專利名稱：插入式電力線調節器的制作方法
插入式電力線調節器發明人R. A.海德，喬丁 · T ·卡勒，以及小羅韋爾· L ·伍德概述根據一個實施方案，一種對電路上的交流電壓波形進行校正的方法包括通過一個電插座從一個電路上接收一個交流電壓波形，生成一個被配置為將該電壓波形轉換為一個校正交流電壓波形的校正波形，以及通過該電插座將該校正波形插入到該電路上。可選地，該方法可以包括從電插座拉取電力。根據一個實施方案，一種用于校正交流電壓波形的裝置包括一個電插頭；一個傳感器電路，該傳感器電路操作性地連接到該電插頭；一個邏輯電路，該邏輯電路操作性地連接到該傳感器電路的并且被配置為用來輸入一個校正信號；以及一個驅動電路，該驅動電路操作性地連接用來從該邏輯電路接收該校正信號的并且向該電插頭輸出一個相應的校正波形。可選地，該裝置可以包括一個充電存儲裝置，該充電存儲裝置被配置為向該傳感 器電路、該邏輯電路以及該驅動電路供電。可選地，該充電存儲裝置可以通過一個與該電插頭操作性地連接的充電器電路接收電荷。根據一個實施方案，一種用于對交流電壓波形進行校正的方法包括從一個電路接收一個電壓波形，接收一個同步信號，根據該同步信號計算對該交流電壓波形的校正，以及將對該交流電壓波形的校正插入到該電路上。根據一個實施方案，一種用來進行電力線調節的裝置包括一個電壓分接頭，該電壓分接頭被配置為用來從電路接收一個交流電壓；一個通信接口，該通信接口被配置為接收至少一個同步信號；以及一個邏輯電路，該邏輯電路操作性地連接到該第一個電壓分接頭和該通信接口并且被配置為響應于從該電壓分接頭和該通信接口接收到的信號輸出一個電壓校正信號。前述概述僅僅是說明性的，并且并不旨在以任何方式作為限制。除了上文描述的說明性方面、實施方案以及特征之外，通過參考圖示以及以下詳細描述將明了另外的方面、實施方案以及特征。附圖
簡要說明圖I是根據一個實施方案的一種對交流電壓波形進行校正的裝置的框圖。圖2是一個流程圖，該流程圖根據一個實施方案展示了一種對電路上的交流波形進行校正的方法。圖3是一個流程圖，該流程圖展示了圖2中的方法的實施方案，包括額外的細節。圖4是一個流程圖，該流程圖根據一個實施方案展示了圖2和圖3中示出的一種生成校正波形的方法。圖5根據一個實施方案展示了關于圖4的幾個示意性簡化波形。圖6是根據一個實施方案的一種被配置為對交流電壓波形進行校正的裝置的框圖，該裝置包括一個同步電路。圖7是根據一個實施方案的一種被配置為用來從電路拉取電力并且將一個校正信號插入到電路中以校正交流電壓波形的裝置的框圖。
圖8是一個流程圖，該流程圖展示了根據一個實施方案的一種響應于所接收到的同步信號將校正插入到電路上的方法。詳細描述在以下詳細描述中參考附圖，附圖形成本文的一部分。在圖中，相似的符號通常區分相似的組件，除非上下文另外規定。在詳細描述、圖示以及權利要求書中所描述的說明性實施方案并不意圖進行限制。在不脫離本文呈現的主題的精神或范圍的情況下，可以利用其他實施方案，并且可做出其他改動。圖I是根據一個實施方案的一種用來對交流電(AC)電壓波形進行校正的裝置101的框圖。電插頭102可以被配置為用來連接到一個標準壁裝電源插座上。傳感器電路104操作性地連接到該電插頭上。該傳感器電路104是可以運行用來感測在一個電路上的電插頭102接收的一個交流波形的電壓(比如一個60赫茲功率波形)。邏輯電路106操作性地連接到傳感器電路104上并且被配置為用來輸出一個校正信號。該校正信號與將該交流波 形轉換成一個希望得到的波形所需要的周期電壓校正相對應。驅動電路108操作性地連接用來從該邏輯電路106中接收該校正信號并輸出一個相應的校正波形到該電插頭102上。該校正波形與一個希望的波形與一個由邏輯電路106所決定的一個實際波形之間的差值。當通過該插頭102插到該電路上時，該校正波形添加到該接收到的波形上從而將一個做希望得到的波形放置在該交流電路上(未示出)，該交流電路將交流波形提供到該插頭102上。可選地，裝置101可以運行用來通過一個接口(未示出)從該交流電路上的另一個位置接收電流相位信息。例如，遠程傳感器可以包括一個電流傳感器IC或者一個分立電路，該分立電路被配置為用來根據歐姆定律來感測電流。該感測電流波形可以與感測交流電壓波形進行對比，從而確定任何相位差。一個相位差對應于一個功率因數錯誤。邏輯電路106可以提供一個對電壓相位進行校正來匹配電流相位的校正波形，從而進行功率因數校正。可選地，該裝置101可以包括一個浪涌保護器110，該浪涌保護器110操作性地連接到插頭102、傳感器電路104、邏輯電路106以及驅動電路108中的一個或者多個上。可選地，該浪涌保護器110可以操作性地連接到該裝置101中的其他電路上。可選地，該裝置101可以包括一個配電盤，該配電盤包括一個或多個交流插座112，而該一個或多個交流插座操作性地連接到該插頭102、傳感器電路104、邏輯電路106以及驅動電路108中的一個或者多個。可選地，該包括一個或多個交流插座112的配電盤可以操作性地連接到裝置101的其他電路上。圖2是一個流程圖，該流程圖展示了根據一個實施方案的一種用于對電路上的交流電壓波形進行校正的方法。例如，圖2的方法201可以在圖I所示的裝置101上運行。該過程201通過一個電插座從電路接收一個交流電壓波形而開始于步驟202。進行到步驟204，生成一個校正波形。該校正波形被被配置為將步驟202中接收到的波形轉換成一個校正的交流電壓波形。進行到步驟206，該校正波形通過電插座插入到電路中。可選地，過程201可以包括步驟208，該步驟可以基本上連續地發生，其中電力是從電插座拉取的。例如，電力可以用于電力電路，該電力電路用于生成和插入校正波形和/或為其他電路或者機構提供電力。例如，步驟208可以包括通過分接該交流波形的方式從電插座拉取電力。
根據一個實施方案，步驟210可以在步驟204之前。在步驟210中，所接收到的交流電壓波形可以被轉換成一個隔離的電壓波形。例如，隔離可以包括通過一個電容器或者一個光電耦合器對該交流電壓波形進行交流耦合。圖3是一個流程圖，該流程圖包括圖2中的方法201的一個實施方案，包括額外的細節。步驟208可以包括分接該交流電壓波形和將該交流電壓波形302整流為一個直流(DC)電壓。如步驟304所示，電路可以從該整流的直流電壓中拉取電力。例如，步驟208可以包括例如在接收到的交流電壓波形周期的至少一個部分期間為一個充電存儲裝置(如電容器或者蓄電池)充電。參見步驟204，生成一個校正波形包括在該接收到的交流電壓波形上進行電壓感測，如步驟306所示。進行到步驟308，該感測電壓將該交流電壓波形與一個模型電壓波形310進行對比。模型電壓波形310可以是一個正弦波或者一個多分量波。例如，步驟204、308可以包括將該交流電壓波形與一個模型波形310進行對比并生成一個殘余電壓波形，該殘余電壓波形包括與該交流電壓波形與模型波形之間的偏差異號的分量。根據一個實施 方案，該校正波形是該殘余電壓波形。根據一個實施方案，該校正波形是該殘余電壓波形的函數。根據一個實施方案，生成該校正波形可以包括過濾該殘余電壓波形并且該校正波形可以是該殘余電壓波形的過濾函數。根據一個實施方案，生成該校正波形可以包括對殘余電壓波形求一次或多次時間導數，并且該校正電壓波形可以是該殘余電壓波形的一次或多次時間導數的函數。根據一個實施方案，生成該校正波形可以包括對殘余電壓波形求一次或多次時間積分，并且該校正電壓波形可以是該殘余電壓波形的一次或多次時間積分的函數。可選地，過程301中的步驟204可以進行到步驟312，其中該校正波形被延遲。例如，步驟308中的操作可以與該隔離的交流電壓波形的接收同時發生，或者可能需要一段時間來執行。在那些執行步驟308所用時間遠大于與隔離的波形同步所用時間的實施方案中，該校正波形可以延誤一整個周期，從而使之可以與該接收到的交流電壓波形同步。進行到步驟314，該校正電壓波形被驅動插入到電路上，從該電路上該交流電壓波形在步驟202中接收。例如，步驟308中執行的處理可以在低壓下出現，例如通過使用低壓數字電路。步驟314可以包括將該低壓校正波形放大到一個對應于該接收到的交流電壓波形的振幅。放大可以包括放大到一個標稱電壓交流電壓例如120。作為替代方案，放大可以包括放大到一個與該接收到的交流電壓波形振幅接近的一個按比例縮放的電壓。在步驟206中，該校正波形接著被插回到電路中。根據一個實施方案，用來驅動該校正波形(以及用來運行附加電路)的電力可以根據步驟304從整流電力(從輸入線路分接而得)拉取。作為替代方案，驅動該校正波形(和/或運行該附加電路)的所有或者一部分電力可以由一個獨立的電源提供。圖4是一個流程圖，該流程圖展示了根據一個實施方案的圖2和圖3中由一個或多個步驟204所示的一種生成校正波形的方法401。在步驟402中，一個電路(例如模數轉換器)將接收到的交流電壓波形的電壓數字化來產生一個數字輸入波形。可選地，該數字輸入波形可以在步驟404中過濾，從而產生一個過濾后的數字輸入波形。可選地，在步驟402中產生的數字輸入波形可以按比例進行縮放。例如該數字輸入波形可以在振幅匹配步驟406中與一個模型波形310進行對比，從而產生一個按比例縮放的模型波形(SMW) 408。可選地，過濾步驟404可以包括將該數字輸入波形按比例縮放，從而與該模型波形310匹配。相應地，步驟406執行的縮放過程可以可選擇地執行從而產生一個按比例縮放的數字波形，該按比例縮放的數字波形然后可以與模型波形進行對比。例如，步驟406可以包括按比例縮放接收到的交流電壓波形或者模型波形310中的至少一個，從而在接收到的交流電壓波形的半周期內產生一個幾乎為零的殘余電壓波形的時間積分電壓。這可能導致例如該殘余電壓波形在接收到的交流電壓波形的多個每個半周期上的均值幾乎為零。可選地，該對比可能導致在接收到的交流電壓波形每個半周期內殘余電壓波形的均值幾乎為零。例如，執行振幅匹配406來產生一 幾乎為零的殘余電壓波形的時間積分電壓，和/或一個在半周期上幾乎為零的殘余電壓波形的均值可能導致提供一個不需要從該電路增加或者移除電力的校正波形到電路中。例如，這可以用來避免要求一個獨立電源來保持一個目標振幅，但仍然提供相當多的值來以其實際的振幅“消除”電路上的交流電壓波形。進行到步驟410，殘余波形被確定為該數字輸入波形或者過濾后的數字輸入波形以及模型波形或者按比例縮放的模型波形之間的差值。例如，殘余波形R’可以根據以下關系確定R = FDIff - SMW ；其中，FDIW是過濾后的數字輸入波形，并且SMW是按比例縮放的模型波形。如果該按比例縮放的模型波形從該過濾后的數字輸入波形中減去從而決定該殘余波形，那么在步驟412中將結果反轉從而將R’轉換成R。步驟410、412、以及414通過這種方式而示出，以便更加容易地觀察圖5中例子，描述如下。可選地，該殘余波形可以根據以下關系通過使按比例縮放的模型波形和該過濾后的數字輸入波形來相減來決定R=SMW-FDIff;其中，FDIW是過濾后的數字輸入波形，SMW是按比例縮放的模型波形，并且R與R’相反，如上所述。如果R用來代替R’，則反轉步驟412可以略去。相應地，一個殘余數字波形可以與一個按比例縮放的模型波形與過濾后的數字輸入波形之間的差值相對應，或者與過濾后的數字輸入波形與按比例縮放的模型波形之間相反差值相對應。根據上述過程，該殘余波形R只表示該輸入波形的未校正部分。過濾器404、按比例縮放的模型波形408和/或附加過濾可以提供一個殘余波形R，該殘余波形R對應于接收到的波形中的實際變化，從而適當地避免過程401中的諧振行為或者噪音。例如，該殘余波形R可以可選地縮放到一個值，該值足以校正接收到的波形中的50%到80%的錯誤，從而產生漸進于理想波形的控制。典型地，該過濾器404可以操作用來縮放R得到一個相對模型波形比較大的分歧，以及以一個較小的殘余將R歸零來避免“獵取”或者過程401中的其他振蕩行為。
進行到步驟414，確定一個校正波形。在步驟414中，該殘余數字波形R被添加到一個之前的周期數字校正波形上，從而產生一個數字當前周期校正波形CW。步驟414執行來考慮到這種可能性，該可能性是該接收到的波形可能已經有一個校正波形CW疊加在它的上面。因此，為了產生一個可以預測的校正，該校正波形考慮到已經存在的校正。步驟414可以包括用當前周期校正波形來覆蓋之前的周期校正波形。作為替代方案，之前的數字CW可以從步驟402中接收到的數字化電壓中減掉。在這種情況下，該殘余波形電壓與接收到的波形所需要的整個校正而不是僅僅和對應于之前沒有進行的校正的殘余錯誤相對應。在這樣的一個替代例子里，步驟414可以忽略，并且增加了從接收到的波形中減去先前的校正波形的一個步驟。進行到步驟416，進行模擬轉換從而將該數字當前周期校正波形轉換為一個模擬校正波形。進行到步驟314，該模擬校正波形被放大成與輸入交流電壓波形上的實際錯誤對應的一個電壓，從而產生一個校正波形，為插入電路上做準備。可選地，數字驅動電路可以 驅動放大器，并且步驟416和314可以合并。根據多個實施方案，該校正波形可以被被配置為用來應用以下內容中的至少一項相位校正、諧波含量移除、頻率校正、從多分量波轉換為正弦波、和/或從正弦波轉換為多分量波。根據一個實施方案，該校正波形可以被被配置為進行功率因數校正。典型地，在每個半周期上提供一個幾乎為零的殘余電壓波形可能要求該輸入頻率和該校正波形頻率相匹配，從而使得半周期相位維持同相。根據多個實施方案，一些類型的校正可以實質上適用于任何電路，例如包括攜帶從電力公司接收的交流電壓波形的家居布線。根據多個實施方案，其他類型的校正可能更好地適合隔離電路，例如來自發電機、逆變器或者其他本地電源的輸出。圖4中描述的步驟可以通過參照圖5來形象化。圖5根據一個實施方案展示了關于圖4的幾個示意性簡化波形。接收到的交流電壓波形502可以包括來自所希望的交流電壓波形的偏差。這樣的偏差例如可以對應于相位誤差、諧波含量、頻率誤差、當希望得到正弦波時與多分量波的對應關系、或者當希望得到多分量波時與正弦波的對應關系。根據一個實施方案，該偏差可以對應于一個功率因數誤差，其中電流相位和電壓相位不同。圖5的示意性實例示出了如周期“毛刺”504、506的偏差，這些偏差會例如與展現為來自發動機或者其他從電路拉取電力的電力消費者的諧波含量的開關噪聲相對應。相比之下，波形504是一個模型波形，該模型波形代表期望看到的該接收到的交流電壓波形502的理想形狀。殘余波形R’510代表接收到的交流電壓波形502不同于模型波形504的方面。在這種情況下，我們可以看到一個周期電壓毛刺504、506在接收到的交流電壓波形502的每個半周期上存在。該殘余波形R’510被反轉形成一個反轉殘余波形R512，代表電壓應該添加到該接收到的交流電壓波形的方式，從而對其進行校正以接近模型波形508。校正信號514對應于該反轉的殘余波形R 512并且相似于電壓毛刺516、518但振幅有所減小，其中該電壓毛刺被被配置為用來減少接收到的交流電壓波形502和模型波形508之間的差值的幅值。圖6是一個包括同步電路602的裝置601的框圖，該裝置根據一個實施方案被被配置為用來對交流電壓波形進行校正。和圖I的裝置101 —樣，電插頭102可以被被配置為連接到一個標準的壁裝插座上。傳感器電路104操作性地連接到該電插頭上。該傳感器電路104是可以運行用來感測在一個電路上的該電插頭102接收的一個交流電壓波形(t匕如60赫茲功率波形)的電壓。邏輯電路106操作性地連接到該傳感器電路104上并且被被配置為用來輸出一個校正信號。該校正信號對應于將接收到的交流電壓波形轉換成一個希望得到的交流電壓波形所需要的周期電壓校正。該同步電路602可以被被配置為給邏輯電路106提供周期、相位信息或者其他不包含在接收到的波形里的信息。例如，對于其中裝置601被被配置為將相位校正施加到一個通過插頭102接收到的波形上的實施方案，該同步電路可以提供一個同步到標稱相位的時鐘信號，比如在電路的另一個位置處的一個相位或者另一個電路的相位。同步電路602可以例如由該邏輯電路106使用，從而選擇一個模型波形的相位或者周期。如上所述，則該邏輯電路106可以使用該同步模型波形作為將所接收到的交流電壓波形驅動到其上的目標。該同步電路602可以被被配置為生成一個同步信號，例如通過從一個晶體振蕩器中分離出一個時鐘信號。可替代地或者額外地，該同步電路可以包括一個接口，該接口被被配置為用來接收數據或者接收來自一個遠程資源的同步信號。 驅動電路108操作性地連接用來從該邏輯電路106中接收該校正信號并輸出一個相應的校正波形到該電插頭102上。該校正波形對應于一個希望得到的波形與一個由該邏輯電路106決定的一個實際交流電壓波形之間的差值。當通過插頭102插入電路中時，該校正波形添加到所接收到的交流電壓波形中，從而將一個希望得到的交流電壓波形放置到電路。傳感器電路104可以被配置為包括一個電壓分接頭從而從一個電路中接收一個交流電壓，例如通過插頭102從一個電插座接收。該電壓分接頭可以可選地為電路604供電，該電路被配置為向傳感器電路104、邏輯電路106、驅動電路108、和/或同步電路602中的一個或者多個供電。該同步電路602可以包括或者主要由一個被配置為接收至少一個同步信號的通信接口組成。該邏輯電路可以例如通過電路604操作性地連接到第一電壓分接頭以及同步電路或者通信接口 602。邏輯電路106是并且被配置為響應于從該電壓分接頭和通信接口接收到的信號而輸出一個電壓校正信號。該傳感器電路104可以包括一個在邏輯電路106和電壓分接頭之間的電氣隔離電路。可選地，電氣隔離電路可以被提供為與傳感器電路104分離的電路。該電氣隔離電路可以保護傳感器電路104不受線電壓影響和/或可以保護該邏輯電路106不受傳感器電路104的電壓影響。驅動電路108可以包括一個放大器電路，該放大器電路被配置為放大該電壓校正信號以插到電路上。電路604可以包括一個充電存儲裝置，該充電存儲裝置被配置為用來從電路上接收電荷并將電荷輸出到放大器電路上，該放大器電路可以合并到驅動電路108中。根據一個實施方案，插頭102提供一個信號連接，該信號連接被配置為用來從電路上接收交流電壓波形并將該電壓校正信號輸出到電路上。因此，該信號連接可以通過一個電插座連接到該電路上。可選地，該信號連接可以在一個替代實施方案中提供，例如被配置為通過接線螺帽或者替代的傳統連接而連接到電路上的兩個或多個電纜。傳感器電路104可以包括一個電壓傳感器，該電壓傳感器被配置為感測在電壓分接頭處接收到的電壓。圖7是根據一個實施方案的一種被配置為從電路拉取電力并且將一個校正信號插入到電路中以對交流電壓波形進行校正的裝置701的框圖。電插頭102可以被配置為連接到一個標準壁裝電源插座上。傳感器電路104操作性地連接到該電插頭上。該傳感器電路104是可以運行用來感測在一個電路上的由該電插頭102接收的一個交流電壓波形(t匕如一個60赫茲功率波形)的電壓。邏輯電路106操作性地連接到該傳感器電路104上并且被配置為用來輸出一個校正信號。校正電壓驅動108操作性地連接用來從該邏輯電路106中接收校正信號并輸出一個相應的校正波形到電插頭102上。該校正波形對應于一個希望得到的波形與一個由該邏輯電路106決定的一個實際交流電壓波形之間的差值。當通過插頭102插入電路中時，該校正波形添加到所接收到的交流電壓波形中，從而將一個希望得到的交流電壓波形放置到電路上。 充電器702操作地連接來通過電插口 102從電路中接收電力。例如，充電器702可以從該電插頭拉取電力并且將該接收到的交流電壓整流成一個或多個直流電壓。充電器702將電荷輸出到一個充電存儲裝置704中，該充電存儲裝置被配置為向傳感器電路104、邏輯電路106以及驅動電路108供電。例如，該充電存儲裝置704可以包括存儲電容器、存儲電感器、蓄電池、電池、可充電電池或者不可充電電池中的至少一個。根據一個實施方案，電氣隔離電路(未出)可以包含在電插頭102和傳感器電路104之間。可選地，該傳感器電路104可以包括一個集成電氣隔離電路。該電氣隔離電路(未示出)可以從線電壓中隔離該傳感器電路104和/或邏輯電路106，并使它們可以在TTL或者其他邏輯電壓水平下運行。該傳感器電路104通常是一個電壓傳感器電路。校正信號通常包括一個電壓校正波形。邏輯電路106可以包括一個微控制器706，該微控制器操作性地連接到一個或多個物理存儲設備上，這些存儲設備通過總線710組織成一個計算機可讀內存708。典型地，內存708可以包括一個程序存儲區712，該程序存儲區包括計算機可執行指令。該內存可以包括一個過濾器和/或縮放器區714，該過濾器和/或縮放器區被配置為過濾和/或縮放一個在輸入波形區716接收到的輸入波形和/或一個存儲在模型波形區718的模型波形。例如，該過濾器和/或縮放器714可以實現為一種算法。例如，正如結合圖4所描述的，該過濾器和/或縮放器可以將該輸入波形716以及該模型波形區718縮放為彼此從而減少或者消除將凈電流供應到校正波形的需要。例如，該校正波形可以輸出到一個校正波形存儲區720中，該波形可以在該存儲區中延遲，直到與下一個周期同步。根據另一個實施方案，過濾器和/或縮放器714可以實現為一個或多個查詢表(LUT)。可以提供工作空間722來進行計算或者數據等等。可選地，內存708可以至少部分地集成到該微控制器706中。在操作中，邏輯電路106可以被配置為根據一個過程計算一個校正波形，該過程包括從一個模型波形中減去一個感測波形來決定一個殘余波形，或者從感測波形中減去該模型波形并且反轉差值來決定該殘余波形。邏輯電路106可以被配置為按比例縮放該模型波形、過濾感測波形、或者過濾該殘余波形，從而使得在一個交流電半周期上，該殘余波形包括對時間的正積分電壓，該正積分電壓與對時間的負積分電壓幾乎相等。邏輯電路106可以被配置為通過一個過程確定校正波形720，該過程包括將該殘余波形添加到之前計算的校正波形720里。例如，通過更新之前計算的校正波形，該邏輯電路可以被配置為響應于感測電壓波形隨時間的變化。為了避免振蕩和/或其他不穩定行為，該邏輯電路過濾器714可以包括一個過濾器，該過濾器被配置為驅動邏輯電路106在一個交流電周期內對一個接收到的電壓信號進行非完全校正。可選地，該邏輯電路可以被配置為加速一個電壓校正的至少一部分，其方式是通過根據先前半個周期內的電壓偏差預測半個周期內的電壓偏差，例如像先前的(異號)半個周期或倒數第二(同號)半周期。可選地，裝置701可以包括一個同步電路602，該同步電路被配置為生成一個同步信號。例如，該同步電路可以被配置成一個通信接口 602，該通信接口被配置為接收一個同步信號。例如，該通信接口 602可以通過一個無線接口 724接收同步信號。可選地，該通信接口 602可以通過從電力線通信信號中提取數據的方式接收同步信號，該電力線通信信號是通過插頭102從電路中接收的。可選地，通信接口 602可以接收與邏輯電路106的運行相關的命令和/或報告狀態或錯誤。可選地，通信接口 602可以用來進行數據通信并且不提供同步信號。可選地，同步電路602可以響應于所接收到的輸入波形716而合成一個同步號。 如所描述的，裝置701可以被配置為在數字域內進行處理。相應地，裝置701可以包括一個模數轉換器，該模數轉換器被配置為將一個感測電壓波形轉換為一個數字輸入波形。該模數轉換器可以集成到傳感器電路104和/或邏輯電路106照中。裝置701可以包括一個數模轉換器，該數模轉化器被配置為將一個數字電壓校正波形720轉換為一個模擬電壓校正波形來放大并將該模擬電壓校正波形通過電插頭102插入到電路上。可選地，數模轉化器可以集成到該校正電壓驅動器108上和/或邏輯電路106上。可選地，該裝置701可以包括一個人機界面726，該人機界面被配置為接收一個運行配置和/或輸出一個運行狀態。例如，該人機界面726可以包括一個或多個指示器如LED指示器。可選地，該LED指示器可以被配置在該校正驅動器驅動一個正電壓時進行第一次指示并且在該該校正驅動器驅動一個負電壓時進行第二次指示。因此，瞬間指示可以提供反饋給用戶，從而指示一個從該電路接收的波形的形狀和/或一個由校正波形插入到電路上所形成的校正波形720。邏輯電路106可以被配置為輸出一個校正信號來消除諧波含量、將一個正弦波轉換成一個多分量波、將一個多分量波換成一個正弦波轉、和/或進行相位校正。根據一個實施方案，邏輯電路106可以被配置為進行功率因數校正。可選地，該同步信號602可以被配置為和其他裝置通信來校正交流電壓波形。例如，邏輯電路106可以被配置為與校正插入同一電路中的交流電壓波形的其他裝置配合。例如，與校正交流電壓波形的其他裝置配合可以包括選擇一個模型波形、同步校正波形、或者校正從模型上的感測偏差的僅一部分。圖8是一個流程圖，該流程圖展示了根據一個實施方案的一種響應于所接收到的同步信號而將一個校正插入到與一個電路上的方法801。參考圖8，用來校正交流電壓波形的方法801包括步驟202，從一個電路中接收一個交流電壓波形。進行到步驟802，接收一個同步波形信號。例如，該校正波形可以從一個同步電路和/或與圖6和7相關的數據接口電路602接收。進行到步驟804，根據該同步信號來計算對交流電壓波形的一個校正。進行到步驟206，將計算出的對交流電壓波形的校正插到該電路上。該交流電壓波形和對交流電壓波形的校正可以各自從同一個電插座接收或者插入。將該校正插入到交流電壓波形206可以包括放大所計算的該對交流電壓波形的校正。可選地，方法801可以包括步驟208，其中電力是從接收到的交流電壓中拉取的。步驟206里進行的放大可以使用步驟208里從接收到的交流電壓中拉取的電力。如上面所描述，步驟804中進行的計算對接收到的交流電壓波形的校正包括在接收到的交流電壓波形上進行電壓感測。步驟804可以進一步包括從感測電壓中過濾所插入的對交流電壓波形的校正，從而確定一個未校正的交流電壓波形。步驟804可以進一步包括將計算出的對交流電壓波形的校正與一個先前計算出的對交流電壓波形的校正進行組合，從而收斂成一個對交流電壓波形的校正。將該對交流電壓波形的校正插入到交流電壓波形206中可以包括將該收斂的校正插入到該交流電壓波形上。可選地，根據該同步信號804來計算該校正包括計算一個相位校正。可選地，根據該同步信號804來計算該校正包括計算一個部分校正，該部分校正被配置未與由其他裝置插入到電路上的校正配合。 上述的具體示例性過程和/或裝置和/或技術是其他地方所講的更概括的過程和/或裝置和/或技術的代表，例如在這里提交的權利要求書和/或本申請的其他地方。前述詳細描述已經通過使用框圖、流程圖和/或實例而陳述了裝置和/或過程的各種實施方案。到此為止，這些框圖、流程圖和/或實例含有一個或多個功能和/或操作，這些框圖、流程圖或實例中的每一個功能和/或操作都可以通過廣泛范圍的硬件、軟件、固件或幾乎其任何組合來獨立地和/或共同地實施。在一個實施方案中，本文描述的主題的若干部分可以經由專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)、數字信號處理器(DSP)或其他集成形式來實施。然而，本文披露的實施方案的一些方面的整體或一部分可以同等地在集成電路中實施為在一個或多個計算機上運行的一個或多個計算機程序(例如，在一個或多個計算機系統上運行的一個或多個程序)、在一個或多個處理器上運行的一個或多個程序(例如，在一個或多個微處理器上運行的一個或多個程序)、固件或以上各項的幾乎任何組合，并且根據本披露內容，設計電路和/或編寫用于軟件和/或固件的代碼將是所屬領域的技術人員所完全了解的。另外，本文描述的主題的機構能夠以多種形式作為程序產品來分配，并且無論用來實際上實行該分配的信號承載媒質的特定類型如何，本文描述的主題的說明性實施方案都適用。信號承載媒質的例子包括但不限于，如下可記錄類型的媒質，例如軟磁盤、硬磁盤驅動器、壓縮光盤(CD)、數字視頻磁盤(DVD)、數字磁帶、計算機存儲器等等；以及傳輸類型的媒質，例如數字和/或模擬通信媒質(例如，光纖電纜、波導、有線通信鏈路、無線通信鏈路等等)。在廣泛意義上，本文所述的可以通過各種不同的硬件、軟件、固件或幾乎其任何組合來獨立地和/或共同地實施的各個方面可以看做由各種類型的“電路”組成。因此，這里所用的“電路”包括但不限于具有至少一個分立電路的電路、具有至少一個集成電路的電路、具有至少一個應用專用集成電路的電路、形成一個由計算機程序配置的通用計算裝置的電路(例如，由至少部分地執行多個進程的計算機程序和/或本文描述的裝置所配置的通用計算機，或由至少部分地執行多個進程的計算機程序和/或本文描述的裝置所配置的一個微處理器)、形成一個存儲裝置的電路(例如，隨機存取存儲器的形式)、和/或形成一個通信裝置的電路(例如，調制解調器、通信交換機、或者光電設備)。本文描述的主題可以通過模擬或數字或二者結合的形式實施。讀者會發現在本領域的范圍內用本文給出的方式描述裝置和/或過程并之后用工程實踐將這樣描述的裝置和/或過程集成到數據處理系統中是很普遍的。也就是說，本文描述的裝置和/或過程的至少一部分可以通過合理的試驗量集成到一個數據處理系統中。一個典型的數據處理系統大體上包含以下各項中的一者或多者系統單元外殼；視頻顯示器裝置；例如易失性和非易失性存儲器的存儲器；例如微處理器和數字信號處理器的處理器；例如操作系統、驅動器、圖形用 戶接口以及應用程序的計算實體；一個或多個交互裝置例如觸摸板、觸摸屏、和/或包含反饋回路以及控制電動機的控制系統(例如，用于感測位置和/或速率的反饋、用于移動和/或調整組件和/或數量的控制電動機)。一個典型的數據處理系統可以利用任何合適的可商購組件來實施，例如通常在數據計算/通信和/或網絡計算/通信系統中所見的那些組件。本文描述的組件(例如，步驟)、裝置、和物體以及伴隨它們的討論為了闡釋清楚概念的緣故用來作為例子，并且各種配置更改都在該技術的范疇內。因此，正如本文所使用的，具體列出的例子以及伴隨的討論是用來作為它們更通用種類的代表。總的來說，本文中任何具體例子的使用也是旨在代表其類別，并且不包括這樣的具體組件(例如，步驟)、裝置、和文中的物體不應該看做是進行限制。關于本文大量的復數和/或單數術語的使用，讀者應根據上下文和/或應用的需要將復數翻譯成單數和/或將單數翻譯成復數。為了闡述清晰的緣故，各種單數/復數的轉換在本文中并沒有清晰地列出來的。本文描述的主題有時說明的是不同的其他組件內含有的不同組件或與其連接的不同組件。應該理解的是這樣描述的架構僅僅是示例性的，并且事實上可以實施實現相同功能的很多其他的架構。在概念上，任何能實現同樣作用的組件安排都是有效地“相關聯的”，這樣使得實現所希望的功能。因此，本文中經組合以實現特定功能性的任何兩個組件都可以被視為彼此“關聯”，而不考慮架構和中間組件。同樣，如此相關聯的任何兩個組件也可以被視為彼此“可操作關聯，”或“可操作聯接，”來實現所希望的功能，并且任何可以如此相關聯的兩個組件也可以被視為彼此“可操作地可聯接”來實現所希望的功能。能以可操作方式聯接的具體實例包含(但不限于)能在物理上配合和/或在物理上進行交互的組件，和/或能以無線方式交互和/或以無線方式進行交互的組件，和/或在邏輯上進行交互和/或能在邏輯上交互的組件。在一些例子中，一個或多個組件可以在本文中稱為“被配置為。”本領域的普通技術人員將會認識到“被配置為”可以總體上包括活躍狀態的組件和/或不活躍狀態的組件和/或待機狀態的組件等等，除非上下文另有要求。雖然已圖示并且描述了本文描述的本發明主題的特定方面，但將明顯的是基于本文的傳授內容，在不脫離本文描述的主題及其較寬范圍的情況下可以做出改變以及修改，并且因此，所附權利要求書將在其范圍內涵蓋屬于本文描述的主題的真實精神以及范圍內的所有這些改變以及修改。進一步來說，應該理解本發明由所附權利要求書所限定。應當理解大體上，本文中以及尤其在所附權利要求書(例如，所附權利要求書的主體)中使用的術語大體上旨在作為“開放式”術語(例如，術語“包括”應該理解為“包括但不限于，”術語“具有”應該理解為“至少具有，”等等)。如果希望表明所介紹的權利要求陳述內容的一個特定標號，那么將在權利要求中明確地陳述此意圖，并且在不存在此這樣的陳述的情況下，不存在此意圖。舉例來說，為了幫助理解，所附的權利要求書可能使用介紹性的短語“至少一個”和“一個或多個”來介紹權利要求陳述。然而，這些短語的使用不應當解釋為暗示通過不定冠詞“一個”或者“一種”介紹的權利要求陳述內容限制為將此類介紹的權利要求陳述內容包含到包括僅一個此類陳述內容的多個發明的任意一項特定的權利要求，即使同一個權利要求包括介紹性短語“一個或者多個”或“至少一個”以及不定冠詞如“一個”或者“一種”(例如，“一個”和/或“一種”應該典型地理解為表示“至少一個”或者“一個或多個”);這也符合用來介紹權利要求陳述內容的定冠詞的使用。另外，即使明確地陳述了所介紹的權利要求陳述內容的特定標號，本領域的普通技術人員將會意識到此陳述內容也通常應當解釋為意味著至少該陳述的標號(例如，沒有其他修飾語的“兩個陳述內容”的陳述通常意思是至少兩個陳述內容，或兩個或者多個陳述內容)。此外，在使用類似于“A、B以及C中的至少一者”慣例的例子中，總的來說這樣的構造的目的是表達本領域的普通技術人員應該理解這個慣例(例如，“一個具有A、B以及C中的至少一者的系統”會包括但不僅限于只有 A、只有B、只有C、A和B、A和C、B和C、和/或A、B和C等等的系統；并且可以包括具有多于A、B或C中任何一個的多種系統，如A1、A2和B，或者A、B1、B2、B3和C)。在使用類似于“A、B或C等中的至少一者”的慣例的例子中，總的來說這樣的構造的目的是表達本領域的普通技術人員應該理解這個慣例(例如，“一個具有A、B以及C中的至少一者的系統”會包括但不僅限于只有A、只有B、只有C、A和B、A和C、B和C、和/或A、B和C等等的系統)。本領域的普通技術人員將進一步理解的是無論是在說明書、權利要求書還是附圖中，呈現兩個或更多個選擇性術語的幾乎任何分離性詞語和/或短語都應當理解為考慮到了包含這些術語中的一者、這些術語中的任一者或這兩個術語的可能性。舉例來說，短語“A或B”將通常理解為包含“A”或“B”或“A以及B”的可能性。關于所附權利要求書，本領域的普通技術人員將認識到在此提及的操作可以通過任何順序來執行。這些替代次序的實例可以包含重疊的、交錯的、中斷的、重排序的、遞增的、預備的、補充的、同時的、倒轉的或其他變化的次序，除非上下文另外做出規定。關于上下文，即使是“響應于，” “關于，”或者其他過去式形容詞通常不是為了排除這樣的變化，除非上下文另有暗示。雖然本文已披露各種方面以及實施方案，但其他的方面以及實施方案也是考慮到的。本文披露的各種方面以及實施方案是為了說明的目的，而且并非意圖進行限制，其中真實的范圍以及精神是由所附權利要求書指示的。
權利要求
1.一種對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，該方法包括 通過ー個電插座從ー個電路上接收ー個交流電壓波形； 生成ー個校正波形，該校正波形被配置為將該交流電壓波形轉換為ー個校正的交流電壓波形；并且 通過該電插座將該校正波形插入到該電路上。
2.如權利要求I所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，進ー步包括 從該電插座拉取電力。
3.如權利要求2所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，進ー步包括 在一個接收到的波形周期的至少一部分期間對ー個充電存儲裝置進行充電。
4.如權利要求I所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，進ー步包括 對該接收到的交流電壓波形進行電壓感測。
5.如權利要求I所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，進ー步包括 將該交流電壓波形轉換成一個隔離的電壓波形。
6.如權利要求5所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，其中將該交流電壓波形轉換成一個隔離的電壓波形包括通過電容器或者光電耦合器對該交流電壓波形進行交流耦合。
7.如權利要求I所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，其中生成ー個校正波形包括將該交流電壓波形與ー個模型波形進行對比。
8.如權利要求5所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，其中該模型波形是ー個正弦波或者ー個多分量波。
9.如權利要求I所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，其中生成ー個校正波形包括將該交流電壓波形與模型波形進行對比以及生成一個殘壓波形，該殘壓波形包括異號于該交流電壓波形與該模型波形之間的偏差的分量。
10.如權利要求9所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，其中該校正波形是該殘余波形。
11.如權利要求9所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，其中該校正波形是該殘余波形的函數。
12.如權利要求9所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，其中該校正波形是該殘壓波形的一次或者多次時間積分的函數。
13.如權利要求9所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，進ー步包括 按比例縮放該接收到的交流電壓波形或者該模型波形中的至少ー個，從而在該接收到的幾乎等于零的交流電壓波形的半個周期上產生該殘壓波形的ー個時間積分電壓。
14.如權利要求9所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，其中所做比較的結果是在接收到的交流電波形的多個每個半周期上產生該幾乎等于零的殘壓波形的ー個均值。
15.如權利要求I所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，其中該校正波形被配置為應用以下內容中的至少ー項相位校正、諧波含量去除、頻率校正、將多分量波轉換成正弦波、或者將正弦波轉換成多分量波。
16.如權利要求I所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，其中生成ー個校正波形進ー步包括 將該接收到的交流電壓波形數字化，從而產生ー個數字輸入波形； 對該數字輸入波形進行過濾從而產生ー個過濾后的數字輸入波形； 確定與按比例縮放的模型波形和該過濾后的數字輸入波形之間的差值相對應的ー個殘余數字波形，或者與該過濾后的數字輸入波形和該按比例縮放的模型波形之間的反轉差值相對應的ー個殘余數字波形； 將該殘余數字波形添加到一個先前的周期數字校正波形，從而產生ー個數字當前周期校正波形； 用該數字當前周期校正波形覆蓋該數字先前周期數字校正波形； 將該數字當前周期校正波轉換成一個模擬校正波形；并且 放大該模擬校正波形從而產生該校正波形。
17.如權利要求I所述的對電路上的交流電壓波形進行校正的方法，進ー步包括 從ー個外部傳感器接收ー個電流相位；并且 其中生成該校正波形包括生成該校正波形來改變ー個電壓相位從而與電流相位相匹配，以便進行功率因數校正。
18.—種對交流電壓波形進行校正的裝置，包括 ー個電插頭； 一個傳感器電路，該傳感器電路操作性地連接到該電插頭上； ー個邏輯電路，該邏輯電路操作性地連接到該傳感器電路并且被配置為輸出ー個校正信號；以及 ー個驅動電路，該驅動電路操作性地連接為從該邏輯電路接收該校正信號井向該電插頭輸出一個相應的校正波形。
19.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，進ー步包括 ー個充電存儲裝置，該充電存儲裝置被配置為給該傳感器電路、該邏輯電路以及該驅動電路提供電力。
20.如權利要求19所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，進ー步包括 ー個充電器，該充電器被配置為從該電插頭拉取電カ并且將電荷輸出到該充電存儲裝置。
21.如權利要求19所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，其中該充電存儲裝置包括以下裝置中的至少ー個存儲電容器、存儲電感器、蓄電池、電池、可充電電池、或者不可充電電池。
22.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，進ー步包括在該電插頭和該傳感器電路之間的ー個電隔離電路。
23.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，其中該電傳感器電路是ー個電壓傳感器電路。
24.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，其中該校正信號包括ー個電壓校正波形。
25.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，其中該邏輯電路被配置為通過ー個過程計算ー個校正波形，該過程包括從ー個模型波形中減去ー個感測波形從而確定ー個殘余波形，或者從感測波形中減去該模型波形并且反轉該差值來確定該殘余波形。
26.如權利要求25所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，其中該邏輯電路被配置為按比例縮放該模型波形、過濾該感測波形、或者過濾該殘余波形，從而使得經過ー個交流半周期，該殘壓波形包括與對時間的負積分電壓幾乎相等的對時間的正積分電壓。
27.如權利要求25所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，其中該邏輯電路被配置為通過一個過程來確定該校正波形，該過程包括將該殘余波形添加到先前計算的校正波形中。
28.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，其中該邏輯電路被配置為響應于在一個感測交流電壓波形中隨時間發生的變化。
29.如權利要求28所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，其中該邏輯電路包括ー個濾波器，該濾波器被配置為驅動該邏輯電路對一個接收到的電壓信號在一個單獨的AC周期內進行不完全校正。
30.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，其中該邏輯電路被配置為加速一個電壓校正的至少一部分，這是通過根據先前的半周期中的電壓偏差預測在半周期內的電壓偏差來實現的。
31.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，進ー步包括 ー個同步電路，該同步電路被配置為生成一個同步信號。
32.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，進ー步包括 ー個通信接ロ，該通信接ロ被配置為接收一個同步信號。
33.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，進ー步包括ー個模數轉換器，該模數轉換器被配置為將ー個感測電壓轉換為ー個數字輸入波形；以及 ー個數模轉化器，該數模轉化器被配置為將ー個數字電壓校正波形轉換成ー個模擬電壓校正波形。
34.如權利要求18所述的用于對交流電壓波形進行校正的裝置，進ー步包括 一個人機界面，該人機界面被配置為執行接收ー個運行配置和輸入ー個運行狀態兩個操作中的至少ー個。
35.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，其中該邏輯電路被配置為輸出ー個校正信號，從而提供以下以下內容中的至少ー項去除諧波含量、進行功率因數校正、將正弦波轉換成多分量波、將多分量波轉換成正弦波、或者進行相位校正。
36.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，其中該邏輯電路包括ー個數字處理器，該數字處理器被配置為在數字域中確定ー個校正信號。
37.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，進ー步包括ー個接ロ，該接ロ被配置為與用于校正交流電壓波形的其他裝置進行通信。
38.如權利要求37所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，其中該邏輯電路被配置為與插入到同一電路中的對交流電壓波形進行校正的其他裝置配合。
39.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，進ー步包括 ー個浪涌保護器，該浪涌保護器操作性地連接到該電插頭、該傳感器電路和該驅動電路。
40.如權利要求18所述的對交流電壓波形進行校正的裝置，進ー步包括 ー個配電盤，該配電盤包括ー個或者多個交流插座，這個或這些插座操作性地連接到該電插頭、該傳感器電路和該驅動電路三者中的ー個或者多個上。
41.ー種對交流電壓波形進行校正的方法，包括 從ー個電路接收ー個交流電壓波形； 接收ー個同步信號； 根據該同步信號計算對該交流電壓波形的校正；并且 將對交流電壓波形的校正插入到該電路上。
42.如權利要求41所述的對交流電壓波形進行校正的方法，其中該交流電壓波形以及對該交流電壓波形所做的校正分別從同一個電插座接收和插入。
43.如權利要求41所述的對交流電壓波形進行校正的方法，其中插入對該交流電壓波形的校正包括放大該計算的對該交流電壓波形的校正。
44.如權利要求43所述的對交流電壓波形進行校正的方法，進ー步包括 從該接收到的交流電壓波形拉取電力； 其中該放大是通過使用從接收到的交流電壓波形拉取的電カ進行的。
45.如權利要求41所述的對交流電壓波形進行校正的方法，進ー步包括 對該接收到的交流電壓波形進行電壓感測。
46.如權利要求45所述的對交流電壓波形進行校正的方法，進ー步包括 將該計算出的對該交流電壓波形的校正與ー個之前計算出的對該交流電壓波形的校正進行組合，從而收斂成ー個對交流電壓波形的校正；并且 其中該插入交流電壓波形的校正包括將該收斂校正插入到該交流電壓波形中。
47.如權利要求41所述的對交流電壓波形進行校正的方法，其中根據該同步信號來計算對該交流電壓波形的校正包括計算對該交流電壓波形的相位校正。
48.如權利要求41所述的對交流電壓波形進行校正的方法，其中該同步信號對應于一個電流相位。
49.如權利要求48所述的對交流電壓波形進行校正的方法，其中將對該交流電壓波形的校正插入到該電路上包括插入ー個校正來提供功率因數校正。
50.一種用于進行電力線調節的裝置，該裝置包括 一個電壓分接頭，該電壓分接頭被配置為從ー個電路中接收ー個交流電壓； ー個通信接ロ，該通信接ロ被配置為接收至少ー個同步信號；以及ー個邏輯電路，該邏輯電路操作性地連接到該第一個電壓分接頭和該通信接ロ并且被配置為響應于從該電壓分接頭和該通信接ロ中接收到的信號而輸出ー個電壓校正信號。
51.如權利要求50所述的用于進行電カ線調節的裝置，其中該電壓分接頭被配置為通過ー個電插座來接收該交流電壓。
52.如權利要求50所述的用于進行電カ線調節的裝置，進ー步包括位于該邏輯電路和該電壓分接頭之間的ー個電隔離電路。
53.如權利要求50所述的用于進行電カ線調節的裝置，進ー步包括 ー個放大器電路，該放大器電路被配置為用于放大該電壓校正信號從而插入到該電路上。
54.如權利要求53所述的用于進行電カ線調節的裝置，進ー步包括一個充電存儲裝置，該充電存儲裝置被配置為用于接收來自該電路中的電荷并把電荷輸出到該放大器電路中。
55.如權利要求50所述的用于進行電カ線調節的裝置，進ー步包括 ー個電壓傳感器，該電壓傳感器被配置為用于感測在電壓分接頭處接收到的電壓。
全文摘要
一種插入式電力線調節器被配置為從電路接收交流電壓并且在該電路中插入一個校正信號。
文檔編號H01B7/00GK102844821SQ201180018995
公開日2012年12月26日 申請日期2011年2月28日 優先權日2010年2月26日
發明者羅德里克·A·海德, 喬丁·T·卡勒, 小洛厄爾·L·伍德 申請人:希爾萊特有限責任公司