本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種功率模塊的諧波測量裝置和方法。

背景技術(shù)：

在電力系統(tǒng)中，流過線性元件的電流和施加的電壓是正弦波，但由于使用開關(guān)電源、整流器、變頻器等非線性負載，當電流流過這些負載時，與所加的電壓不成線性關(guān)系，就會形成非正弦電流，即基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生了諧波。諧波能夠引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，使得諧波含量放大，對設(shè)備造成損害，因此需要對產(chǎn)生的諧波進行測量?，F(xiàn)有的對諧波進行測量的方式主要采用電力諧波分析儀測量電路中的諧波，由于需要在電路中外接單獨的電力諧波分析儀，增加了整個電路的負擔(dān)，成本高，并且在沒有電力諧波分析儀的情況下無法進行測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種功率模塊的諧波測量裝置及方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的進行諧波測量時需要單獨外接電力諧波分析儀造成的測量不方便、成本高的問題。

本發(fā)明實施例提供一種功率模塊的諧波測量裝置，包括：頻率計算單元、電流計算單元、諧波計算單元，其中，所述頻率計算單元、電流計算單元和諧波計算單元位于數(shù)字控制功率變換模塊中：

頻率計算單元，用于根據(jù)獲取的輸入電壓的頻率確定采樣頻率；

電流計算單元，用于在獲取的輸入電流的波形的整數(shù)倍周期內(nèi)使用所述采 樣頻率對輸入電流進行采樣，得到時間軸上的各采樣點對應(yīng)的電流值；

諧波計算單元，用于對各采樣點對應(yīng)的電流值進行傅里葉變換，得到所述輸入電流不同次諧波的幅值。

采用本發(fā)明實施例提供的裝置，由于在已有功率變換模塊基礎(chǔ)上測量分析諧波含量，不需要外接單獨的電力諧波分析儀，減輕了整個電路的負擔(dān)，測量方便，節(jié)約了成本。

進一步的，上述裝置，還包括：

諧波分析單元，用于根據(jù)輸入電流的預(yù)設(shè)數(shù)量的不同次諧波的幅值的和與所述輸入電流基波頻率的幅值的比例關(guān)系，確定所述輸入電流的諧波畸變率。

進一步的，所述頻率計算單元，具體用于將所述輸入電壓極性變化之間的時長確定為所述輸入電壓的周期；根據(jù)所述輸入電壓的周期，確定輸入電壓的頻率。

進一步的，所述頻率計算單元，具體用于對輸入電壓進行采樣，確定采樣點的電壓值變化過程中的峰值時刻；根據(jù)所述峰值時刻之間的時間差值確定所述輸入電壓的周期，并得到所述輸入電壓的頻率。

進一步的，所述電流計算單元，具體用于在獲取的輸入電流的波形的整數(shù)倍周期內(nèi)使用所述采樣頻率對輸入電流進行采樣，得到時間軸上幅值為正的各采樣點的電流值；按照所述輸入電流的極性，將時間軸上幅值為正的各采樣點的電流值，還原為與所述輸入電流在時間軸上該采樣點處相同的極性，得到時間軸上的各采樣點對應(yīng)的電流值。

進一步的，上述裝置，還包括：

顯示單元，用于顯示所述輸入電流不同次諧波的幅值或所述諧波畸變率。

進一步的，所述輸入電流為對所述數(shù)字控制功率變換模塊的電感電流或開關(guān)管電流進行轉(zhuǎn)換處理得到的。

本發(fā)明實施例還提供了一種功率模塊的諧波測量方法，包括：

根據(jù)獲取的輸入電壓的頻率確定采樣頻率；

在獲取的輸入電流的波形的整數(shù)倍周期內(nèi)使用所述采樣頻率對輸入電流進行采樣，得到時間軸上的各采樣點對應(yīng)的電流值；所述輸入電流為對數(shù)字控制功率變換模塊的電感電流或開關(guān)管電流進行轉(zhuǎn)換處理得到的；

對各采樣點對應(yīng)的電流值進行傅里葉變換，得到所述輸入電流不同次諧波的幅值。

采用本發(fā)明實施例提供的方法，由于在已有功率轉(zhuǎn)換模塊基礎(chǔ)上測量諧波含量分析，不需要外接單獨的電力諧波分析儀和電路，減輕了整個電路的負擔(dān)，測量方便，節(jié)約了成本。

進一步的，上述方法，還包括：

根據(jù)輸入電流的預(yù)設(shè)數(shù)量的不同次諧波的幅值的和與所述輸入電流基波頻率的幅值的比例關(guān)系，確定所述輸入電流的諧波畸變率。

進一步的，所述根據(jù)獲取的輸入電壓的頻率確定采樣頻率，具體包括：

將所述輸入電壓極性變化之間的時長確定為所述輸入電壓的周期；根據(jù)所述輸入電壓的周期，確定輸入電壓的頻率。

進一步的，所述根據(jù)獲取的輸入電壓的頻率確定采樣頻率，具體包括：

對輸入電壓進行采樣，確定采樣點的電壓值變化過程中的峰值時刻；

根據(jù)所述峰值時刻之間的時間差值確定所述輸入電壓的周期，并得到所述輸入電壓的頻率。

進一步的，所述在獲取的輸入電流的波形的整數(shù)倍周期內(nèi)使用所述采樣頻率對輸入電流進行采樣，得到時間軸上的各采樣點對應(yīng)的電流值，具體包括：

在獲取的輸入電流的波形的整數(shù)倍周期內(nèi)使用所述采樣頻率對輸入電流進行采樣，得到時間軸上幅值為正的各采樣點的電流值；

按照所述輸入電流的極性，將時間軸上幅值為正的各采樣點的電流值，還原為與所述輸入電流在時間軸上該采樣點處相同的極性，得到時間軸上的各采樣點對應(yīng)的電流值。

進一步的，上述方法，還包括：

顯示所述輸入電流不同次諧波的幅值或所述諧波畸變率。

本申請的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本申請而了解。本申請的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例提供的功率模塊的諧波測量方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例1提供的功率模塊的諧波測量方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例2提供的功率模塊的諧波測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了給出使得諧波測量方便、降低成本的實現(xiàn)方案，本發(fā)明實施例提供了一種功率模塊的諧波測量裝置和方法，以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。并且在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

本發(fā)明實施例提供一種功率模塊的諧波測量方法，如圖1所示，包括：

步驟101、根據(jù)獲取的輸入電壓的頻率確定采樣頻率。

步驟102、在獲取的輸入電流的波形的整數(shù)倍周期內(nèi)使用該采樣頻率對輸入電流進行采樣，得到時間軸上的各采樣點對應(yīng)的電流值，該輸入電流為對數(shù)字控制功率變換模塊的電感電流或開關(guān)管電流進行轉(zhuǎn)換處理得到的。

步驟103、對各采樣點對應(yīng)的電流值進行傅里葉變換，得到該輸入電流不同次諧波的幅值。

本發(fā)明實施例中提供的諧波測量方法可以應(yīng)用于數(shù)字控制功率變換模塊的電路系統(tǒng)中，該方法可以通過電路系統(tǒng)中的處理器實現(xiàn)，例如可以采用微控制單元(MCU，Micro Control Unit)、數(shù)字信號處理芯片(DSP，Digital Signal Process)、ARM處理器等測量諧波畸變率。其中，輸入電流的獲取方式為：對數(shù)字控制功率變換模塊的電感電流或開關(guān)管電流進行電流采樣和轉(zhuǎn)換，得到輸入電流。

下面結(jié)合附圖，用具體實施例對本發(fā)明提供的方法及裝置進行詳細描述。

實施例1：

以功率因數(shù)校正(PFC，Power Factor Correction)功率轉(zhuǎn)換模塊為基礎(chǔ)測量諧波為例，圖2為本發(fā)明實施例1提供的諧波測量方法的流程圖，具體包括如下處理步驟：

步驟201、獲取輸入電壓的頻率。

本步驟中，輸入電壓的頻率可以通過以下兩種方式確定，其中，輸入電壓為電源的輸入電壓。

第一種方式：可以通過輸入電壓極性檢測電路檢測輸入電壓的極性變化，具體的，對輸入電壓的L線電壓和N線電壓按照預(yù)設(shè)時間間隔進行采樣，并通過AD采樣端口輸入處理器中，處理器確定L線電壓和N線電壓的差值，當差值的符號為正，輸入電壓極性為正。當確定輸入電壓極性變化開始，即輸入電壓由正變?yōu)樨摶蛘哂韶撟優(yōu)檎_始，每隔單位時間t進行累加計數(shù)，當輸入電壓的極性再次變化時，確定累加計數(shù)的數(shù)量n，確定輸入電壓的半個周期為n×t，一個周期為2n×t，可以確定輸入電壓的頻率為1/(2n×t)。

第二種方式：對輸入電壓進行采樣，可以設(shè)置采樣點之間的時間間隔很小，在采樣過程中將輸入電壓的波形映射到正半軸方向上，確定采樣點的電壓值從的變化過程中的峰值時刻，確定連續(xù)峰值的時間差值，即為輸入電壓的周期。還可以比較連續(xù)數(shù)量采樣點的電壓平均值，例如，按照采樣點的順序，每次依次取5個采樣點的電壓值，確定5個采樣點的電壓平均值，比較各電壓平均值 的大小，可以取5個采樣點的中間時刻作為這5個采樣點的電壓平均值對應(yīng)的時間，采用上述確定峰值相同的方式確定各電壓平均值中的峰值，并確定輸入電壓的頻率，在此不再進行詳細描述。

步驟202、根據(jù)輸入電壓的頻率確定輸入電流的采樣頻率。

根據(jù)時域采樣定理，采樣頻率至少為該諧波分析的N次諧波頻率的2倍時，對輸入電流的波形進行采樣，便可根據(jù)各采樣值完全計算N次諧波的幅值。根據(jù)采樣頻率可以確定周期整數(shù)倍采樣點的個數(shù)，例如：輸入電壓的波形的一個周期為10s，基波頻率為0.1Hz，分析諧波含量分析到10次諧波，設(shè)置輸入電流采樣頻率應(yīng)大于輸入電壓的頻率的10次諧波頻率的2倍，確認電流采樣頻率，還可以同時根據(jù)實際傅里葉變換的計算精度確認電流采樣頻率。

本步驟中的輸入電流是對數(shù)字控制功率變換模塊PFC的電感電流或開關(guān)管電流進行電流采樣和轉(zhuǎn)換得到的。

步驟203、使用該采樣頻率對輸入電流進行采樣，得到各采樣點對應(yīng)的電流值。

本步驟中，輸入電流波形的周期與輸入電壓波形的周期相同。在實際應(yīng)用中，可以使用PFC電感電流近似等效輸入電流進行諧波分析，電感的一端通過開關(guān)頻率切換連接到輸入電壓，由于PFC電感電流的波形上疊加開關(guān)頻率的鋸齒波，該鋸齒波通常為10KHz以上，只要經(jīng)過分析的n次諧波頻率小于10KHz就可以保證PFC電感電流近似等效輸入電流。根據(jù)PFC電感電流進行諧波分析的值近似等效輸入電流分析諧波含量的值。

步驟204、對一個周期的采樣點對應(yīng)的電流值進行傅里葉變換，得到電源的輸入波形在頻域內(nèi)頻率的幅值。

本步驟中，將時域內(nèi)各采樣點對應(yīng)的電流值轉(zhuǎn)換為頻域內(nèi)不同頻率分量的幅值可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的傅里葉變換方法，還可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的快速傅里葉變換方法，由于在處理器例如DSP芯片中專門設(shè)計有可以使用C語言直接調(diào)用的傅里葉變換的內(nèi)聯(lián)庫函數(shù)，通過調(diào)用該內(nèi)聯(lián)庫函數(shù)可以實現(xiàn)將時域內(nèi) 輸入電流值轉(zhuǎn)換為頻域內(nèi)不同頻率分量的幅值，具體處理過程在此不再進行詳細描述。其中，傅里葉變換可以為快速傅里葉變換。

進一步的，由于硬件電路在采樣PFC電流的時候加入了一個直流偏置量，因此先對輸入電流采樣的電流值進行補償處理，即對直流輸入量減去由于硬件電路引入的直流偏置量，將各采樣點對應(yīng)的電流值分別減去一個預(yù)設(shè)采樣偏置，該預(yù)設(shè)采樣偏置可以根據(jù)具體硬件進行設(shè)置。

步驟205、從頻域內(nèi)頻率的幅值中提取預(yù)設(shè)數(shù)量的頻率為輸入電流波形的頻率倍數(shù)的幅值。

其中，該預(yù)設(shè)數(shù)量可以根據(jù)經(jīng)驗和需要進行靈活設(shè)置。輸入電流波形的頻率倍數(shù)的幅值即為不同次諧波的幅值。

步驟206、根據(jù)提取的預(yù)設(shè)數(shù)量的頻率為輸入電流波形頻率倍數(shù)的幅值與該輸入電流基波頻率的幅值的比例關(guān)系，確定輸入電流的諧波畸變率。

本步驟中，輸入電流的諧波畸變率具體可以采用如下公式確定：

$\mathrm{THD}=\frac{\sqrt{\underset{n=2}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n^2}}{I_1};$

其中，THD為輸入電流波形的諧波畸變率，N為提取的諧波最大次數(shù)，I₁為輸入電流的基波頻率的幅值，I_n為輸入電流的第n次諧波的幅值。

步驟207、對輸入電流的諧波畸變率進行濾波放大處理后發(fā)送給顯示單元進行顯示。

本步驟中，在顯示單元顯示諧波畸變率之前，為了防止顯示時出現(xiàn)抖動，需要進行濾波處理。一般的，諧波畸變率是小數(shù)，可以將諧波畸變率放大m倍進行顯示，例如，可以放大100倍后進行顯示。其中，顯示單元可以與數(shù)字控制功率轉(zhuǎn)換模塊相獨立的顯示裝置，也可以為數(shù)字控制功率轉(zhuǎn)換模塊中原有的具有顯示功能的單元。

通過本發(fā)明上述實施例1提供的方法，由于在已有電路的PFC整流電源模塊基礎(chǔ)上測量諧波含量分析和諧波畸變率，不需要外接單獨的電力諧波分析儀 和電路，減輕了整個電路的負擔(dān)，測量方便，節(jié)約了成本。

實施例2：

基于同一發(fā)明構(gòu)思，根據(jù)本發(fā)明上述實施例提供的功率模塊的諧波測量方法，相應(yīng)地，本發(fā)明實施例2還提供了功率模塊的諧波測量裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，包括：頻率計算單元301、電流計算單元302、諧波計算單元303，其中，所述頻率計算單元301、電流計算單元302和諧波計算單元303位于數(shù)字控制功率變換模塊中，其中：

頻率計算單元301，用于根據(jù)獲取的輸入電壓的頻率確定采樣頻率；

電流計算單元302，用于在獲取的輸入電流的波形的整數(shù)倍周期內(nèi)使用所述采樣頻率對輸入電流進行采樣，得到時間軸上的各采樣點對應(yīng)的電流值；

諧波計算單元303，用于對各采樣點對應(yīng)的電流值進行傅里葉變換，得到所述輸入電流不同次諧波的幅值。

進一步的，上述裝置，還包括：

諧波分析單元304，用于根據(jù)輸入電流的預(yù)設(shè)數(shù)量的不同次諧波的幅值的和與所述輸入電流基波頻率的幅值的比例關(guān)系，確定所述輸入電流的諧波畸變率。

進一步的，所述頻率計算單元301，具體用于將所述輸入電壓極性變化之間的時長確定為所述輸入電壓的周期；根據(jù)所述輸入電壓的周期，確定輸入電壓的頻率。

進一步的，所述頻率計算單元301，具體用于對輸入電壓進行采樣，確定采樣點的電壓值變化過程中的峰值時刻；根據(jù)所述峰值時刻之間的時間差值確定所述輸入電壓的周期，并得到所述輸入電壓的頻率。

進一步的，所述電流計算單元302，具體用于在獲取的輸入電流的波形的整數(shù)倍周期內(nèi)使用所述采樣頻率對輸入電流進行采樣，得到時間軸上幅值為正的各采樣點的電流值；按照所述輸入電流的極性，將時間軸上幅值為正的各采樣點的電流值，還原為與所述輸入電流在時間軸上該采樣點處相同的極性，得 到時間軸上的各采樣點對應(yīng)的電流值。

進一步的，上述裝置，還包括：

顯示單元305，用于顯示所述輸入電流不同次諧波的幅值或所述諧波畸變率。

進一步的，所述輸入電流為對所述數(shù)字控制功率變換模塊的電感電流或開關(guān)管電流進行轉(zhuǎn)換處理得到的。

上述各單元的功能可對應(yīng)于圖1至圖2所示流程中的相應(yīng)處理步驟，在此不再贅述。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的方案，包括：頻率計算單元，用于根據(jù)獲取的輸入電壓的頻率確定采樣頻率；電流計算單元，用于在獲取的輸入電流的波形的整數(shù)倍周期內(nèi)使用該采樣頻率對輸入電流進行采樣，得到時間軸上的各采樣點對應(yīng)的電流值；諧波計算單元，用于對各采樣點對應(yīng)的電流值進行傅里葉變換，得到該輸入電流不同次諧波的幅值，其中，頻率計算單元、電流計算單元和諧波計算單元位于數(shù)字控制功率變換模塊中。采用本發(fā)明實施例提供的方案，不需要外接單獨的電力諧波分析儀和硬件電路，減輕了整個電路的負擔(dān)，測量方便，節(jié)約了成本。

本申請的實施例所提供的功率模塊的諧波測量裝置可通過計算機程序?qū)崿F(xiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解，上述的模塊劃分方式僅是眾多模塊劃分方式中的一種，如果劃分為其他模塊或不劃分模塊，只要功率模塊的諧波測量裝置具有上述功能，都應(yīng)該在本申請的保護范圍之內(nèi)。

本申請是參照根據(jù)本申請實施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一 個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。