[发明专利]用于检测电力系统的基频的系统和方法

说明书

相关申请

本申请要求2011年4月29日申请的美国专利申请第13/097,796号的优先权，并且涉及也在2011年4月29日申请的共同待审批申请“APPARATUS AND METHOD FOR REAL TIME HARMONIC SPECTRAL ANALYZER”美国专利申请第13/098,305号。

发明背景

频率检测器是确定信号的频率和相位信息的装置。频率检测器用在通信和电力系统以及消费性电子装置中以协助将不同频率的多个信号同步为已知频率。例如，第一电系统可具体体现为传输具有可随时间而漂移的频率的电的电力网。第二电系统可具体体现为用于将电注入电力网的发电机。但是，为了高效地注入，所产生电力的频率必须与电网电力相位对齐。因此，频率检测器可在发电机内用于检测偏移的电力网频率并且将其产生的电同步为用于注入的电网频率。

过零点检测方法已被用于判定信号频率。过零点检测器可实施在硬件系统或软件系统中。正弦信号可使用X-Y平面在数量上测量。X轴可代表时间且Y轴可代表信号振幅。信号振幅可围绕信号的中值“零电平”振幅在正峰值与负峰值之间振荡。零电平振幅可等效于系统接地。过零点检测器可计算正弦信号可在X轴时间段内围绕Y轴零电平振幅振荡的速率以确定信号频率。每当信号越过零电平振幅，过零点检测器可递增计数器。例如，在1秒内越过零电平振幅Y轴120次的正弦信号可被检测为具有60Hz频率——两次越过可代表完整信号周期。

过零点检测器可通过对未知信号采样以对信号的每个零电平振幅越过进行计数而实施。过零点检测器的限制在于其必须按高采样率运行以对每个零电平信号越过进行计数。这是必要的，因为过零点检测器将个别振幅采样值与预期的零电平振幅值比较以确定零电平是否已被越过。如果输入信号的采样太慢，那么过零点检测器可能“错过”零电平采样值并且因此不正确地估计输入信号频率。采样率必须比被检测信号频率运行快几个数量级。高采样率转化为过零点检测方法的高运行功率。过零点检测器的另一个限制在于其对所有零电平振幅进行计数。如果正弦信号噪声特别多（例如，其具有使正弦变形的许多伪假象），那么过零点检测器无法区分伪零电平与实际信号零电平。因此，过零点检测器通常需要预调节输入信号以移除这种噪声。这种信号预调节要求额外装置的实施，其耗用硅面积以在过零点检测之前移除信号噪声。

因此，在本领域中需要一种节省电力并且使硅面积最小化的频率检测器。

附图说明

图1图示根据本发明的实施方案的频率检测器的方框图。

图2图示根据本发明的实施方案的用于检测具有未知基频的输入信号的基频的方法。

图3至图4是适合与上述实施方案的频率检测器一起使用的示例性系统的方框图。

图5至图6图示根据本发明的实施方案的具有示例性回路控制器的频率检测器的方框图。

图7是适合与上述实施方案的频率检测器一起使用的示例性系统的方框图。

具体实施方式

本发明的实施方案提供技术从而以减小的硅面积和电力消耗执行频率检测。根据这些实施方案，频率检测器可实施为反馈控制回路，其包括相位误差检测器、回路控制器和数字控制振荡器。频率检测器可检测输入信号的基频并且产生代表输入信号的基频的输出信号。频率检测器还可包括滤波器，所述滤波器可耦接至频率检测器输出信号以将伪音或噪声从输出信号中移除。将频率检测器实施为反馈控制回路和滤波器所需的硅面积和电力消耗可小于实施过零点检测器所需的面积和电力消耗。