專利名稱：測量功率消耗的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量功率的裝置和方法，特別涉及一種使用開關(guān)型電源(SMPS)來實(shí)時(shí)測量和顯示產(chǎn)品的功率消耗的裝置。
背景技術(shù)：
功率消耗是一種每單位時(shí)間消耗多少能量或做功多少的比率的數(shù)量表示，并表示在一秒單位內(nèi)所提供或消耗的能量。一個(gè)產(chǎn)品的能量消耗效能等級(jí)按照消耗功率而變化，并且低級(jí)的產(chǎn)品在產(chǎn)品的整個(gè)壽命期間都浪費(fèi)能量。因此，如果可能的話需要確認(rèn)能量消耗效能等級(jí)并購買高級(jí)的產(chǎn)品。
由于最近能量節(jié)約的意識(shí)變得更強(qiáng)，所以各種各樣的產(chǎn)品具有節(jié)能功能，并且即使在正常操作期間也保持功率消耗在一定水平之下。然而，在使用產(chǎn)品時(shí)顯示產(chǎn)品的實(shí)際功率消耗是過高的期望。由于執(zhí)行那樣功能所需的電路的復(fù)雜性及成本使顯示實(shí)際的功率消耗還不被考慮。因此，使用一個(gè)單獨(dú)的測量設(shè)備在產(chǎn)品的開發(fā)階段來測量產(chǎn)品的實(shí)際功率消耗。而且，除了人工規(guī)定產(chǎn)品的最大消耗功率或根據(jù)附在產(chǎn)品上的標(biāo)簽，消費(fèi)者沒有一種方法來知道當(dāng)前使用的產(chǎn)品的實(shí)際功率消耗。然而，由于消費(fèi)者對(duì)能量節(jié)約功能和效率的理解逐漸發(fā)生了改變，因此提供一種用于實(shí)時(shí)測量和顯示產(chǎn)品使用時(shí)的產(chǎn)品的功率消耗的功能的需求日益增加。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上面的和/或其它問題，本發(fā)明的一方面是提供一種用于實(shí)時(shí)測量和顯示產(chǎn)品的功率消耗的裝置。
本發(fā)明的另外的方面和優(yōu)點(diǎn)將部分地在下列的描述中闡述，并且從所述描述中更明顯，或可以由本發(fā)明的實(shí)踐來獲得。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于測量功率消耗的裝置包括整流單元，對(duì)輸入到整流單元的交流電壓進(jìn)行整流和平滑；變壓單元，用于接收來自整流單元的整流電壓，并在變壓單元的次級(jí)線圈產(chǎn)生與變壓單元的初級(jí)線圈中的電流波動(dòng)一致的電壓；開關(guān)單元，用從反饋電壓和同步信號(hào)產(chǎn)生的脈寬調(diào)制(PWM)控制信號(hào)來接通或切斷在變壓單元的初級(jí)線圈的輸出電壓；調(diào)壓單元，對(duì)在變壓單元的初級(jí)線圈的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)以便計(jì)算開關(guān)單元的接通時(shí)間；和控制單元，根據(jù)調(diào)壓單元的輸出來計(jì)算接通時(shí)間，并根據(jù)所計(jì)算的接通時(shí)間、開關(guān)單元的切換頻率和變壓單元的電感，來計(jì)算功率消耗。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，用于測量功率消耗的裝置還包括顯示單元，用于顯示由控制單元所計(jì)算的功率消耗。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，調(diào)壓單元可包括降壓部件，將在變壓單元初級(jí)線圈的電壓降低在某一電平之下；第一箝位部件，將所降低的電壓箝位在第一恒定電壓電平；變壓器，對(duì)第一箝位電壓進(jìn)行變換；和第二箝位，將所變換的電壓箝位在第二恒定電壓電平。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于測量功率消耗的裝置包括整流單元，對(duì)輸入到整流單元的交流電壓進(jìn)行整流和平滑；變壓單元，用于接收來自整流單元的整流的電壓，并在變壓器的次級(jí)線圈產(chǎn)生與變壓器初級(jí)線圈中的電流波動(dòng)一致的電壓；用從反饋電壓和同步信號(hào)產(chǎn)生的脈寬調(diào)制(PWM)控制信號(hào)來接通或切斷在變壓單元的初級(jí)線圈的輸出電壓；調(diào)壓單元，對(duì)在變壓單元的次級(jí)線圈的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)以便計(jì)算開關(guān)單元的接通時(shí)間；和控制單元，根據(jù)調(diào)壓單元的輸出來計(jì)算接通時(shí)間，并根據(jù)所計(jì)算的接通時(shí)間、開關(guān)單元的切換頻率和變壓單元的電感，來計(jì)算功率消耗。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于測量功率消耗的裝置還包括顯示單元，用于顯示由控制單元所計(jì)算的功率消耗。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，調(diào)壓單元可以包括降壓部件，將在變壓單元次級(jí)線圈的電壓降低在某一電平之下；以及箝位部件，將降壓單元的輸出箝位在一個(gè)恒定電壓電平。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于測量功率消耗的裝置包括整流單元，對(duì)輸入到整流單元的交流電壓進(jìn)行整流和平滑；變壓單元，用于接收來自整流單元的整流電壓并在變壓單元的次級(jí)線圈產(chǎn)生與初級(jí)線圈中的電流波動(dòng)一致的電壓；開關(guān)單元，用從反饋電壓和同步信號(hào)產(chǎn)生的脈寬調(diào)制(PWM)控制信號(hào)來接通或切斷在變壓單元的初級(jí)線圈的輸出電壓；調(diào)壓單元，對(duì)在變壓單元的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈中的一個(gè)的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)以便計(jì)算開關(guān)單元的接通時(shí)間；和控制單元，根據(jù)調(diào)壓單元的輸出來計(jì)算接通時(shí)間，并根據(jù)所計(jì)算的接通時(shí)間、初級(jí)線圈的交流輸入電壓、開關(guān)單元的切換頻率和變壓單元的電感，來計(jì)算功率消耗。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于測量功率消耗的裝置還可包括顯示單元，用于顯示由控制單元所計(jì)算的功率消耗。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，其中調(diào)壓單元對(duì)變壓單元的初級(jí)線圈的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)以便計(jì)算開關(guān)單元的接通時(shí)間，該調(diào)壓單元還包括降壓部件，將變壓單元初級(jí)線圈的電壓降低在某一電平之下；第一箝位部件，將降低的電壓箝位在第一恒定電壓電平；變壓器，對(duì)第一箝位的電壓進(jìn)行變換；以及第二箝位部件，將變換的電壓箝位在第二恒定電壓電平。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，其中調(diào)壓單元對(duì)變壓單元的次級(jí)線圈的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)以便計(jì)算開關(guān)單元的接通時(shí)間，該調(diào)壓單元還包括降壓部件，將在變壓單元的次級(jí)線圈的電壓降低在某一電平之下；和箝位部件，將降壓單元的輸出箝位在一個(gè)恒定電壓電平。


通過參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明的上面的和/或其它方面及優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚。其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于測量功率消耗的裝置電路圖；圖2A-2G示出了圖1所示裝置的工作波形；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于測量功率消耗的裝置電路圖；和圖4A-4I示出了圖3所示裝置的工作波形。
具體實(shí)施例方式
通常，用一種專門的測量設(shè)備在供給電流的交流輸入線測量產(chǎn)品的功率消耗。這樣的測量設(shè)備需要一個(gè)復(fù)雜的電路，并且不適用于一個(gè)產(chǎn)品。本發(fā)明提供了一種使用如圖1所示的變壓器T11的次級(jí)線圈的電壓VS來測量功率消耗的方法，以及一種使用如圖3所示的變壓器T31的初級(jí)線圈的電壓Vds來測量功率消耗的方法。
參考圖1和2A-2G，下面將描述一種使用變壓器T11次級(jí)線圈的電壓VS來測量功率消耗的方法。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于測量功率消耗的裝置電路圖。圖1所示的裝置包括整流部件100、開關(guān)部件101、緩沖電路102、變壓器T11、調(diào)壓部件104、控制部件105和顯示部件106。
整流部件100對(duì)輸入的交流電源進(jìn)行整流和平滑以便輸出直流電壓。將平滑的直流電壓施加到變壓器T11初級(jí)線圈的第一端。開關(guān)部件101用脈寬調(diào)制(PWM)控制信號(hào)來接通或切斷在變壓器T11初級(jí)線圈的第二端輸出的電壓。開關(guān)部件101包括PWM控制部件101-1，根據(jù)來自反饋塊101-2的反饋電壓和來自同步塊(SYNC)101-3的同步信號(hào)來產(chǎn)生PWM信號(hào)；和場效應(yīng)晶體管(FET)，響應(yīng)PWM信號(hào)來切換初級(jí)線圈的第二端。
通過抑制當(dāng)FET Q11截止時(shí)產(chǎn)生的沖擊電壓，緩沖電路102防止了FETQ11的毀壞。緩沖電路102包括包括電阻R11、電容C12和二極管D15的上部緩沖電路，和包括電阻R12、電容C13和二極管D16的下部緩沖電路。對(duì)于上部緩沖電路，當(dāng)FET Q11截止時(shí)，在變壓器T11的初級(jí)線圈產(chǎn)生的沖擊電壓迅速增加，并且如果沖擊電壓超過預(yù)定電壓，則損壞開關(guān)部件101。因此，上部緩沖電路通過抑制電壓沖擊的這樣一種方式來防止FET Q11的毀壞，該這種方式是當(dāng)FET Q11截止時(shí)產(chǎn)生的電壓沖擊通過二極管D15對(duì)電容C12充電，并且然后，逐漸地通過電阻R11來放電。下部緩沖電路通過抑制當(dāng)FET Q11截止時(shí)的沖擊電壓來防止FET Q11的毀壞，以致在變壓器T11的初級(jí)線圈產(chǎn)生的沖擊電壓通過二極管D16對(duì)電容C13充電，并且然后，逐漸地通過電阻R12來放電。
當(dāng)FET Q11導(dǎo)通時(shí)變壓器103在它的初級(jí)線圈LP存儲(chǔ)能量，并且當(dāng)FETQ11截止時(shí)將能量提供給它的輸出端。將參考圖2A至2G來描述在時(shí)間間隔t1、t2和t3的變壓器103的工作?，F(xiàn)在參考圖2A，在時(shí)間間隔t1期間，當(dāng)將大約10V的柵電壓施加到FET Q11時(shí)，F(xiàn)ET Q11導(dǎo)通，并且因此，電壓Vds變成0V(圖2B)。來自整流部件的被平滑的直流電壓被施加到變壓器103的初級(jí)線圈LP，并且電流IP開始流動(dòng)(圖2C)。當(dāng)電流IP流動(dòng)時(shí)，給初級(jí)線圈LP充1/2LP*IP2焦耳的能量。此時(shí)，由于一個(gè)具有反極性的電壓被施加到次級(jí)線圈LS(圖2D)，所以電流IS不流動(dòng)(圖2E)。
在時(shí)間間隔t2，F(xiàn)ET Q11截止，這時(shí)FET Q11的柵極電壓Vgs變成0V(圖2A和2B)，并且因此，電流IP不流動(dòng)(圖2C)，以致初級(jí)線圈LP兩端的極性被計(jì)數(shù)器電動(dòng)勢所改變，該電動(dòng)勢是由用于保持先前磁通量的感應(yīng)特性而引起的。因此，存儲(chǔ)在初級(jí)線圈LP的感應(yīng)線圈能量，1/2LP*IP2焦耳，遷移到次級(jí)線圈(圖2D)。在時(shí)間間隔t3期間，在存儲(chǔ)于初級(jí)線圈的所有的能量轉(zhuǎn)移到次級(jí)線圈之后，電流IS變成0V(圖2E)，以致電流不再流過次級(jí)線圈。
整流部件100的二極管D11至D14根據(jù)下列等式(1)對(duì)在電容C11的交流電壓進(jìn)行整流和平滑Vi(dc)=Vin(ac)×2×0.9[Vdc]----(1)]]>在FET Q11切換的瞬間，電流IP從電容C11流到FET Q11，并且此時(shí)的功率消耗符合下列等式(2)P=12LP×IP2×f[W]----(2)]]>在等式(2)中，f是開關(guān)部件101的切換頻率，和LP是變壓器103初級(jí)線圈的電感，為制造商所知。因此，如果在FET Q11接通的瞬間已知電流IP，則可通過等式(2)來計(jì)算合成功率消耗。然而，測量電流IP的值存在困難，因?yàn)闉榇送ǔＰ枰粋€(gè)專門的測量器件。但是可通過下列等式(3)來獲得電流IP的值IP=1LP(Vi×ton)[A]----(3)]]>即，電流IP的值可通過FET Q11的接通時(shí)間來獲得，并且可通過下列等式(4)來計(jì)算合成的功率消耗P=12Vi2×ton2Lp×f[W]-----(4)]]>因此，如果已知FET Q11的接通時(shí)間，則可通過上述等式(4)來計(jì)算合成的功率消耗?，F(xiàn)在，將描述提供用于計(jì)算FET Q11的接通時(shí)間和在變壓器103次級(jí)線圈的電壓VS的調(diào)壓部件104。
在FET Q11截止的瞬間，由于計(jì)數(shù)器電動(dòng)勢產(chǎn)生的在變壓器103的次級(jí)線圈的電壓VS的波形如圖2D上升。如圖2D所示，當(dāng)次級(jí)電壓VS降低在地電平以下時(shí)的時(shí)間間隔與FET Q11的接通時(shí)間相同。在圖1所示的調(diào)壓部件104中，電阻R13和R14形成一個(gè)用來降低次級(jí)電壓VS的衰減器，以便提供一個(gè)被衰減的波形Va，如圖2F所示。例如齊納(Zerner)二極管ZD11的一個(gè)箝位器件將超過5.1V的電壓箝位到5.1V，和將低于-0.7V的電壓箝位到-0.7V，以便提供如圖2G所示的被箝位的波形Vc，并將被箝位的信號(hào)輸出到控制部件105。
控制部件105計(jì)算從調(diào)壓部件104提供的開關(guān)部件101的切換頻率(1/T)和對(duì)應(yīng)于圖2G中低電平區(qū)域所示的時(shí)間間隔的FET Q11的接通時(shí)間。因此，通過替換等式(4)中的FET Q11的所計(jì)算的接通時(shí)間，可以得到合成的功率消耗。如果消費(fèi)者想要有這樣一種顯示，則可通過顯示部件106來顯示這樣計(jì)算的功率消耗。
參考圖3和4A至4I，下面將描述一種通過使用變壓器303初級(jí)線圈的電壓Vds來測量功率消耗的方法。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于測量功率消耗的裝置的電路圖。圖3所示的裝置包括整流部件300、開關(guān)部件301、緩沖電路302、變壓器T31、調(diào)壓部件304、控制部件305和顯示部件306。
整流部件300對(duì)輸入的交流電流進(jìn)行整流和平滑以便產(chǎn)生直流電壓。將所平滑的直流電壓施加到變壓器T31初級(jí)線圈LP的第一端。開關(guān)部件301用PWM控制信號(hào)來接通和切斷在變壓器T31初級(jí)線圈的第二端輸出的電壓。開關(guān)部件301包括PWM控制部件301-1，根據(jù)來自反饋塊301-2的反饋電壓和來自同步(SYNC)塊301-3的同步信號(hào)來產(chǎn)生PWM信號(hào)；和場效應(yīng)晶體管(FET)Q31，響應(yīng)PWM信號(hào)切換初級(jí)線圈LP的第二端。
緩沖電路302通過抑制當(dāng)FET Q31截止時(shí)產(chǎn)生的沖擊電壓來防止FETQ31的毀壞。緩沖電路302包括包括電阻R31、電容C32和二極管D35的上部緩沖電路，和包括電阻R32、電容C33和二極管D36的下部緩沖電路。對(duì)于上部緩沖電路，當(dāng)FET Q31截止時(shí)，在變壓器T31的初級(jí)線圈LP產(chǎn)生的沖擊電壓迅速增加，并且如果沖擊電壓超過預(yù)定電壓，則損壞開關(guān)單元101。因此，上部緩沖電路通過抑制電壓沖擊的這樣一種方式來防止FET Q31的毀壞，這種方式是當(dāng)FET Q31截止時(shí)產(chǎn)生的電壓沖擊通過二極管D35對(duì)電容C32充電，并且然后，逐漸地通過電阻R31來放電。下部緩沖電路通過抑制當(dāng)FET Q31截止時(shí)的沖擊電壓來防止FET Q31的毀壞，以致在變壓器T31的初級(jí)線圈產(chǎn)生的沖擊電壓通過二極管D36對(duì)電容C33充電，并且然后，逐漸地通過電阻R32來放電。
當(dāng)FET Q31導(dǎo)通時(shí)變壓器T31在它的初級(jí)線圈LP存儲(chǔ)能量，并且當(dāng)FETQ31截止時(shí)將能量提供給次級(jí)線圈LS。將參考圖4A至4I來描述在時(shí)間間隔t1、t2和t3的變壓器T31的工作。在時(shí)間間隔t1，將大約10V的電壓施加到FET Q31的柵極(圖4A)時(shí)，F(xiàn)ET Q31導(dǎo)通，并且因此，電壓Vds變成0V(圖4B)。由于施加到變壓器T31的初級(jí)線圈LP的直流輸入電壓，電流IP開始流動(dòng)(圖4C)。當(dāng)電流IP流動(dòng)時(shí)，給初級(jí)線圈LP充1/2LP*IP2焦耳的能量。此時(shí)，由于一個(gè)具有反極性的電壓被施加到次級(jí)線圈LS(圖4D)，所以電流IS不流動(dòng)(圖4E)。在時(shí)間間隔t2，F(xiàn)ET Q31截止，這時(shí)FET Q31的柵極電壓Vgs變成0V(圖4A和4B)，并且因此，電流IP不流動(dòng)(圖4C)，以致流過初級(jí)線圈LP的極性被計(jì)數(shù)器電動(dòng)勢所改變，該電動(dòng)勢是由用于保持先前磁通量的感應(yīng)特性而引起的。因此，存儲(chǔ)在初級(jí)線圈LP的感應(yīng)線圈能量1/2LP*IP2焦耳遷移到次級(jí)線圈LS(圖4D)。在時(shí)間間隔t3期間，在存儲(chǔ)于初級(jí)線圈的所有的能量轉(zhuǎn)移到次級(jí)線圈之后，電流IS變成0A(圖4E)，以致電流不再流過次級(jí)線圈。
整流部件300的二極管D31至D34根據(jù)下列等式(5)對(duì)電容C31的交流電壓進(jìn)行整流和平滑Vi(dc)=Vin(ac)×2×0.9[Vdc]----(5)]]>在FET Q31接通的瞬間，電流IP從電容C31流到FET Q31，并且切換瞬間的功率消耗符合下列等式(6)P=12LP×IP2×f[W]----(6)]]>在上面的等式(6)中，f是開關(guān)部件101的切換頻率，和LP是變壓器初級(jí)線圈的電感，為制造商所知。因此，如果在FET Q31接通的瞬間已知電流IP，則可通過等式(6)來計(jì)算合成功率消耗。然而，測量電流IP的值存在困難，因?yàn)闉榇送ǔＰ枰粋€(gè)專門的測量器件。但是可通過下列等式(7)來獲得電流IP的值IP=1LP(Vi×ton)[A]----(7)]]>即，電流IP的值可通過FET Q31的接通時(shí)間來獲得，并且可通過下列等式(8)來計(jì)算合成功率消耗P=12Vi2×ton2Lp×f(W)----(8)]]>
因此，如果已知FET Q31的接通時(shí)間，則可通過上述等式(8)來計(jì)算合成功率消耗。
調(diào)壓部件304提供用來計(jì)算FET Q31的接通時(shí)間的信號(hào)和在變壓器T31的電壓Vds，對(duì)其描述如下。
電阻R34和R35形成一個(gè)衰減器，用來將圖4D所示的初級(jí)電壓Vds電平衰減到常規(guī)電平，例如1/20Vds電平。被衰減的初級(jí)電壓Vds的波形在圖4F中示出。例如齊納二極管ZD31的第一箝位器件將超過12V的被衰減的初級(jí)電壓Va1的電壓箝位到12V(Vc1)，如圖4G所示。變壓器T32將箝位的初級(jí)電壓Vc1變換成變壓器T32的次級(jí)線圈的電壓Vt1。變壓器T32的互感將信號(hào)變換成交流信號(hào)，以便獲得如圖4H所示的波形。需要注意的是，在圖4H的波形中，對(duì)于0V的上部和下部具有一個(gè)相同的幅度。例如齊納二極管ZD32的第二箝位器件將超過5.1V的電壓箝位到5.1V，和將低于-0.7V的電壓箝位到-0.7V，以便提供如圖4I所示的波形Vc2并將被箝位的信號(hào)輸出到控制單元305。
控制部件305計(jì)算從調(diào)壓部件304提供的開關(guān)部件301的切換頻率(1/T)和對(duì)應(yīng)于圖4I中低電平區(qū)域(-0.7V)所示的時(shí)間間隔的FET Q31的接通時(shí)間。因此，通過替換上述等式(8)中的FET Q31的所計(jì)算的接通時(shí)間，可以得到合成的功率消耗。如果消費(fèi)者想要有這樣一種顯示器，則可通過顯示部件306來顯示這樣計(jì)算的功率消耗。
根據(jù)本發(fā)明上面的描述，可以實(shí)現(xiàn)一種通過使用變壓器T11的次級(jí)線圈的電壓VS來測量功率消耗的方法或一種通過使用變壓器T31的初級(jí)線圈的電壓Vds來測量功率消耗的方法。然而，根據(jù)上述在相同的電路中實(shí)現(xiàn)兩種方法的所公開內(nèi)容可以構(gòu)造一個(gè)電路。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用如上所述的SMPS來實(shí)時(shí)測量和顯示產(chǎn)品的功率消耗，消費(fèi)者可以確認(rèn)產(chǎn)品的正常工作并提高了產(chǎn)品的可靠性。
雖然參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解，在不背離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)中做出各種各樣的修改。
權(quán)利要求
1.一種用于測量功率消耗的裝置，包括整流單元，對(duì)輸入的交流電壓進(jìn)行整流和平滑以便輸出直流電壓；變壓單元，具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，初級(jí)線圈用于接收來自整流單元的直流電壓，和次級(jí)線圈用于產(chǎn)生與初級(jí)線圈中的電流波動(dòng)一致的電壓；開關(guān)單元，用脈寬調(diào)制接通或切斷在初級(jí)線圈的直流電壓；調(diào)壓單元，對(duì)從變壓單元初級(jí)線圈的電壓衍生的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；和控制單元，該單元完成以下操作根據(jù)所調(diào)節(jié)的電壓來計(jì)算開關(guān)單元的接通時(shí)間；以及根據(jù)所計(jì)算的接通時(shí)間、開關(guān)單元的切換頻率和變壓單元的電感，來計(jì)算功率消耗。
2.如權(quán)利要求1所述的用于測量功率消耗的裝置，還包括顯示單元，用于顯示由控制單元所計(jì)算的功率消耗。
3.如權(quán)利要求1所述的用于測量功率消耗的裝置，其中調(diào)壓單元包括降壓部件，將從變壓單元初級(jí)線圈衍生的電壓降低在某一電平之下；第一箝位部件，將所降低的電壓箝位在第一恒定電壓電平；變壓器，對(duì)第一箝位電壓進(jìn)行變換；和第二箝位部件，將變換的電壓箝位在第二恒定電壓電平，以便輸出所調(diào)節(jié)的電壓。
4.一種用于測量功率消耗的裝置，包括整流單元，對(duì)輸入的交流電壓進(jìn)行整流和平滑以便輸出直流電壓；變壓單元，具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，初級(jí)線圈用于接收直流電壓，和次級(jí)線圈用于產(chǎn)生與初級(jí)線圈中的電流波動(dòng)一致的電壓；開關(guān)單元，用脈寬調(diào)制接通或切斷在初級(jí)線圈的輸出電壓；調(diào)壓單元，對(duì)從變壓單元的次級(jí)線圈的電壓衍生的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；和控制單元，該單元完成以下操作根據(jù)所調(diào)節(jié)的電壓來計(jì)算開關(guān)單元的接通時(shí)間；以及根據(jù)所計(jì)算的接通時(shí)間、開關(guān)單元的切換頻率和變壓單元的電感，來計(jì)算功率消耗。
5.如權(quán)利要求4所述的用于測量功率消耗的裝置，還包括顯示單元，用于顯示由控制單元所計(jì)算的功率消耗。
6.如權(quán)利要求4所述的用于測量功率消耗的裝置，其中調(diào)壓單元包括降壓部件，將從變壓單元次級(jí)線圈的電壓衍生的電壓降低在某一電平之下；以及箝位部件，將降低的電壓箝位在一個(gè)恒定電壓電平。
7.一種用于測量功率消耗的裝置，包括整流單元，對(duì)輸入到整流單元的交流電壓進(jìn)行整流和平滑以便輸出直流電壓；變壓單元，具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，用于在次級(jí)線圈產(chǎn)生與初級(jí)線圈中的電流波動(dòng)一致的電壓；開關(guān)單元，用脈寬調(diào)制接通或切斷在初級(jí)線圈的輸出電壓；調(diào)壓單元，對(duì)從初級(jí)線圈的電壓衍生的第一電壓和從次級(jí)線圈衍生的電壓中的至少一個(gè)進(jìn)行調(diào)節(jié)；以及控制單元，該單元完成以下操作根據(jù)至少一個(gè)衍生的電壓來計(jì)算開關(guān)單元的接通時(shí)間；以及根據(jù)所計(jì)算的接通時(shí)間、開關(guān)單元的切換頻率和變壓單元的電感，來計(jì)算功率消耗。
8.如權(quán)利要求7所述的用于測量功率消耗的裝置，還包括顯示單元，顯示由控制單元所計(jì)算的功率消耗。
9.如權(quán)利要求7所述的用于測量功率消耗的裝置，其中調(diào)壓單元對(duì)從初級(jí)線圈的電壓衍生的第一電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，該調(diào)壓單元包括降壓部件，將從變壓單元初級(jí)線圈衍生的電壓降低在某一電平之下；第一箝位部件，將降低的電壓箝位在第一恒定電壓電平；變壓器，對(duì)第一箝位的電壓進(jìn)行變換；以及第二箝位部件，將變換的電壓箝位在第二恒定電壓電平。
10.如權(quán)利要求7所述的用于測量功率消耗的裝置，其中調(diào)壓單元對(duì)從變壓單元的次級(jí)線圈的第二電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，該調(diào)壓單元包括降壓部件，將從變壓單元次級(jí)線圈衍生的電壓降低在某一電平之下；箝位部件，降低的電壓箝位在一個(gè)恒定電壓電平。
11.一種用于計(jì)算電氣設(shè)備的功率消耗的方法，該電氣設(shè)備通過具有預(yù)定初級(jí)線圈電感的變壓器來供電，其中變壓器初級(jí)線圈的電流由脈寬調(diào)制來接通或切斷以便將功率提供給電氣設(shè)備，該方法包括確定經(jīng)過初級(jí)線圈的驅(qū)動(dòng)電壓；產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)于次級(jí)線圈中電流的接通時(shí)間的第一電平和第二電平的脈沖波形；根據(jù)經(jīng)過初級(jí)線圈的驅(qū)動(dòng)電流、初級(jí)線圈中電流的接通時(shí)間和初級(jí)線圈的預(yù)定電感，來確定輸入電流；以及根據(jù)一個(gè)等式來計(jì)算功率消耗P=12Vi2×ton2Lp×f(W),]]>其中P是所計(jì)算的功率消耗；Vi是驅(qū)動(dòng)電壓；Lp是初級(jí)線圈的預(yù)定電感；ton是初級(jí)線圈中電流的接通時(shí)間；以及f(W)是脈寬調(diào)制的切換頻率。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓采樣；對(duì)在預(yù)定最大值和最小值的采樣的驅(qū)動(dòng)電壓箝位；以及確定來自所箝位電壓的接通時(shí)間。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中驅(qū)動(dòng)電壓的采樣包括使用具有預(yù)定匝數(shù)比的第二變壓器對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行變換，以便輸出所采樣的驅(qū)動(dòng)電壓。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中驅(qū)動(dòng)電壓的采樣包括根據(jù)預(yù)定比率對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓減壓，以便輸出所采樣的驅(qū)動(dòng)電壓。
15.一種用于計(jì)算電氣設(shè)備的功率消耗的裝置，該電氣設(shè)備通過具有預(yù)定初級(jí)線圈電感的變壓器來供電，其中變壓器初級(jí)線圈的電流由脈寬調(diào)制來接通或切斷，以便通過變壓器的次級(jí)線圈將來自輸入電壓的功率提供給電氣設(shè)備，該裝置包括采樣電路，輸出具有對(duì)應(yīng)于初級(jí)線圈中電流的接通時(shí)間的第一電平和第二電平的采樣的脈沖波形；控制器，其完成以下操作根據(jù)采樣的脈沖波形來確定電流的接通時(shí)間和脈寬調(diào)制的切換頻率；以及根據(jù)電流的接通時(shí)間、脈寬調(diào)制的切換頻率、輸入電壓的值以及預(yù)定初級(jí)線圈電感，來計(jì)算功率消耗。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，控制器根據(jù)一個(gè)等式計(jì)算功率消耗P=12Vi2×ton2Lp×f(W)]]>其中P是所計(jì)算的功率消耗；Vi是輸入電壓的值；Lp是預(yù)定初級(jí)線圈電感；ton是初級(jí)線圈中電流的接通時(shí)間；以及f(W)是脈寬調(diào)制的切換頻率。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中初級(jí)線圈的第一端連接輸入電壓；由于電流的切換在初級(jí)線圈的第二端產(chǎn)生另一個(gè)電壓；以及采樣電路包括衰減器，對(duì)在初級(jí)線圈第二端所產(chǎn)生的電壓進(jìn)行衰減；電壓箝位器，將所衰減的電壓限制為第一峰峰值；第二變壓器，將所限制的峰峰電壓變換為具有第二峰峰值的電壓；和第二電壓箝位器，將所變換的電壓限制為第三峰峰值，以便輸出所采樣的脈沖波形。
18.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中采樣電路包括衰減器，對(duì)由電流的切換在次級(jí)線圈產(chǎn)生的電壓進(jìn)行衰減；以及箝位電路，將衰減的電壓箝位在預(yù)定峰峰值，以便輸出所采樣的脈沖波形。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中初級(jí)線圈的第一端連接到輸入電壓；由于電流的切換在初級(jí)線圈的第二端產(chǎn)生另一個(gè)電壓；以及采樣電路包括衰減器，對(duì)在初級(jí)線圈的第二端所產(chǎn)生的電壓進(jìn)行衰減；電壓箝位器，將所衰減壓的電壓限制為第一峰峰值；第二變壓器，將所限制的峰峰電壓變換為具有第二峰峰值的電壓；以及第二電壓箝位器，將所變換的電壓限制為第三峰峰值，以便輸出所采樣的脈沖波形。
20.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中采樣電路包括衰減器，對(duì)由電流的切換在次級(jí)線圈所產(chǎn)生的電壓進(jìn)行衰減；以及箝位電路，將所衰減的電壓限制為預(yù)定峰峰值，以便輸出所采樣的脈沖波形。
21.一種用于從直流電壓給電氣設(shè)備供電并具有功率消耗測量功能的開關(guān)型電源，該開關(guān)型電源包括變壓器，具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，初級(jí)線圈具有第一端、第二端和預(yù)定電感，初級(jí)線圈的一端連接到直流電壓；驅(qū)動(dòng)電路，連接到初級(jí)線圈的第二端，并根據(jù)脈寬調(diào)制切換初級(jí)線圈中的電流接通和切斷；脈寬調(diào)制器，根據(jù)控制信號(hào)提供脈寬調(diào)制；第二整流電路，對(duì)在變壓器的次級(jí)線圈的電壓進(jìn)行整流；和采樣電路，輸出具有對(duì)應(yīng)于初級(jí)線圈中電流的接通時(shí)間的第一電平的所采樣的脈沖波形和第二電平；以及控制器，其完成以下操作根據(jù)所采樣的脈沖波形來確定電流的接通時(shí)間和脈寬調(diào)制的切換頻率；和根據(jù)電流的接通時(shí)間、脈寬調(diào)制的切換頻率、直流電壓值和預(yù)定初級(jí)線圈電感，來計(jì)算功率消耗。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中，控制器根據(jù)一個(gè)公式來計(jì)算功率消耗P=12Vi2×ton2Lp×f(W)]]>其中P是所計(jì)算的功率消耗；Vi是直流電壓值；Lp是預(yù)定初級(jí)線圈電感；ton是初級(jí)線圈中電流的接通時(shí)間；以及f(W)是脈寬調(diào)制的切換頻率。
23.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中由于初級(jí)線圈中電流的切換，在初級(jí)線圈的第二端產(chǎn)生另一個(gè)電壓；以及采樣電路包括衰減器，對(duì)所產(chǎn)生的電壓進(jìn)行衰減；電壓箝位器，將所衰減的電壓限制為具有第一峰峰值的電壓；第二變壓器，將所限制的峰峰電壓變換為具有第二峰峰值的電壓；以及第二電壓箝位器，將所變換的電壓限制為第三峰峰值，以便輸出所采樣的脈沖波形。
24.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中采樣電路包括衰減器，對(duì)由電流的切換在次級(jí)線圈所產(chǎn)生的電壓進(jìn)行衰減；以及箝位電路，將所衰減的電壓限制為預(yù)定峰峰值，以便輸出所采樣的脈沖波形。
全文摘要
一種用于實(shí)時(shí)測量和顯示由開關(guān)型電源(SMPS)供電的產(chǎn)品的功率消耗的裝置。通過具有預(yù)定初級(jí)線圈電感的變壓器將功率提供給產(chǎn)品，其中通過脈寬調(diào)制來接通和切斷變壓器初級(jí)線圈的電流以便將功率提供給電氣設(shè)備。監(jiān)控通過初級(jí)線圈的驅(qū)動(dòng)電流，并且產(chǎn)生一種具有對(duì)應(yīng)于初級(jí)線圈中電流的接通時(shí)間的第一電平和對(duì)應(yīng)于初級(jí)線圈中電流的切斷時(shí)間的第二電平的脈沖波形。根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓、初級(jí)線圈中電流的接通時(shí)間、預(yù)定初級(jí)線圈電感和SMPS的脈寬調(diào)制的切換頻率，來計(jì)算功率消耗。
文檔編號(hào)G01R21/127GK1487299SQ0314744
公開日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2003年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者崔容勛 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社