确定第一相位的电压信息包括：检测瞬时电压读数的峰值。确定第一相位的电压信息可以还包括：基于瞬时电压读数而计算第一相位的统计参数。统计参数可以包括以下中的至少一个：均值、根均值、均方根值。 [0011] 确定至少一个相位中的每个相位的电压信息可以包括：确定以下中的至少一个：线间电压、线到中性点电压、线间电压的平方、线到中性点电压的平方、线间电压的均值、线到中性点电压的均值、线间电压的均方根、以及线到中性点电压的均方根。 [0012] 确定电压信息以及输出脉冲序列可以还包括：对于至少一个相位中的每一个相位，确定：表示线到中性点电压的第一电压参数以及表示线间电压的第二电压参数；第一电压参数和第二电压参数中的至少一个的均值；以及第一电压参数和第二电压参数中的至少一个的均方根；并且脉冲序列包括(i)与过零事件对应的同步脉冲以及(ii)对于至少一个相位中的每一个相位，表示均方根的电压脉冲。在存在三个相位的情况下，所述方法可以包括：确定三个相位的相位旋转；基于相位旋转而选择预定间隔；以及输出脉冲序列中的至少两个脉冲之间具有预定间隔的脉冲序列。在该实现中，可以输出脉冲序列，使得同步脉冲是脉冲序列中的初始脉冲，同步脉冲的开始与过零事件近似同时，以及电压脉冲中的每一个电压脉冲由预定间隔分离。 [0013] 还公开了一种接收具有至少一个相位的电源的功率分析模块。所述功率分析模块包括：感测模块，其感测所述至少一个相位的电压信号；过零模块，其基于至少一个相位中选择的相位的所感测的电压信号来检测所选择的相位的过零事件；处理模块，其基于至少一个相位的所感测的电压信号来确定至少一个相位中的每一个相位的电压信息；以及输出模块，其将响应于过零事件的脉冲序列输出到电化隔离器，其中，所述序列中的一些脉冲或所有脉冲的长度基于至少一个相位中的每一个相位的电压信息，所述脉冲序列包括与所述过零事件对应的同步脉冲；以及所述输出模块以所述同步脉冲开始所述脉冲序列，使得所述同步脉冲与所述过零事件近似同时地开始。功率分析模块可以感测自动转换切换器的电源。 [0014] 脉冲序列的长度可以与电压信息成比例，和/或序列中的初始脉冲的长度可以是固定的预定长度。 [0015] 功率分析模块可以监控三相电源，并且可以确定三个相位的相位旋转，基于相位旋转而选择预定间隔；以及输出模块可以输出脉冲序列中的至少两个脉冲之间具有预定间隔的脉冲序列。此外，可以在处理器上实现功率分析模块，并且过零模块可以包括比较器，比较器检测所选择的相位的过零事件。比较器可以在处理器外部。 [0017] 在此描述的附图仅用于说明，并且不意图限制本公开内容的范围。 [0018] 图1是转换切换器设备的功能框图； [0019] 图2A是根据本发明的原理的功率分析模块的功能框图； [0020] 图2B是根据本发明的原理的另一功率分析模块的功能框图； [0021] 图2C是根据本公开内容的原理的另一功率分析模块的功能框图； [0022] 图3A-图3C是根据本公开内容的原理的功率分析模块生成的脉冲序列的示意性表示； [0023] 图4是详解功率分析模块计算电压信息的方法的操作的流程图； [0024] 图5是详解用于维修功率分析模块产生的中断的方法的操作的流程图；以及[0025] 图6是用于控制输出的输出状态机的表示。 [0026] 贯穿附图的若干视图，对应的标号指示对应的部分。 具体实施方式[0027] 例如在将给负载的功率从故障公用电源切换到备份电源时，自动转换切换器(automatic transfer switch)将多个电源之一电连接到负载。自动转换切换器的主控制器可以基于对应的功率分析模块提供给它的每个电源的测量而确定使用电源中的哪一个。参照这些功率分析模块中的一个的示例实现，功率分析模块感测对应电源的电压信号。基于电压信号，功率分析模块计算电压信息，并且经由电化隔离器(galvanic siolator)将该信息发送到主控制器。 [0028] 功率分析模块使用二进制脉冲序列来表示电压信息。每个脉冲的持续时间与一条电压信息对应。电压信息的项包括每个相位的相位到中性点电压的RMS(root mean square，均方根)以及每对相位之间的相位到相位电压的RMS。功率分析模块使用脉冲之间具有预定长度的间隔(space)来传达电源是否为多相电源，如果是，则还有电源的相位旋转。布置脉冲序列的顺序以及空白的预定长度对于主控制器是已知的，从而主控制器可以确定对应的电压和相位信息。二进制脉冲序列在每个电源周期发送一次，并且因此发送要比电源的一个周期更短。序列的发送的开始与电源的选定的相位的过零(zero crossing)(在正方向或负方向上)同步。 [0029] 提供示例实现，使得本公开将是详尽的，并且将把范围完全传达给本领域技术人员。阐述了大量具体细节(例如具体组件、设备和方法的示例)，以提供对本公开内容的透彻理解。本领域技术人员应理解，无需采用具体细节，可以通过很多不同形式来实施示例布置，并且也不应理解为限制本公开内容的范围。在一些示例布置中，不详细描述公知处理，公知设备结构以及公知技术。 [0030] 当元件或层被提及“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，其可以直接在另外元件或层上、接合、连接或耦合到另外元件或层，或者可以存在中间元件或层。如在此使用的那样，术语“和/或”包括关联列出的项中的一个或多个的任何和所有组合。 [0031] 虽然术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各个元件、组件、区域、层和/或部分，但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受限于这些术语。这些术语可以仅用于区分一个元件、组件、区域、层或部分与另一组件、区域、层或部分。例如“第一”、“第二”的术语和其它数字术语当在此使用时不暗指顺序或排序，除非在上下文中清楚地指示。因此，在不脱离示例的教导的情况下，以下讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以术语化为第二元件、组件、区域、层或部分。 [0032] 如在此使用的那样，术语模块可以指代专用集成电路(Application Specific Integrated Circui，ASIC)；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)；执行代码的处理器(共享、专用或组)；提供描述的功能的其它合适的组件；或以上中的一些或所有的组合，例如在片上系统中，也可以是以上所述的一部分，或可以包括它们。术语模块可以包括存储处理器执行的代码的存储器(共享、专用或组)。 [0033] 以上使用的术语代码可以包括软件、固件和/或微码，并且可以指代程序、例程、函数、类和/或对象。以上使用的术语共享表示可以使用单个(共享)处理器执行来自多个模块的一些或所有代码。此外，单个(共享)存储器可以存储来自多个模块的一些或所有代码。以上使用的术语组表示可以使用一组处理器或一组执行引擎来执行来自单个模块的一些或所有代码。例如，处理器的多个内核和/或多个线程可以被看做执行引擎。在各个实现中，执行引擎可以跨越一个处理器、跨越多个处理器以及跨越多个位置中的处理器(例如并行处理布置中的多个服务器)而被分组。此外，可以使用一组存储器来存储来自单个模块的一些或所有代码。 [0034] 可以通过一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实现在此描述的装置和方法。计算机程序包括存储在非瞬时有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可以包括存储的数据。非瞬时有形计算机可读介质的非限定性示例是非易失性存储器、磁存储以及光存储。 [0035] 图1示出了从主电源18和辅助电源20(统称为电源18、20)向负载22选择性地供应功率的转换切换器(transfer switch)10。转换切换器10包括主控制器14、两个功率分析模块15-1和15-2、以及切换器16。可以在外壳12中容纳这些组件中的一些或全部。在各种实施中，单个模块可以执行功率分析模块15-1和15-2二者的功能。此外，主控制器 14可以实现功率分析模块15-1和15-2中的一个或两个。 [0036] 功率分析模块15-1接收主电源18，功率分析模块15-2接收辅助电源20。功率分析模块15-1和15-2中的每一个可以执行相似的功能——用于功率分析模块15-1或15-2中的一个的技术可以应用于另一个。为此，下面的描述称为功率分析模块15，其可以用于功率分析模块15-1和功率分析模块15-2中的任一个或两个。 [0037] 此外，功率分析模块15不限于监控接收到自动转换切换器的多个电源。实际上，功率分析模块15可以独立于转换切换器而用于监控单个电源或多个电源的电压特性，其中，电化隔离在电源之间或在电源与从功率分析模块15接收信息的设备之间是优选的。 [0038] 切换器16选择性地将电源18、20连接到负载22。虽然电源18、20和负载22示出为三相、四极连接，但其它配置也可以用于连接中的一个或多个。例如，可以在连接中的一个或多个上省略中性点导体。此外，也可以与本发明的原理相符地使用单相连接。 [0039] 电源18、20包括将电荷携带到负载22的一个或多个电导体。每一电导体可以具有常规相位设计，以区分它与另一电导体。电源18、20可以被配置为单相和/或多相源。对于单相源，单个相位可以被称为“相位A”。当在此使用时，作为常规而使用术语“相位”、“相位A”、“相位B”和“相位C”来指定单相或多相系统中的电导体仅是为了说明的目的；只要功率分析模块15和主控制器14具有一致的相位解释，就可以重新标记导体。 [0040] 在以下描述中，其过零事件由功率分析模块15感测并且用于同步脉冲序列的发送的相位被称为相位A。此外，可以从任何电导体选取所选定的相位A。在包括中性点导体的系统中，可以在两个电导体(线间(line-to-line))之间或在一个电导体与中性点导体(线到中性点(line-to-neutral))之间连接负载22。 [0041] 电源18、20发送的电功率包括交流电压信号。在单相系统中，导体携带单个电压信号。在三相系统中，三个导体可以携带相同频率的三个分离的电压信号。这些信号在不同时间到达它们的瞬时峰值。使用这些信号中的一个作为基准信号，另外两个电压信号从基准信号在时间上被延迟——第二信号从基准信号延迟三分之一周期，第三电压信号延迟三分之二周期。 [0042] 主控制器14监督并且控制切换器16和/或功率分析模块15，并且可以基于功率分析模块15的输出而判断在电源18、20之间切换负载22。主控制器14可以包括允许其根据从功率分析模块15接收的脉冲序列解释电源18、20的电压信息和相位旋转的逻辑。基于对脉冲序列的解释和对负载22的功率需求的理解，主控制器14可以判断在电源18、20之间切换负载22。 [0043] 此外，主控制器14可以将关于切换器16和/或电源18、20的性能的信息提供给用户接口(例如显示器)。主控制器14采用各种形式的通信来与切换器16和/或功率分析模块15进行通信，包括，但不限于，有线、无线、光和红外通信。虽然图1示出主控制器14位于外壳12内，但在一些布置中，主控制器14也可以位于远离外壳12。 [0044] 图2A是接收电源18、20中的一个的功率分析模块15的示例实现。为了便于解释，功率分析模块15以下将描述为接收电源18。图2B是功率分析模块15的另一布置。在其它功能当中，功率分析模块15可以(i)将模拟电压信号转换为数字值；(ii)确定电压信息，(iii)确定表示电压信息的脉冲长度，(iv)确定相位旋转和表示相位旋转的预定空白；(v)编译并且布置序列中的脉冲和预定空白，(vi)以及将序列输出到主控制器14。虽然图 2A、图2B和图2C示出功率分析模块15的三个布置，但功率分析模块15可以包括以下项的任何合适的组合：电源42、分频网络(divider network)44、比较器46、处理模块48和/或电化隔离器50。电源42将电源供应给比较器46、处理模块48和/或电化隔离器50。电源 42可以包括，但不限于，电池、太阳能电池、变压器和/或AC电源。 [0045] 参照图2A，分频网络44接收电源18的每一相位，并且将每一相位的电压减少为功率分析模块15的工作电压。分频网络44可以包括多个电阻器51和/或变压器(未示出)。分频网络44中的电阻器51和/或变压器的数量和布置可以选取为满足功率分析模块15的电压和/或功率需求。分频网络44可以类似地处理相位中的每一个。 [0046] 比较器46标识相位A的过零事件，并且将过零事件的发生传信给处理模块48。例如，比较器46可以生成待由处理模块48服务的中断。比较器46感测电压信号的波形从正极到负极(“负过零”)或从负极到正极(“正过零”)的极性的改变。在一些布置中，比较器46可以仅标识正过零。功率分析模块15的其它配置可以仅标识负过零。 [0047] 电化隔离器50用作为将主控制器14与电源18的电荷隔离。电化隔离器50可以将脉冲序列中继到主控制器14。虽然图2A示出光耦合器，但电化隔离器50可以包括其它形式的电化隔离，包括，但不限于，电容器、变压器和/或无线发射机。 [0048] 处理模块48可以包括模数(A/D)模块52、内核54、定时模块56、输出模块58和存储器模块60。存储器模块60可以存储数字值、电压信息、相位旋转信息、电压参数和定时器信息。A/D模块52采样电压信号并且将表示每一相位的瞬时电压的数字值输出到内核54。在各个实现中，A/D模块52可以复用多个相位，轮流采样每一个。可替代地，A/D模块52可以配备为并行采样相位。 [0049] 内核54监督并且控制A/D模块52、定时模块56、比较器46、输出模块58和/或存储器模块60。内核54可以接收来自比较器46的比较器中断、来自定时模块56的定时器中断、以及来自A/D模块52的数字值。当在此使用时，中断是指示对于内核54的关注的需要或对于在内核54上执行逻辑操作的改变的需要的信号。内核54可以使用一个或多个中断服务例程(interrupt service routine，ISR)和/或输出状态机的形式的软件。可以在内核54的硬件中实现输出状态机。其中，内核54被配置为：(i)服务中断(如图5所示)，(ii)从A/D模块52获取数字值，(iii)计算包括电压参数的电压信息(如图4所示)，(iv)确定相位旋转(如图4所示)，(v)确定电压脉冲和预定空白长度，(vi)将时间加载到定时模块56，(vii)将电压信息、相位旋转、电压脉冲长度和预定空白长度存储并且获取到存储器模块60，以及(viii)将脉冲序列输出到输出模块58。 [0050] 定时模块56从内核54接收时间间隔，并且当时间间隔过去时将定时器中断发送回内核54。当任何定时器间隔过去时，定时模块溢出并且生成定时器中断。内核54可以利用定时模块56来对内核54的操作进行定时，和/或对同步脉冲、电压脉冲和预定空白的长度进行定时。在一些布置中，定时模块56可以包括：(i)定时器一62(“定时器1”)，其能够接收第一时间间隔并且当定时器一62溢出时发送定时器一中断；以及(ii)定时器零64(“定时器0”)，其能够接收第二时间间隔并且当定时器零64溢出时发送定时器零中断。 [0051] 第一时间间隔和第二时间间隔可以是相同或不同的时间量。例如，定时器一62可以从内核54接收第一时间间隔，定时器零64可以从内核54接收第二时间间隔。当第一间隔已经过去时，定时器一62可以将定时器一中断发送到内核54。类似地，当第二时间间隔已经过去时，定时器零64可以将定时器零中断发送到内核54。可以根据内核54的逻辑来服务定时器一和定时器零中断。 [0052] 输出模块58将同步脉冲、电压脉冲和/或预定空白输出到电化隔离器50。输出模块58从内核54接收脉冲长度和预定空白长度(即两个长度表示应将输出模块驱动为高或低所持续的时间段)。基于这些长度，将输出模块58的输出驱动为高或低，以创建同步脉冲、电压脉冲和/或预定空白。 [0053] 图2B示出功率分析模块15的另一布置。在该布置中，可以在处理模块48内包括比较器47。比较器可以与图2A的比较器46类似地运作。电源42可以包括变压器43。变压器43可以电化地隔离功率分析模块15与电源18的电荷。功率分析模块15可以进一步省略电化隔离器。在该布置中，输出模块58可以将脉冲序列直接输出到主控制器14或另外的设备。 [0054] 图2C示出功率分析模块15的实现，其中输出模块58包括比较/捕获模块65和定时器一62。比较/捕获模块65包括捕获模式和比较模式。在捕获模式下，比较/捕获模块65捕获定时器一62中输出模块58的输入状态的每个转变的时间。在比较模式下，将输出模块58的输出驱动为高或低持续等于从定时器一62捕获的时间的时间长度，并且比较/捕获模块65重复地比较从定时器一62捕获的时间与已经将输出模块58的输出驱动为高或低的时间。一旦达到从定时器一62捕获的时间段，输出模块58的输出就改变状态，并且定时器一62生成待由内核54服务的中断。对于图2B和图2C，应注意，组件42、44、46和48可以执行如上所述的功率分析模块15内的相同功能。 [0055] 图3A-图3C呈现了可以从功率分析模块15输出的脉冲序列的三个示例。脉冲序列中的每一个包括同步脉冲88和电压脉冲。图3A、图3B和图3C的电压脉冲分别统一用标号92、104、116指代。同步脉冲88与第一电压脉冲之间以及电压脉冲中的每一个之间的间隔被称为空白。图3A、图3B和图3C的空白分别统一用标号128、130、132指代。 [0056] 同步脉冲88指示对于主控制器14的发生过零事件，和/或指示将要发送电压脉冲。同步脉冲88可以具有主控制器14已知的预定长度，其允许主控制器14区分同步脉冲88与电压脉冲。电压脉冲92、104、116的长度将关于电源18的相位的信息传递到主控制器 14。类似地，空白128、130、132的长度表示相位的数量和/或电源18的相位旋转和/或相位A上的电压信号的存在。 [0057] 通过在低与高和/或高与低之间交变输出模块58的输出达到有限时间段来创建二进制脉冲序列。同步脉冲88和电压脉冲92、104、116被输出为相同二进制状态(都为高或低)。预定空白128、130、132具有与同步脉冲88和电压脉冲92、104、116相反的二进制状态。在脉冲序列中的电压脉冲92、104、116之间以及同步脉冲88与第一电压脉冲之间输出预定空白。 [0058] 在一个布置中，可以在相位A的过零事件(例如正过零)的每个发生时输出同步脉冲88。每一同步脉冲88的初始边缘(即当同步脉冲是有效高时的上升沿和当同步脉冲是有效低时的下降沿)可以与每一过零事件近似同时产生。近似同时可以理解为意味着功率分析模块15感测过零事件、生成并且服务对应的中断以及开始输出同步脉冲88所花费的时间量。主控制器14可以通过在一段时间上对同步脉冲88的数量进行计数来计算相位A的电压信号的频率。此外，主控制器14可以使用同步脉冲88来同步电源18和20的相位关系，从而当负载22选择性地耦合在电源18与20之间时，负载22被供应有相同的相位。 [0059] 处理模块48基于电压参数而确定电压信息。电压参数包括例如A/D模块52采样的数字值、瞬时线到中性点电压、以及从瞬时线到中性点电压值导出的数字值(例如线间电压、线到中性点电压的平方、和/或线间电压的平方)。电压信息可以包括相位旋转信息、峰值电压、峰间(peak to peak)电压和/或统计参数(例如线间电压的均值、线到中性点电压的均值、线间电压的RMS、线到中性点电压的RMS、和/或从电压参数中的一个或多个确定的其它统计参数)。 [0060] 在图3A-图3C描述的脉冲序列中，Van、Vbn和Vcn电压脉冲分别指示相位A、B和C的线到中性点电压。相似地，Vab、Vbc和Vca脉冲分别指示相位A、B和C的线间电压。基于电压信息、包括相位信息的对应值来确定电压脉冲92、104、116的长度，电压脉冲基于该电压信息和相位信息。例如，电压脉冲的长度可以直接与对应电压信息的值成比例。长度与电压的比例对于功率分析模块15和主控制器14都是已知的。 [0061] 仅作为举例，比率可以预先确定为每伏特2微秒。在此情况下，包括120伏特的线到中性点电压的电压信息的电压脉冲的长度将是240微秒长。在接收240微秒电压脉冲之后，主控制器14通过将240微秒除以每伏特2微秒将电压信息的值确定为120伏特。 [0062] 在一些配置中，功率分析模块15可以按主控制器14已知的预定顺序来输出电压脉冲92、104、106。电压脉冲92、104、116的预定顺序允许主控制器14知道正接收电压信息的哪个项。在一个实现中，例如功率分析模块15基于相位A的RMS线到中性点电压输出Van脉冲，随后基于相位A与B之间的RMS线间电压输出Vab脉冲。因为该预定的顺序，主控制器14知道第一电压脉冲表示相位A的RMS线到中性点电压，第二电压脉冲表示相位A与B之间的RMS线间电压。 [0063] 电压脉冲92、104、116可以具有最小和/或最大脉冲长度。最小电压脉冲长度可以对于主控制器14已知，并且允许(i)区分电压脉冲92、104、116与同步脉冲88和/或(ii)知道电压信息低于最小阈值量。可以选取最大电压脉冲长度以允许功率分析模块15在相位A的电压信号完成一个周期之前完成功率分析模块15的脉冲序列的输出。 [0064] 在一些配置中，预定空白128、130或132具有对于主控制器14已知的预定长度的集合中的一个，其允许主控制器14确定相位信息。相位信息包括关于电源18的相位信息，例如电源18是单相还是三相。对于三相，相位信息可以包括相位旋转，例如ABC或CBA。预定空白128、130或132的预定长度中的一个可以传信相位A已经损失功率。在各个实现中，给定脉冲序列中的预定空白全都相同，例如空白128-1至128-6的长度是相同的，空白130-1至130-6的长度是相同的，空白132-1至132-6的长度是相同的。 [0065] 在输出相位信息作为电压脉冲92、104、116中的至少一个的功率分析模块15的实现中，预定空白128、130或132具有长度足以允许功率分析模块15开始以及停止每一电压脉冲92、104、116的预定长度。 [0066] 参照图3A，示出来自用于单相电源的功率分析模块15的脉冲序列的示例。在该配置中，功率分析模块15输出同步脉冲88，后面跟着预定空白128-1。预定空白128-1至128-6具有向主控制器14指示单相电源的预定长度。功率分析模块15然后输出Van电压脉冲92-1，后面跟着预定空白128-2；Vab电压脉冲92-2，后面跟着预定空白128-3；Vbn电压脉冲92-3，后面跟着预定空白128-4；Vbc电压脉冲92-4，后面跟着预定空白128-5；Vcn电压脉冲92-5，后面跟着预定空白128-6；以及Vca电压脉冲92-6。功率分析模块15然后使输出返回到高。在此情况下，因为功率分析模块15正监控单相电源，所以Vab电压脉冲 92-2、Vbn电压脉冲92-3以及Vbc电压脉冲92-4被设置为最小电压脉冲长度，因此电压是零。 [0067] 参照图3B，示出来自用于具有相位旋转ABC的三相电源的功率分析模块15的脉冲序列的示例。在该配置中，功率分析模块15输出同步脉冲88，后面跟着预定空白130-1。预定空白130-1至130-6具有向主控制器14指示具有相位旋转ABC的三相电源的预定长度。功率分析模块15然后输出Van电压脉冲104-1，后面跟着预定空白130-2；Vab电压脉冲104-2，后面跟着预定空白130-3；Vbn电压脉冲104-3，后面跟着预定空白130-4；Vbc电压脉冲104-4，后面跟着预定空白130-5；Vcn电压脉冲104-5，后面跟着预定空白130-6；以及Vca电压脉冲104-6。功率分析模块15然后使输出返回到高。 [0068] 参照图3C，示出来自用于具有相位旋转CBA的三相电源的功率分析模块15的脉冲序列的示例。在该配置中，功率分析模块15输出同步脉冲88，后面跟着预定空白132-1。预定空白132-1至132-6具有向主控制器14指示具有相位旋转CBA的三相电源的预定长度。功率分析模块15然后输出Van电压脉冲116-1，后面跟着预定空白132-2；Vab电压脉冲116-2，后面跟着预定空白132-3；Vbn电压脉冲116-3，后面跟着预定空白132-4；Vbc电压脉冲116-4，后面跟着预定空白132-5；Vcn电压脉冲116-5，后面跟着预定空白130-6；以及Vca电压脉冲116-6，随后功率分析模块15使输出返回到高。 [0069] 参照图4，示出确定电压信息、电压和统计参数以及每一相位的相位旋转信息的示例。当在下文中使用时，术语主循环将用于描述确定电压信息和每一相位的相位旋转信息的方法。内核54在136开始主循环，其中，内核54将任务变量“i”设置为零，并且在138，内核54基于主循环的预定处理时间而设置定时器零64。基于电源18的电压和频率并且基于对于内核54完成主循环所需的计算必要的时间的长度来选取主循环的预定处理时间。在一个布置中，主循环的预定处理时间选取为800微秒。 [0070] 在140，A/D模块52取得每一相位的电压采样。采样包括表示每一相位的瞬时电压读数的数字值。取得每一相位的电压采样包括：在142取得相位A的线到中性点电压的10比特数字采样、在144取得相位B的线到中性点电压的10比特数字采样和/或在146取得相位C的线到中性点电压的10比特数字采样。应理解，A/D模块52使用10比特采样大小仅仅是出于说明的目的。 [0071] 在147，内核54确定在140期间取得的电压采样的有效性。如果电源不包括中性点导体，或电源的相位失去平衡，则线到中性点电压采样不是有效的，并且主控制器14无法依赖。为了确定线到中性点值的数字采样是否有效，内核54采用确定在194中计算的用于每一相位的线到中性点电压的RMS电压信息是否在可接受的范围内的软件。如果RMS电压信息在可接受的范围内，则功率分析模块15将输出在此描述的线到中性点电压信息。如果RMS值不在可接受的范围内，则功率分析模块15输出线间电压信息电压信息，但传信到线到中性点电压信息无法依赖的主控制器14。为了传信到线到中性点电压信息无法依赖的主控制器14，功率分析模块15可以输出每一线到中性点电压脉冲的最小电压脉冲长度。 [0072] 在148，内核54从在140取得的数字采样去除由处理模块48的电源引起的偏移。去除偏移包括：从(i)在150的Van数字采样，(ii)在152的Vbn数字采样和/或(iii)在154的Vcn数字采样减去等同于偏移的数字。例如，在功率分析模块15的一些配置中，电源电压是五(5)伏特。从数字采样去除电源偏移包括：从在140取得的数字采样中的每一个减去511(等同于2.5伏特的电源电压的中点的数字)。 [0073] 在156，功率分析模块15确定电源18的相位旋转信息。内核54采用软件以确定相位旋转信息。例如，内核54可以确定当在相位A的正过零之后，相位B的正过零在相位C的正过零之前发生时，旋转是ABC。反之，当在相位A的正过零之后，相位C的正过零在相位B的正过零之前发生时，内核可以确定旋转是ACB(或等效地，CBA)。内核54可以在存储器模块60中存储在148和/或156确定的值。 [0074] 在158，内核54计算电源18的线间电压。计算线间电压包括：(i)通过从Van数字采样减去Vbn数字采样在160计算相位A与B之间的线间电压，(ii)通过从Vbn数字采样减去Vcn数字采样在162计算相位B与C之间的线间电压，和/或(iii)通过从Vcn数字采样减去Van数字采样在164计算相位C与A之间的线间电压。内核54可以在存储器模块60中存储在158确定的值。 [0075] 在166，内核54计算在148和158中确定的线到中性点和线间电压的平方。计算平方包括：在168平方Van(“Vansq”)，在170平方Vab(“Vabsq”)，在172平方Vbn(“Vbnsq”)、在174平方Vbc(“Vbcsq”)，在176平方Vcn(“Vcnsq”)，以及在178平方Vca(“Vcasq”)。内核54可以在存储器模块60中存储在166确定的值。 [0076] 在180，内核54使用在166计算的平方值以及在主循环的先前迭代中计算的算术均值来计算线间和线到中性点电压的平方的算术均值。计算线间和线到中性点电压的均值可以包括：在182计算Van的平方的均值(“Vanmn”)、在184计算Vab的平方的均值(“Vabmn”)、在186计算Vbn的平方的均值(“Vbnmn”)、在188计算Vbc的平方的均值(“Vbcmn”)，在190计算Vcn的平方的均值(“Vcnmn”)和/或在192计算Vca的平方的均值(“Vcamn”)。功率分析模块15可以在存储器模块60中存储在180确定的值。 [0077] 在图4的所示主循环的实现中，内核54通过从存储器模块60获取来自先前迭代主循环的均值(“先前均值”)，从先前均值减去除以256的先前均值，并且加上在166中计算的对应平方值除以256来计算均值。这使得均值接近主循环的过去256个迭代的均值，其中，每个新的平方值对均值贡献，就好像存储了256个值，而没有存储最后256个值的存储和处理开销。 [0078] 在194，内核54执行任务“i”。内核54在194执行的任务取决于任务变量“i”的值。当i＝0时，内核54在196计算Van的RMS(“Vanrms”)，其包括从182取得Vanmn值的平方根。当i＝1时，内核54在198计算Vab的RMS(“Vabrms”)，其包括从184取得Vabmn值的平方根。当i＝2时，内核54在200计算Vbn的RMS(“Vbnrms”)，其包括从186取得Vbnmn值的平方根。当i＝3时，内核54在202计算Vbc的RMS(“Vbcrms”)，其包括从188取得Vabmn值的平方根。当i＝4时，内核54在204计算Vcn的RMS(“Vcnrms”)，其包括从190取得Vabmn值的平方根。当i＝5时，内核54在206计算Vca的RMS(“Vcarms”)，其可以包括从192取得Vabmn值的平方根。 [0079] 当i＝6时，内核54执行误差检验。误差检验可以包括：检验在148、158、166、180和/或194执行的电压信息计算中的任一计算中的误差。当i＝7时，功率分析模块15执行保留任务，其可以包括输入到功率分析模块15的任何任务。在一些配置中，可以取消在208执行的误差校验以及在210执行的保留任务，以减少执行主循环所需的时间。应理解，分配给任务变量“i”的值的操作仅为了说明，任何任务变量可以分配给196-210中的任何操作。此外，主循环可以具有在194执行的多于或少于八个任务。 [0080] 在212，内核54递增任务变量“i”。任务变量“i”可以逐渐地从零(0)增加到七(7)，并且可以在i＝7之后重置为零(0)。在214，内核54设置等待标记，并且继续到216。内核54保持在216，直到等待标记被清除。定时器零64超时产生的中断可以清除等待标记，如图5所示。一旦等待标记已经被清除，控制就返回到138。 [0081] 参照图5，示出处理模块48生成的服务中断的方法。当接收到中断时，控制开始。例如，中断可以是与比较器46对应的中断，与定时器一62对应的中断、和/或与定时器零 64对应的中断。 [0082] 在220，内核54禁用所有中断，并将上下文信息保存到存储器模块60。在222，内核54确定是否已经存在正过零事件。在各个实现中，比较器46仅在相位A的正过零事件的发生时生成中断，当内核54接收比较器46中断时，内核54确定正过零已经发生。如果内核54接收比较器中断，则内核54在224清除比较器中断，并且在226确定过零事件是否有效。内核54通过检验A/D模块52在相位A上取得的先前若干A/D采样的极性来确定过零是否有效。如果先前A/D采样为正，则过零事件可能是伪造的，内核54可以宣称过零为无效。 [0083] 如果内核54确定过零有效，则内核54在228重置输出状态机。在229，内核54基于输出状态机的当前状态而设置定时器一62(见图6)，并且在230，内核54基于输出状态机的当前状态而将数字值输出到输出模块58。内核54在232启用所有中断，并且恢复先前上下文。如果内核54在226确定过零无效，则内核54在232忽略比较器中断，启用所有中断，并且恢复其上下文。 [0084] 如果在222内核54确定没有过零发生，则内核54在234确定定时器一62是否已经溢出。当内核54接收定时器一中断时，内核54确定定时器一62已经溢出。如果已经接收定时器一中断，则内核54在236清除定时器一中断，并且在238增加图6的输出状态机。在239，内核54基于输出状态机的状态而设置定时器一62，并且在240，内核54基于输出状态机的输出值而将数字值输出到输出模块58。内核54在232启用所有中断，并且恢复先前上下文。 [0085] 如果在234定时器一62尚未溢出，则内核54确定定时器零64是否已经溢出。在242，当接收定时器零中断时，内核54确定定时器零64已经溢出。如果内核54接收定时器零中断，则内核54在244清除定时器零中断，并且在246清除等待标记。如图4所示，在 246清除等待标记允许处理模块48执行用于确定电压信息的另一主循环。定时器零的持续时间确定多久更新电压信息。 [0086] 如果在222没有过零事件，定时器一62在234尚未溢出，并且定时器零64在242尚未溢出，则可能已经发生不期望的中断。内核54因此在248报告误差，并且清除所有中断。在232，内核54启用所有中断，在232恢复先前上下文，并且返回到先前执行的代码，例如图4的主循环。因为图5中的判断顺序，所以比较器中断的服务具有超过定时器一中断的优先级，定时器一中断具有超过定时器零中断的优先级。在各个实现中，内核54可以重复执行图5的中断处理，直到没有突出的中断出现。 [0087] 图6示出用于功率分析模块15的输出状态机的示例。状态252是重置状态，图5的228可以命令重置。状态252指定基于同步脉冲长度而设置定时器一，并且指定低输出。虽然本公开描述有效低的惯例，但本发明的原理还应用于有效高的惯例。状态252因此提供图5的229和230使用的定时器和输出值信息。低输出与同步脉冲88的开始对应。定时器一中的设置的值确定何时将生成另一中断并且输出将返回到高，结束同步脉冲88。 [0088] 当状态机增加时，选择状态256。在图5的238的(通过对应中断传信的)定时器一超时时，状态机增加。状态256基于相位旋转而指定高输出和定时器一值。当图5的240实现高输出时，同步脉冲88结束。在第一电压脉冲之前的间隔是空白，从预定值的集合中选择空白的长度。值中的一个与感测的相位旋转ABC对应，而值中的另一个与感测的相位旋转CBA对应，值中的又一个与正在感测的单相电源对应。 [0089] 当接下来增加状态机时，选择状态260。状态260基于与Van电压成比例的长度而指定低输出以及定时器一值。当实现低输出时，Van电压脉冲开始。当基于Van的长度而设置的定时器一超时时，状态机增加到状态264。状态264基于所选择的预定空白长度而指定高输出并且设置定时器。当实现高输出时，Van电压脉冲由此停止。 [0090] 此外，状态机的增加通过状态268、272、276、280、284、288、292、296、300和304按顺序前进。状态260、268、276、284、292和300与电压脉冲的开始对应，而状态264、272、280、288、296和304与这些电压脉冲的结束对应。 [0091] 状态304指定基于故障安全时间而设置定时器一。故障安全时间可以比有效电源信号的一个周期更长。当电源正常地操作时，正过零将在定时器一中故障安全时间超时之前发生，并且用于正过零的中断将把状态机重置为252。然而，如果在定时器一中故障安全时间超时，例如当电源的相位A消失时，则状态机将增加到状态252，其中，将开始新的脉冲序列的发送。即使电源正不正确地运作，故障安全时间也确保规则地发送脉冲序列。 |
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