專利名稱：電子電度表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)經(jīng)模數(shù)(A/D)變換裝置變換得到的數(shù)字信號計 算被測對象的使用電能量的電子電度表。
背景技術(shù)：
電子電度表的測量精度保證量程通常對于電壓為額定值的±10% 左右，而對于電流為額定值的6倍到1/40倍的寬量程。因此，為了以 ±1 %的精度在測量精度保證量程內(nèi)測量電流，要求分辨率為1/240x 1 % =1/24,000，即1/24000，從而要求A/D變換器的分辨率為15比特左 右。然而，包含在通常用作運算處理設(shè)備的微型計算機內(nèi)的A/D變換 器通常只具有10比特或最多12比特的分辨率，從而在使用這樣的通 用微型計算機的電子電度表內(nèi)，分辨率就不足了。因此，為了彌補包 含在微型計算機內(nèi)的A/D變換器的分辨率的不足，常規(guī)的電子電度表 就用與所測量的電流的幅度相應(yīng)的放大因子對被測電流進行放大。例 如，在專利文獻l中所描述的常規(guī)的電子電度表內(nèi)，放大因子根據(jù)經(jīng) 整流和平均的被測電流的電平和放大裝置的額定電平自動調(diào)整，在放 大裝置內(nèi)根據(jù)經(jīng)調(diào)整的放大因子對電流傳感器的輸出進行放大。此外， 有一種常規(guī)電子電度表，將多個放大器配置在多個級內(nèi)，如圖l所示，
、 這種'i子電度表配i成包:^t用微型計算機i。'微S計算機i配
有逐次逼近型A/D變換器2和根據(jù)在A/D變換器2內(nèi)變換得出的數(shù)字 數(shù)據(jù)執(zhí)行運算的軟件處理部3。將輸入信號放大5倍的放大器9、 10、 11和12連接成4個級，通過選擇開關(guān)7接到A/D變換器2上。電壓 傳感器13和電流傳感器14通過選擇開關(guān)8接到第一級內(nèi)的放大器9 上。選擇開關(guān)8可以擇一地切換連接到端子8a、 8b和8c中的任一端
4子。在切換連接到端子8a時，所選擇和測量的是來自電壓傳感器13 的電壓信號；在切換連接到端子8b時，所選擇和測量的是來自電流傳 感器14的電流信號；而在切換連接到端子8c時，所選擇和測量的是 傳感器13和14的檢測輸出的基準(zhǔn)電位。選擇開關(guān)7可以擇一地切換 連接到端子7a、 7b、 7c和7d中的任一端子，以便選擇用來放大電流 傳感器14所檢測的電流信號的放大器的級數(shù)。在切換連接到端子7a 時，所選擇的是一級的放大器9，使輸入信號放大5倍。此外，在切 換連接到端子7b時，所選擇的是二級的放大器9和10;在切換連接 到端子7c時，所選擇的是三級的放大器9至11;而在切換連接到端 子7d時，所選擇的是四級的放大器9至12;從而將輸入信號分別放 大52倍、53倍和54倍。
控制LED (發(fā)光二極管)15和液晶顯示(LCD)部6的液晶顯 示驅(qū)動器(LCD驅(qū)動器)5接到軟件處理部3上。軟件處理部3將在 A/D變換器2內(nèi)變換成數(shù)字數(shù)據(jù)的電壓值和電流值相乘，計算出電功 率，再將電功率累積，計算出電能量。計算出的電能量在液晶顯示部 6上顯示，并且根據(jù)計算出的電能量產(chǎn)生與使用電能量成正比的脈沖 信號，以接通和斷開LED15。
圖2為示出在上述軟件處理部3內(nèi)對電能量的計算處理的概要的 流程圖。
在電能量的計算處理中，首先執(zhí)行電流偽A/D變換處理(見圖2 中的步驟(以下示為S) 1)。在這個處理中，將選擇開關(guān)8切換連接 到端子8b后，舍棄由A/D變換器2最初變換得到的電流值的數(shù)字數(shù) 據(jù)，以提高電流測量精度。接著，執(zhí)行電流預(yù)A/D變換處理(S2)。 在這個處理中，執(zhí)行確定放大器9至12中用來放大電流信號的放大器 的最佳級數(shù)的測量處理。接著，執(zhí)行電流實A/D變換處理(S3)。在 這個處理中，通過切換選擇開關(guān)7，選擇在S2確定的級數(shù)的放大器， 而在電流傳感器14輸出的檢測信號經(jīng)所選擇的這些放大器放大后，由 A/D變換器2執(zhí)行將檢測信號變換成數(shù)字數(shù)據(jù)的處理。接著，執(zhí)行電 壓偽A/D變換處理(S4)。在這個處理中，如在S1的電流偽A/D變
5換處理中那樣，將選擇開關(guān)8切換連接到端子8a后，舍棄由A/D變 換器2最初變換得到的電壓值的數(shù)字數(shù)據(jù)，以便提高電壓測量精度。 接著，執(zhí)行電壓實A/D變換處理(S5)。在這個處理中，通過切換選 擇開關(guān)7，選擇單級放大器9，電壓傳感器13輸出的檢測信號經(jīng)放大 器9放大后，由A/D變換器2執(zhí)行將檢測信號變換成數(shù)字數(shù)據(jù)的處理。
接著，從在S3中得到的電流值和在S5得到的電壓值中扣除通過 上次的S13的處理(將在稍后說明)而得到的偏置量，再計算出電功 率(瞬時功率)(S6 )。這個偏置量是在放大器9至12中的每個放大 器內(nèi)輸入為零時A/D變換器2輸出的電壓，而在S6的電功率計算公 式表示為(電壓值-偏置量)x (電流值-偏置量)。
接著，執(zhí)行增益調(diào)整處理(S7)。具體些說，將在S6中所得到 的電功率計算結(jié)果增大與在S2中所確定的級數(shù)的放大器的放大因子 一致的預(yù)定倍數(shù)，從而執(zhí)行增益調(diào)整。隨后，執(zhí)行增益誤差校正處理 (S8)。具體些說，執(zhí)行消除電功率計算結(jié)果中由于確定各個放大器 9至12的放大因子的內(nèi)阻的誤差而引起的誤差的處理。接著，執(zhí)行通 過將S6至S8的處理所得到的電功率數(shù)據(jù)累積(累計)而計算電能量 的處理(S9)。根據(jù)電功率累積處理計算得到的電能量，將與使用電 能量成正比的脈沖信號輸出給LED 15 (S10)，并且在液晶顯示部6 上顯示計算出的電能量。
接著，執(zhí)行偏置量偽A/D變換處理(S11)。在這個處理中，將 選擇開關(guān)8切換連接到端子8c后，舍棄A/D變換器2最初得出的偏 置量數(shù)據(jù)，以提高各個放大器9至12的偏置量測量精度。接著，執(zhí)行 偏置量實A/D變換處理(S12 )。在這個處理中，通過切換選擇開關(guān)7， 按序測量放大器9至12的各級的偏置量，再由A/D變換器2將測得 的偏置量變換成數(shù)字數(shù)據(jù)。對偏置量執(zhí)行幾次測量，再根據(jù)測量結(jié)果 計算出偏置量的平均值(S13)。根據(jù)因此得到的偏置量，執(zhí)行下次的 電功率計算處理(S6)，如上所述。
專利文獻1:日本專利公開No. 2004-177228 (段落
至
)

發(fā)明內(nèi)容
然而，在以上所說明的圖1所示的常規(guī)電子電度表中，由于放大
器9至12連接成多個級的配置，必需通過S2的電流預(yù)A/D變換處理 確定放大器的最佳級數(shù)，必需通過Sll的偏置量偽A/D變換處理測量 各個級的放大器9至12的偏置量，以及必需針對放大器9至12的各 個級存儲通過S12的偏置量實A/D變換處理測得的若干次的偏置量 值。此外，需要通過S7的增益調(diào)整處理對各個級的各個放大器9至 12執(zhí)行增益調(diào)整，而且需要通過S8的增益誤差校正處理校正各個級 的各個放大器9至12的電阻誤差。因此，在以上所說明的圖l所示的 常規(guī)電子電度表內(nèi)，需要許多處理，軟件規(guī)模大，需要大的數(shù)據(jù)存儲 容量，從而需要具有大存儲器容量的微型計算機。
此外，由于處理量增大，必需通過提高微型計算機l的操作時鐘 頻率來提高處理速度，從而微型計算機1的電流消耗大。此外，由于
放大器9至12連接成多個級的配置，模擬電路部分的規(guī)模大，從而增 大基片尺寸，而且模擬電路部分的電流消耗也大。因此，在圖l所示 的常規(guī)電子電度表內(nèi)不能使用小型電源。此外，隨著電流消耗的增大， 電源輸出電壓的起伏范圍變大，因此，在圖1所示的常規(guī)電子電度表 內(nèi)，需要用來穩(wěn)定電源的輸出電壓的電路組件，從而使成本增大。此 外，在微型計算機l的操作時鐘頻率提高時，微型計算機l所產(chǎn)生的 電磁噪聲的輻射電場強度的影響變大。因此，在圖l所示的常規(guī)電子 電度表內(nèi)，需要增強抗噪聲性能(EMC)的諸如電磁屏蔽之類的對抗 措施，在這一點上也要使成本增大。
因此，在圖l所示的常規(guī)電子電度表內(nèi)，沒有能夠充分達到減小 產(chǎn)品尺寸和降低成本的目的。
本發(fā)明為了解決以上問題提出了一種電子電度表，這種電子電度 表包括
檢測被測對象的電壓的電壓傳感器； 檢測被測對象的電流的電流傳感器；擇一地選擇和輸出電壓傳感器或電流傳感器的檢測輸出或檢測
輸出的基準(zhǔn)電位的選擇開關(guān)；
放大至少電流傳感器的檢測輸出的放大裝置；以及 運算處理設(shè)備，含有將選擇開關(guān)輸出的電壓傳感器和電流傳感器
的檢測輸出和上述基準(zhǔn)電位從模擬信號變換成數(shù)字信號的A/D變換裝
置和根據(jù)經(jīng)A/D變換裝置變換的數(shù)字信號對被測對象的使用電能量進
行運算的運算裝置，
這種電子電度表的特征在于
放大裝置配置成對輸入信號進行差分放大的差分放大裝置； A/D變換裝置通過AS調(diào)制將輸入信號從模擬信號變換成數(shù)字信 號；以及
運算裝置通過從經(jīng)A/D變換裝置變換的電壓傳感器和電流傳感 器的檢測輸出中都扣除經(jīng)A/D變換裝置變換的上述基準(zhǔn)電位計算出被 測對象的使用電能量。
按照這種配置，電壓傳感器的檢測輸出、電流傳感器的檢測輸出 和這些檢測輸出的基準(zhǔn)電位通過A/D變換裝置內(nèi)的AS調(diào)制從模擬信 號變換成數(shù)字信號。運算裝置從變換成數(shù)字信號的電壓傳感器和電流 傳感器的各自檢測輸出中扣除變換成數(shù)字信號的基準(zhǔn)電位，從而從電 壓傳感器和電流傳感器的各自檢測輸出中扣除了差分放大裝置和A/D 變換裝置的偏置量。被測對象的使用電能量用扣除了偏置量的電壓傳 感器和電流傳感器的各自檢測輸出計算。
在A/D變換裝置內(nèi)在AS調(diào)制時用過采樣進行精細采樣從而高分 辨率地將模擬信號變換成數(shù)字信號，因此放大裝置不需要為了彌補
A/D變換裝置的分辨率不足而配置成具有多個級。因此，即使放大裝 置不配置成具有多個級，也能在整個寬量程上以高精度測量需要寬的 測量精度保證量程的電流傳感器的檢測輸出。此外，由于放大裝置不 需要配置成具有多個級，因此也就不必確定放大器的最佳級數(shù)、測量 各級每個放大器的偏置量和將若干次測得的放大器各級的偏置量值存 儲在RAM內(nèi)。此外，也就不必通過增益調(diào)整處理執(zhí)行對各級每個放
8大器的增益調(diào)整和通過增益誤差校正處理校正每個放大器的電阻誤 差。于是，處理量減少，從而減小了軟件的規(guī)模，并且數(shù)據(jù)存儲容量 也減小。因此，運算處理設(shè)備只需要小容量的存儲器。此外，由于處 理量減少，運算處理設(shè)備的操作時鐘頻率可以壓低，從而它的電流消 耗可以減小。此外，由于放大裝置不需要配置成具有多個級，因此模 擬電路部分的規(guī)模變小，這可以減小基片尺寸和減小模擬電路部分的 電流消耗。于是，可以用小型電源作為電子電度表的電源。此外，由 于電流消耗減小從而可以使電源的輸出電壓的波動幅度減小，因此就 不需要如在常規(guī)電子電度表內(nèi)那樣的用于穩(wěn)定電源的輸出電壓的電路 組件，從而成本可以壓低。此外，由于可以壓低運算處理設(shè)備的操作 時鐘頻率，因此可以減小由于運算處理設(shè)備所產(chǎn)生的電磁噪聲而引起 的輻射電場強度的影響，從而可以節(jié)約與實現(xiàn)抗噪措施有關(guān)的成本。 結(jié)果，按照本發(fā)明的電子電度表，可以充分達到減小產(chǎn)品尺寸和降低 成本的目的。
此外，用差分放大裝置作為放大裝置，可以將偏壓加到從放大裝 置輸出的來自至少電流傳感器的檢測信號上。因此，即使電流傳感器 的檢測信號在負的范圍內(nèi)改變，也可以通過施加偏壓使檢測信號成為 在正的范圍內(nèi)改變，電流傳感器的檢測信號經(jīng)放大裝置放大后可以由
A/D變換裝置變換成數(shù)字信號。此外，由于用差分放大裝置作為放大 裝置，因此即使有噪聲加到輸入端上，這噪聲也被抵消掉，從而可以 消除噪聲的影響。因此，輸入信號可以得到高精度的放大。
此外，本發(fā)明的特征在于運算裝置通過將使用電能量乘以預(yù)定 倍數(shù)或者通過調(diào)整與使用電能量相應(yīng)的脈沖輸出的閾值來校正使用電 能量的絕對誤差。
按照這種配置，通過將計算出的使用電能量乘以與放大裝置的放 大因子一致的預(yù)定倍數(shù)，校正計算出的使用電能量的絕對誤差。此外， 通過調(diào)整與計算出的使用電能量相應(yīng)的脈沖輸出的闊值，調(diào)整脈沖輸 出的定時，按照實際使用電能量輸出脈沖，從而校正計算出的使用電 能量的絕對誤差。因此，可以通過將計算出的使用電能量乘以預(yù)定倍數(shù)或者通過調(diào)整脈沖輸出的閾值來校正計算出的使用電能量的絕對誤 差，從而增大了設(shè)計電子電度表的自由度。
此外，本發(fā)明的特征在于運算裝置在電流傳感器的檢測輸出的 基準(zhǔn)電位與電壓傳感器的檢測輸出的基準(zhǔn)電位相互不同時只從電流傳 感器的檢測輸出和電壓傳感器的檢測輸出之一中扣除經(jīng)A/D變換裝置 變換的基準(zhǔn)電位。
按照這種配置，根據(jù)傳感器各自的檢測輸出計算出的功率值為直 流分量，而在沒有扣除基準(zhǔn)電位的那個檢測輸出內(nèi)出現(xiàn)的放大裝置和 A/D變換裝置的偏置量成為電壓正的和負的均等出現(xiàn)的交流分量，可 以在使用電能量的累計處理過程中通過積分處理除去。于是，只對電 流傳感器的檢測輸出和電壓傳感器的檢測輸出之一執(zhí)行扣除經(jīng)A/D變 換裝置變換的基準(zhǔn)電位，就可以從計算出的使用電能量中除去放大裝 置和A/D變換裝置的偏置量。因此，簡化了被測對象的使用電能量的 計算處理，減小了軟件的規(guī)模，減小了運算處理設(shè)備的存儲器容量， 并且降低了操作時鐘頻率，從而能進一步減小電流消耗。
此外，本發(fā)明的特征在于在A/D變換裝置完成對電壓傳感器和 電流傳感器的檢測輸出和這些檢測輸出的基準(zhǔn)電位中任一個的變換 后，運算處理設(shè)備立即將選擇開關(guān)切換成使它進行下一選擇，再過一 段時間之后，運算處理設(shè)備使A/D變換裝置執(zhí)行下一變換。
按照這種配置，在A/D變換裝置完成對電壓傳感器和電流傳感器 的檢測輸出和這些檢測輸出的基準(zhǔn)電位中任一個的變換時，選擇開關(guān) 立即;故切換，再過一段時間之后，才由A/D變換裝置對由經(jīng)切換的選 擇開關(guān)輸入的信號執(zhí)行變換。因此，A/D變換裝置的每個變換都在選 擇開關(guān)被切換后過了 一定時間輸入A/D變換裝置的信號穩(wěn)定的狀態(tài)下 啟動。因此，消除了引起測量誤差的因素，從而A/D變換裝置可以精 確執(zhí)行每個變換。
此外，本發(fā)明的特征在于運算處理設(shè)備在A/D變換裝置完成每 個變換后立即停止A/D變換裝置的操作，作好A/D變換裝置啟動下一 變換的準(zhǔn)備。按照這種配置，在完成對電壓傳感器和電流傳感器的檢測輸出和
這些檢測輸出的基準(zhǔn)電位的每個變換時，A/D變換裝置的操作立即停 止，執(zhí)行A/D變換裝置啟動下一個變換的準(zhǔn)備。因此，每個變換就可 以由A/D變換裝置從A/D變換裝置停止的狀態(tài)迅速執(zhí)行。于是，在不 停止A/D變換裝置的操作連續(xù)執(zhí)行變換時，在啟動變換時通過等待 A/D變換裝置完成上個變換操作之類來推遲啟動下一變換，從而每個 變換的啟動不能按固定的時間間隔執(zhí)行，但是按照這種配置，每個變 換的啟動可以按固定的時間間隔執(zhí)行。結(jié)果，被測對象的電壓和電流 的測量定時和偏置量的測量定時按固定的時間間隔執(zhí)行，從而可以精 確執(zhí)行被測對象的使用電能量的計算處理。
此外，本發(fā)明的特征在于A/D變換裝置的基準(zhǔn)電壓被設(shè)置在與 運算處理設(shè)備的工作電壓相同的電位。
按照這種配置，可以將向A/D變換裝置提供基準(zhǔn)電壓的電源和向 運算處理設(shè)備提供工作電壓的電源做成一個公共電源。因此，不必單 獨配備向A/D變換裝置提供基準(zhǔn)電壓的電源，從而可以達到進一步減 小產(chǎn)品尺寸和降低成本的目的。
按照本發(fā)明，如上所述，可以提供能充分達到減小產(chǎn)品尺寸和降 低成本的目的的電子電度表。


圖1為示出常規(guī)電子電度表的電路配置的概要的框圖； 圖2為示出圖l所示電度表內(nèi)電能量計算處理的概要的流程圖； 圖3為示出按照本發(fā)明的一個實施例的電子電度表的電路配置的 概要的框圖4為圖3所示框圖的部分詳細電路圖5為示出圖3所示電度表內(nèi)電能量計算處理的概要的流程圖； 圖6為示出圖5所示電能量計算處理的詳細情況的流程圖； 圖7為示出按照本發(fā)明第一修改例的電子電度表的電路配置的概 要的框ii圖8為示出按照本發(fā)明第二修改例的電子電度表的電路配置的概 要的框圖9為示出按照本發(fā)明第三修改例的電子電度表的電路配置的概 要的框圖10為示出按照本發(fā)明第四修改例在電子電度表內(nèi)所累積的使 用電能量與所產(chǎn)生的脈沖信號的關(guān)系的圖；以及
圖11為按照本發(fā)明第五修改例用于電子電度表的A/D變換器的 內(nèi)部電路圖。
具體實施例方式
下面，將對實施本發(fā)明的最佳方式進行說明。
圖3為示出按照本實施例的單相二線制電子電度表的電路配置的
概要的框圖。此外，圖4為圖3所示框圖的部分詳細電路圖。在圖3 和4中，與圖1中的相同或相應(yīng)部件將用相同的標(biāo)注數(shù)字和字符標(biāo)示。
按照本發(fā)明的電子電度表配置成包括電壓傳感器13、電流傳感器 14、通用微型計算機21和液晶顯示部6。配置為運算處理設(shè)備的微型 計算機21包括選擇開關(guān)22、差分放大器23、 A/D變換器24、軟件處 理部25、液晶顯示驅(qū)動器5和LED 15,而電路地線(GND )連接到 為0V的基準(zhǔn)電位Vss上。
電壓傳感器13配置成分壓電路，用電阻器13a、 13b和13c對電 源端子P0與Pl之間的輸入電壓V.sinot分壓，再檢測和輸出出現(xiàn)在 電阻器13c兩端的經(jīng)分壓的電壓Ev.sincot，作為,皮測對象的電壓。電 阻器13c所連接的信號地線設(shè)置為具有偏壓VCOM (1.8 V)的電位， 偏壓VcoM為加到基準(zhǔn)電位Vss上的微型計算機21的工作電壓VDD( 3.6 V)的二分之一，如圖4所示。電流傳感器14配置成旁路電阻器14a， 檢測和輸出由于在負載端1S和1L之間通過負載電流 I.sincot 而在旁 路電阻器14a的兩端之間出現(xiàn)的電壓Ersincot，作為被測對象的電流。 電源端子P1和負載端1S接到與微型計算機21的基準(zhǔn)電位相同的0 V 上，而0 V也是電流傳感器14的檢測輸出的基準(zhǔn)電位。因此，在本實施例中，電流傳感器14的檢測輸出的基準(zhǔn)電位和電壓傳感器13的檢 測輸出的基準(zhǔn)電位分別設(shè)置為0 V和1.8 V,相互不同。
選擇開關(guān)22可以擇一地切換連接到端子22a、 22b和22c中任一 個。在切換連接到端子22a時，選擇電壓傳感器的檢測輸出，在切換 連接到端子22b時，選擇電流傳感器14的檢測輸出，而在切換連接到 端子22c時，選擇電流傳感器14的基準(zhǔn)電位。因此，選擇開關(guān)22擇 一地地選擇和輸出電壓傳感器13或電流傳感器14的檢測輸出或者檢 測輸出的基準(zhǔn)電位。
差分放大器23通過選擇開關(guān)22接到上述各個傳感器13和14上， 向A/D變換器24輸出它的放大輸出。差分放大器23和A/D變換器 24具有帶加到電路地線(0 V)上的電源26所產(chǎn)生的偏壓VCOM( 1.8 V) 的電位，作為基準(zhǔn)電位，它們都由微型計算機21的工作電壓VDD(3.6 V)供電，進行工作。
如圖4所示，差分放大器23的倒相輸入端(-)通過電阻器23a 接到選擇開關(guān)22的輸出端上，從而選擇開關(guān)22所選擇的來自傳感器 13或14的檢測輸出或者它的基準(zhǔn)電位被輸入倒相輸入端(-)。此外， 非倒相輸入端(+ )通過電阻器23b接到電流傳感器14的為OV的基 準(zhǔn)電位上，而通過電阻器23c接到電源26上。此外，電阻器23d配置 在差分放大器23的倒相輸入端(-)與輸出端之間，以便提供負反饋。 差分放大器23配置成對選擇開關(guān)22所選擇的至少電流傳感器14的檢 測輸出進行放大的放大裝置，并配置成對輸入倒相輸入端(-)和非倒 相輸入端(+ )的輸入信號進行差分放大的差分放大裝置。
A/D變換器24接到差分放大器23的輸出端上。微型計算機21 按固定的時間間隔切換選擇開關(guān)22,使得A/D變換器24按固定時間 間隔執(zhí)行對電壓傳感器13和電流傳感器14的檢測輸出和檢測輸出的
基準(zhǔn)電位的各個變換。A/D變換器24參考基準(zhǔn)電壓Vref通過AS調(diào)制
將從差分放大器23輸入的信號從模擬信號變換成數(shù)字信號。A/D變換 器24配置成通過調(diào)制將電壓傳感器13和電流傳感器14的檢測輸 出和電流傳感器14的基準(zhǔn)電位從模擬信號變換成數(shù)字信號的A/D變換裝置。
軟件處理部25接到A/D變換器24的輸出端上。與使用電能量成 正比的脈沖信號所加到的LED 15和控制液晶顯示部6的顯示的液晶 顯示驅(qū)動器5接到軟件處理部25上。軟件處理部25通過將經(jīng)A/D變 換器24變換成數(shù)字信號的電壓傳感器13的檢測輸出與電流傳感器14 的檢測輸出相乘計算出電功率，再將計算出的電功率累積，計算出被 測對象的使用電能量。通過液晶顯示驅(qū)動器5的控制，將計算出的使 用電能量在液晶顯示部6上顯示。此外，軟件處理部25還產(chǎn)生與計算 出的使用電能量成正比的脈沖信號。在所產(chǎn)生的脈沖信號輸出時，電 流流入LED 15,從而LED 15發(fā)光。LED 15所發(fā)射的光由光接收傳 感器檢測，通過使用與使用電能量成正比的脈沖信號執(zhí)行對電能量測 量精度的檢測處理。軟件處理部25配置成根據(jù)經(jīng)A/D變換器24變換 得到的數(shù)字信號運算被測對象的使用電能量的運算裝置。
圖5為示出上述軟件處理部25對使用電能量進行計算處理的概 要的流程圖。
在本實施例的使用電能量計算處理中，首先執(zhí)行電流A/D變換處 理(見圖5中的S21)。在這個處理中，選擇開關(guān)22被切換連接到端 子22b，從而通過A/D變換器24的A￡調(diào)制將經(jīng)差分放大器23放大 的電流傳感器14的檢測輸出從模擬信號變換成數(shù)字信號。隨后，執(zhí)行 電壓A/D變換處理(S22)。在這個處理中，選擇開關(guān)22被切換連接 到端子22a,從而通過A/D變換器24的AL調(diào)制將經(jīng)差分放大器23 放大的電壓傳感器13的檢測輸出從模擬信號變換成數(shù)字信號。
接著，從在S21變換成數(shù)字信號的電流值和在S22變換成數(shù)字信 號的電壓值中扣除在上次的S27的處理(這將在稍后說明)中變換成 數(shù)字信號的偏置量，再根據(jù)扣除了偏置量的電流值和電壓值計算出電 功率(S23 )。偏置量是在差分放大器23的輸入為零時在A/D變換器 24的輸出端上出現(xiàn)的電壓，在上述S23的處理中功率計算公式示為(電 壓值-偏置量)x (電流值-偏置量)。
接著，執(zhí)行增益調(diào)整處理(S24)。在這個處理中，通過將在S23
14計算出的電功率數(shù)據(jù)乘以事先按照差分放大器23的放大因子確定的 因子對瞬時功率的絕對誤差進行校正。接著，將經(jīng)S23和S24處理得 到的電功率數(shù)據(jù)累積，計算出使用電能量(S25)，而計算出的使用電 能量在液晶顯示部6上顯示。此外，還產(chǎn)生與計算出的使用電能量成 正比的脈沖信號，而所產(chǎn)生的脈沖信號輸出給LED 15 (S26)。
接著，執(zhí)行偏置量A/D變換處理(S27)。在這個處理中，選擇 開關(guān)22被切換連接到端子22c，從而將為0 V的基準(zhǔn)電位輸入差分放 大器23，受到差分放大。隨后，通過A/D變換器24的AE調(diào)制將經(jīng) 差分放大的基準(zhǔn)電位變換成數(shù)字信號，再計算出差分放大器23和A/D 變換器24的偏置量。在下次的S23的功率計算處理中，如上所述從電 壓值和電流值中扣除經(jīng)S27的偏置量A/D變換處理得到的偏置量，再 計算出電功率。
圖6為示出上述使用電能量計算處理的詳細情況的流程圖。使用 電能量計算處理作為微型計算機21的定時器中斷處理執(zhí)行。
在對定時器中斷處理的中斷定時計時的定時器的所計時間達到 Tss(= 500ns)時，定時器中斷處理啟動。在定時器中斷處理中，微 型計算機21首先確定Ts2標(biāo)志是否已設(shè)置(見圖6中的S31) 。 TS2 標(biāo)志在執(zhí)行電壓A/D變換處理(見圖5中的S22)時在S39中設(shè)置， 如稍后要說明的那樣。在確定結(jié)果為"否"時，微型計算機21隨后確定 Vow進行中標(biāo)志是否已設(shè)置，也就是說，確定是否正在進行對差分放 大器23和A/D變換器24的偏置量的測量(S32 ) 。 VoFF進行中標(biāo)志 在執(zhí)行偏置量A/D變換處理(見圖5中的S27)時在S45中設(shè)置，如 稍后要說明的那樣。在沒有執(zhí)行偏置量A/D變換處理而S32的確定結(jié) 果為"否"時，微型計算機21在定時器內(nèi)設(shè)置時間TS1 ( = 93 jis ) ( S33 )， 使定時器啟動時間Tw定時。在執(zhí)行時間T"定時時，執(zhí)行至如下所示 的S39的一系列處理。此外，由于S33的定時器設(shè)置，在過了 T^的 時間就出現(xiàn)下一定時器中斷，啟動S41的電壓AE A/D變換。接著， 微型計算機21啟動電流A/D變換處理(見圖5中的S21) (S34)。 此時，由于選擇開關(guān)22已經(jīng)在稍后要說明的S56的處理中被切換連接到端子22b，因此電流傳感器14的檢測輸出就輸出給A/D變換器24。 接著，微型計算機21確定在S34啟動的電流A/D變換處理是否已完 成(S35)，而在確定結(jié)果為"是，，時，微型計算機21立即停止A/D變 換器24的操作(S36)。隨后，微型計算機21將選擇開關(guān)22切換連 接到端子22a，以將狀態(tài)設(shè)置為使電壓傳感器13的檢測輸出被輸入到 差分放大器23 (S37)，并為啟動下一電壓AS A/D變換(見S41)作 好準(zhǔn)備。
接著，將通過從在S34和S35的處理變換成數(shù)字信號的電流傳感 器的檢測輸出值(AD值)中扣除在稍后要說明的S55中已經(jīng)變換成 數(shù)字信號的偏置量值(Vo^值)所得到的值(電流值-偏置量)設(shè)置入 微型計算機21所含有的RAM (隨機存取存儲器)的沒有示出的操作 數(shù)據(jù)存儲區(qū)，作為供電功率計算使用的電流值(S38)。接著，微型計 算機21將Ts2標(biāo)志設(shè)置(S39),從而結(jié)束這個定時器中斷處理。
此外，在TS2標(biāo)志已設(shè)置從而S31的確定結(jié)果為"是"時，微型 計算機21在定時器內(nèi)設(shè)置時間TS2( = TSSTS1 = 500-93 = 407jis X S40 )， 使定時器啟動時間Ts2定時。在執(zhí)行時間Ts2定時時，執(zhí)行至如下所示 的S49的一系列處理。由于S40的定時器設(shè)置，在過了 Ts2的時間就 出現(xiàn)下一定時器中斷，從而啟動S52的VOFF A/D變換。接著，微 型計算機21啟動電壓A/D變換處理(見圖5中的S22) (S41)。此 時，由于選擇開關(guān)22已經(jīng)在S37的處理中被切換連接到端子22a，因 此電壓傳感器13的檢測輸出就輸出給A/D變換器24。接著，微型計 算機21確定在S41啟動的電壓A/D變換處理是否已完成(S42)，而 在確定結(jié)果為"是，，時，微型計算機21立即停止A/D變換器24的操作 (S43)。微型計算機21將選擇開關(guān)22切換連接到端子22c，以將狀 態(tài)設(shè)置為使電流傳感器14的基準(zhǔn)電位被輸入到差分放大器23( S44 )， 將V。FF進行中標(biāo)志設(shè)置(S45 )，并為啟動下一 VOFF A/D變換(見 S52 )作好準(zhǔn)備。
接著，微型計算機21將通過從在S41和S42的處理中變換成數(shù) 字信號的電壓傳感器13的檢測輸出值(AD值)中扣除已經(jīng)在稍后要說明的S55中變換成數(shù)字信號的偏置量值(VoFF值)所得到的值(電 壓值-偏置量)設(shè)置入微型計算機21所含有的RAM內(nèi)的沒有示出的 操作數(shù)據(jù)存儲區(qū)域，作為供在電功率計算中使用的電壓值(S46)。接 著，微型計算機21將在S39設(shè)置的Ts2標(biāo)志清除(S47)，隨后將在 S38設(shè)置入操作數(shù)據(jù)存儲區(qū)域的電流值與設(shè)置入操作數(shù)據(jù)存儲區(qū)域的 電壓值相乘，計算出電功率(S48)。對于在S48中計算出的電功率 數(shù)據(jù)，執(zhí)行上述增益調(diào)整(見圖5中的S24)和電功率累積處理(見 圖5中的S25)，從而計算出使用電能量，同時對它的絕對誤差進行 校正。接著，根據(jù)計算出的使用電能量，產(chǎn)生與使用電能量成正比的 脈沖信號(S49)，結(jié)束這個定時器中斷處理。所產(chǎn)生的脈沖信號輸出 給LED 15，如上所述(見圖5中的S26)。
此外，在V。^進行中標(biāo)志已設(shè)置從而S32的確定結(jié)果為"是"時， 微型計算機在定時器內(nèi)設(shè)置時間Tss ( = 500ns) (S51)，使定時器啟 動時間Tss定時。在執(zhí)行時間Tss定時時，執(zhí)行如下所示的至S57的 一系列處理。由于S51的定時器設(shè)置，在過了 Tss的時間就出現(xiàn)下一 定時器中斷，從而啟動S34的電流AS A/D變換。接著，微型計算機 21啟動偏置量A/D變換處理(見圖5中的S27) (S52)。此時，由 于選擇開關(guān)22已經(jīng)由S44的處理切換連接到端子22c，因此電流傳感 器14的基準(zhǔn)電位就輸出給A/D變換器24。接著，微型計算機21確定 在S52啟動的偏置量A/D變換處理是否已完成(S53 )，而在確定結(jié) 果為"是"時，微型計算機21立即停止A/D變換器24的操作(S54 )。 隨后，微型計算機21將在S52和S53的處理中變換成數(shù)字信號的偏 置量值(V。^值)設(shè)置入微型計算機21所含有的RAM的操作數(shù)據(jù)存 儲區(qū)域(S55)。隨后，微型計算機21將選擇開關(guān)22切換連接到端子 22b,以將狀態(tài)設(shè)置為使電流傳感器14的檢測輸出被輸入到差分放大 器23(S56)，并為啟動下一電流ASA/D變換(見S34)作好準(zhǔn)備。 接著，微型計算機21將在S45設(shè)置的VopT進行中標(biāo)志清除(S57)， 并結(jié)束定時器中斷處理。
按照本實施例的電子電度表，電壓傳感器13的檢測輸出、電流
17傳感器14的檢測輸出和這些檢測輸出的基準(zhǔn)電位如上面所說明的那 樣通過A/D變換器24內(nèi)的AS調(diào)制從模擬信號變換成數(shù)字信號(見圖 5中的S21、 S22和S27,以及圖6中的S34、 S41和S52 )。通過軟件 處理部25內(nèi)的運算，從變換成數(shù)字信號的電壓傳感器13和電流傳感 器14的各自檢測輸出中扣除變換成數(shù)字信號的基準(zhǔn)電位(見圖6中的 S38和S46)，從而從電壓傳感器13和電流傳感器14的各自檢測輸 出中扣除了差分放大器23和A/D變換器24的偏置量。被測對象的使 用電能量用扣除了偏置量的電壓傳感器13和電流傳感器14的各自檢 測輸出計算(見圖5中的S23和S25，以及圖6中的S48)。
在A/D變換器24內(nèi)在調(diào)制時用過采樣對數(shù)字信號進行精細 釆樣從而高分辨率地將模擬信號變換成數(shù)字信號，因此放大裝置不需 要如在常規(guī)電子電度表內(nèi)那樣為了彌補A/D變換器的分辨率配置成具 有多個級。因此，需要寬的測量精度保證量程的電流傳感器14的檢測 輸出可以在整個寬量程上高精度測量，而不需要將放大裝置配置成具 有多個級。此外，由于放大裝置不需要配置成具有多個級，因此也就 不必確定放大器的最佳級數(shù)、測量各級放大器的偏置量和將測得的各 級放大器幾次的偏置量值存儲在RAM內(nèi)。此外，也不必通過增益調(diào) 整處理對各級的每個放大器執(zhí)行增益調(diào)整和通過增益誤差校正處理對 各級的放大器執(zhí)行電阻誤差校正。于是，減少了處理量，從而可以減 小軟件處理部25內(nèi)的軟件規(guī)模，并且可以減小包含在微型計算機21 內(nèi)的RAM的數(shù)據(jù)存儲容量。因此，可以減小微型計算機21所需的 RAM的存儲器規(guī)模。此外，由于減小了處理量，因此可以降低微型 計算機21的操作時鐘頻率，從而可以減小電流消耗。此外，由于放大 裝置不需要配置成具有多個級，因此可以減小模擬電路部分的規(guī)模， 從而可以減小包含在電子電度表內(nèi)的電子電路基片，而且可以減小模 擬電路部分的電流消耗。于是，可以用小型電源作為電子電度表的電 源。此外，由于減小電流消耗也就可以減小電源輸出電壓的起伏范圍， 因此不需要如在常規(guī)電子電度表內(nèi)那樣的穩(wěn)定電源輸出電壓的電路組 件，從而可以壓縮成本。由于可以降低微型計算機21的操作時鐘頻率，
18因此可以減小微型計算機21所產(chǎn)生的電磁噪聲引起的輻射電場強度 的影響，從而可以壓低與實現(xiàn)抗噪的措施有關(guān)的成本。結(jié)果，按照本 實施例的電子電度表，可以充分達到減小產(chǎn)品尺寸和降低成本的目的。 此外，由于用差分放大器23作為放大裝置，可以將偏壓VCOM 加到差分放大器23輸出的電壓傳感器13和電流傳感器14的檢測信號 上。因此，即使電壓傳感器13和電流傳感器14的檢測信號在負的電 壓范圍內(nèi)變化，通過施加偏壓VCOM也可以使檢測信號成為在正的范 圍內(nèi)變化的信號，電壓傳感器13和電流傳感器14的檢測信號經(jīng)差分 放大器23放大后，可以用A/D變換器24變換成數(shù)字信號。此外，由 于用差分放大器23作為放大裝置，即使有噪聲加到它的倒相輸入端 ( )和非倒相輸入端(+ )上，這噪聲也會被抵消掉，從而可以消除 噪聲的影響。因此，傳感器13和14的各自檢測信號可以得到高精度 的放大。
此外，在本實施例中，按TS1+TS2+TSS ( = lOOOjis )的固定時間間 隔分別執(zhí)行S34的電流A/D啟動、S41的電壓AS A/D啟動和S52 的VoFF AS A/D啟動。在用A/D變換器24完成對任何電壓傳感器13 和電流傳感器14的檢測輸出和這些檢測輸出的基準(zhǔn)電位的變換時，立 即切換選擇開關(guān)22 (見圖6中的S37、 S44和S56 )，再過一段時間 之后才用A/D變換器24對由經(jīng)切換的選擇開關(guān)22輸入的信號執(zhí)行變 換(見圖6中的S34、 S41和S52)。因此，每個用A/D變換器24執(zhí) 行的變換都在選擇開關(guān)22被切換后過了一定時間輸入A/D變換器24 的信號穩(wěn)定的狀態(tài)下啟動。因此，消除了產(chǎn)生測量誤差的因素，從而 可以用A/D變換器24精確執(zhí)行每個變換。
此外，在本實施例中，在完成對電壓傳感器13和電流傳感器14 的檢測輸出和這些檢測的基準(zhǔn)電位的每個變換時，A/D變換器24的操 作立即停止(見圖6中的S36、 S43和S54)，執(zhí)行為啟動下一個用 A/D變換器24執(zhí)行的變換的準(zhǔn)備。因此，每個用A/D變換器24執(zhí)行 的變換就可以從A/D變換器24停止的狀態(tài)迅速實現(xiàn)。于是，在不停 止A/D變換器24的操作連續(xù)執(zhí)行變換時，在啟動變換時通過等待A/D變換器24的上個變換操作完成之類來推遲下一變換的啟動，每個變換 的啟動不能按固定時間間隔執(zhí)行，但是按照本實施例，每個變換的啟 動可以按1000 ( = 93+407+500) jis的固定時間間隔執(zhí)行(見圖6中的 S34、 S41和S52)。結(jié)果，被測對象的電壓和電流的測量定時和偏置 量的測量定時按預(yù)定的時間間隔執(zhí)行，從而被測對象的使用電能量的 計算處理可以精確執(zhí)行。
在以上所說明的實施例中，說明了用公式(電壓值-偏置量)x(電 流值-偏置量)執(zhí)行電功率計算(見圖5中的S23和圖6中的S38、 S46 和S48)的情況，但是本發(fā)明并不局限于這種情況。如在以上所說明 的實施例中，在電流傳感器14的檢測輸出的基準(zhǔn)電位(0V)與電壓 傳感器13的檢測輸出的基準(zhǔn)電位(1.8 V)相互不同時可以使軟件處 理部25內(nèi)的運算具有只從經(jīng)A/D變換器24變換的電流傳感器14的 檢測輸出中扣除經(jīng)A/D變換器24變換的電流傳感器14的檢測輸出的 基準(zhǔn)電位(偏置量消除)的配置。
具體地說，在這種配置中，不執(zhí)行圖6中的S46的從電壓傳感器 13所檢測的電壓值中扣除偏置量的處理，而電功率用公式(電壓值) x (電流值-偏置量)計算。即使只在電流側(cè)執(zhí)行偏置量消除而不在電 壓側(cè)執(zhí)行偏置量消除，也可以精確計算使用電能量，如下所示。
在圖4中的電源端子PO與Pl之間的電壓i殳為V.sincot、電壓傳 感器13的信號地線設(shè)為Vcom、差分放大器23和A/D變換器24的偏 置量設(shè)為VOFF、電阻器13a、 13b和13c的電阻值分別設(shè)為Rp &和 R3而a = R3/(RrfR2+R3)時，電壓傳感器13才艮據(jù)出現(xiàn)在電阻器13c兩 端的電壓Evsincot測得的電壓的A/D變換結(jié)果為
Ev.sincot + V。ff
=(V.si歸t - Vcom) xa + VOFF
此外，由于電流I.sin①t在負載端1L與1S之間流過，在旁路電 阻器14a的兩端出現(xiàn)電壓Ersincot，因此電流傳感器14測得的電流的 A/D變換結(jié)果為
Efsincot + Vqff因此，可按如下所示計算電功率。 電功率
=(電壓值)X (電流值-偏置量)
=(Evsi歸t + VOFF) x (Ersin①t + Voff國VOFF)
={(V'sincot畫Vcom) x a + VOFF} x (E互.sina)t + VOFF - VOFF)
=(a.V'sincot - a.VCOM + VOFF) x Ersi歸t
=a'V.Ei.sii^cot畫E!(a.VcoM - Voff)sin t
在這種情況下，根據(jù)傳感器13和14的各自檢測輸出計算出的電 功率值具有第一項的直流分量(a.V.Ersin^t),但是在沒有扣除基 準(zhǔn)電位的電壓傳感器13的檢測輸出內(nèi)出現(xiàn)的差分放大器23和A/D變 換器24的偏置量Vow成為第二項的正、負變化的交流分量EKa'VcoM 畫VoFF)sina)t，在圖5中S25的電功率累積處理中通過積分處理變成零。 因此，在電壓側(cè)不執(zhí)行偏置量消除的情況下，在電功率計算時自動消 除了 VoFF的影響。具體地說，在以上說明的公式中如果滿足a'V-Ev， 就可以用下式1:<formula>formula see original document page 22</formula>
計算在時間0至t期間所計算的使用電能量。其中，作了 sin2(Dt == -(cos2①t-l)/2的變換。此外，由于co-27cf-27i/t，作了 t-2兀/co的變換。 在這里，由于Ev和Er都是峰值，因此在上述使用電能量用有效 值表示時，滿足下式2:
因此，即使在電壓側(cè)沒有執(zhí)行偏置量消除，在電功率計算時也可
以自動消除VoFF的影響。
按照以上所說明的配置，只對電流傳感器14的檢測輸出執(zhí)行扣
除經(jīng)A/D變換器24變換的基準(zhǔn)電位，從而可以從計算出的使用電能 量中扣除差分放大器23和A/D變換器24的偏置量。因此，簡化了被 測對象的使用電能量的計算處理，減小了軟件的規(guī)模，從而可以減小微型計算機的存儲器規(guī)模，而且可以降低操作時鐘頻率，使電流消耗 進一步減小。此外，在以上所說明的配置中，如3和4所示，所描述的情況是， 電流傳感器14的檢測輸出的基準(zhǔn)電位和電壓傳感器13的檢測輸出的 基準(zhǔn)電位分別設(shè)置為0 V和1.8 V,而只從經(jīng)A/D變換器24變換的電 流傳感器14的檢測輸出中扣除經(jīng)A/D變換器24變換的電流傳感器14 的檢測輸出的基準(zhǔn)電位，但本發(fā)明并不局限于這種情況。例如，也可 以采用這樣的配置將電流傳感器14的檢測輸出的基準(zhǔn)電位設(shè)置為信 號地線的基準(zhǔn)電位(例如，為1.8V)，將電壓傳感器13的檢測輸出 的基準(zhǔn)電位設(shè)置為電路地線的基準(zhǔn)電位Vss (例如，為0V)，將選擇 開關(guān)22的端子22c接到電路地線的基準(zhǔn)電位Vss上，從而只從經(jīng)A/D 變換器24變換的電壓傳感器13的檢測輸出中扣除經(jīng)A/D變換器24 變換的電壓傳感器13的檢測輸出的基準(zhǔn)電位。如上面所說明的那樣，根據(jù)傳感器13和14各自的檢測輸出計算 出的電功率值體現(xiàn)為直流分量，而出現(xiàn)在基準(zhǔn)電位沒有扣除的那個的 檢測輸出內(nèi)的差分放大器23和A/D變換器24的偏置量成為正、負電 壓均等出現(xiàn)的交流分量，通過在使用電能量的累計處理過程中的積分 處理(見圖5中的S25)除去。于是，只對電流傳感器14的檢測輸出 和電壓傳感器13的檢測輸出之一執(zhí)行扣除經(jīng)A/D變換器24變換的基 準(zhǔn)電位，就可以從所計算的使用電能量中除去差分放大器23和A/D 變換器24的偏置量。因此，簡化了被測對象的使用電能量的計算處理， 減小了軟件的規(guī)模，減小了微型計算機的存儲器容量，以及降低了操 作時鐘頻率，從而能進一步減小電流消耗。此外，在以上所說明的實施例中，描述了一對電壓傳感器13和 電流傳感器14配置成通過選擇開關(guān)22接到差分放大器23上的情況， 但是也可以采用包括多對電壓傳感器和電流傳感器的多單元電子電度 表的配置。圖7為示出包括三對電壓傳感器和電流傳感器的電子電度表的電 路配置的概要的框圖。在這個圖中，與圖3中的相同或相應(yīng)部件標(biāo)以相同的標(biāo)注數(shù)字和字符，而不再對它們進行說明。在基于本配置的多單元電子電度表內(nèi)，電壓傳感器13A、 13B和 13C和電流傳感器14A、14B和14C通過選擇開關(guān)42接到包含在孩吏型 計算機41內(nèi)的差分放大器23上。電流傳感器14A至14C各配置為電 流互感器或Rogowski線圏，而由軟件處理部25a為每對各自的單元 執(zhí)行電功率計算。除了這幾點，采用與在以上所說明的實施例中的相 同的配置。在這種配置中，提供與在以上所說明的實施例中的電子電 度表類似的操作效果。此外，在以上所說明的實施例中，描述了電壓傳感器13和電流 傳感器14兩者的檢測輸出都由差分放大器23放大的情況，但本發(fā)明 并不局限于這種情況。與作為被測對象的電流相比，作為被測對象的 電壓的測量精度保證量程不是寬的量程，而且檢測信號的幅度大。因 此，如圖8所示，可以采用電壓傳感器13直接接到A/D變換器24上 而不接到差分放大器23上的配置。在這個圖中，與圖3中的相同或相 應(yīng)部件標(biāo)以相同的標(biāo)注數(shù)字和字符，而不再對它們進行說明。在本配置中，除了用兩個選擇開關(guān)22和52將電壓傳感器13接 到A/D變換器24上而不接到差分放大器上、在軟件處理部25b內(nèi)的 處理與本配置一致而有所不同這兩點之外，采用與在以上所說明的實 施例中的相同的配置。在將電壓傳感器13的檢測輸出輸入到A/D變換器24和變換成數(shù) 字信號時，選擇開關(guān)22和52如圖8所示被切換成分別連接端子22a 和52a，從而使電壓傳感器13的檢測輸出通過選擇開關(guān)22和52直接 輸入A/D變換器24。此外，在將電流傳感器14的檢測輸出輸入到A/D 變換器24和變換成數(shù)字信號時，選擇開關(guān)22和52被切換連接到端子 22b和52b，從而使電流傳感器14的檢測輸出經(jīng)差分放大器23放大 后輸入A/D變換器24。此外，在將電流傳感器14的基準(zhǔn)電位輸入A/D 變換器24和變換成數(shù)字信號時，選擇開關(guān)22和52被切換成分別連接 端子22c和52b，從而使電流傳感器14的基準(zhǔn)電位經(jīng)差分放大器23 放大后輸入A/D變換器24。于是，在這種配置中，也提供與在以上所24說明的實施例中的電子電度表類似的操作效果。此外，在以上所說明的實施例中，描述了差分放大器23包含在 微型計算機21內(nèi)部的A/D變換器24的前級內(nèi)的情況，但本發(fā)明并不 局限于這種情況。差分放大器23可以包含在微型計算機21內(nèi)，或者 可以配置在^L型計算才幾21外。圖9為示出配置成差分放大器23在微型計算機21外的電子電度 表的電路配置的概要的框圖。在這個圖中，與圖3中的相同或相應(yīng)的 部件標(biāo)以相同的標(biāo)注數(shù)字和字符，而不再對它們進行說明。在本配置中的微型計算機61為包括放大器63的通用微型計算 機，放大器63通過選擇開關(guān)62接到A/D變換器24上。此外，電流 傳感器14通過配置在微型計算機61外的選擇開關(guān)65和差分放大器 64接到在微型計算機61內(nèi)的選擇開關(guān)22上。本配置除了這幾點和在 軟件處理部25c內(nèi)與這幾點相應(yīng)的處理有所不同這點之外配置與以上 所說明的實施例相同。在將電壓傳感器13的檢測輸出輸入到A/D變換器24變換成數(shù)字 信號時，選擇開關(guān)22和62被切換成如圖9所示分別連接端子22a和 62a。電壓傳感器13的檢測輸出通過選擇開關(guān)22和62直接輸入A/D 變換器。此外，在將電流傳感器14的檢測輸出輸入到A/D變換器24 變換成數(shù)字信號時，選擇開關(guān)65、22和62被切換成分別連接端子65a、 22b和62b。電流傳感器14的檢測輸出經(jīng)差分放大器64和放大器63 放大后輸入A/D變換器24。此外，在將電流傳感器14的基準(zhǔn)電位輸 入A/D變換器24變換成數(shù)字信號時，選擇開關(guān)65、 22和62被切換 成分別連接端子65b、 22c和62b。電流傳感器14的基準(zhǔn)電位經(jīng)差分 放大器64和放大器63放大后輸入A/D變換器24。于是，在這種配置 中，也提供與在以上所說明的實施例中的電子電度表類似的操作效果。此外，在以上所說明的實施例中，描述了使用電能量通過在增益 調(diào)整處理(見圖5中的S24)中將瞬時電功率乘以預(yù)定倍數(shù)予以校正 的情況，但本發(fā)明并不局限于這種情況。圖10為示出所累積的使用電能量(見圖5中的S25)與軟件處理部25輸出給LED15的脈沖信號之間的關(guān)系的圖。圖10中的(a) 示出了按照歷經(jīng)時間累積的使用電能量，而圖10中的(b)示出了在 使用電能量達到圖10的(a)中所示的固定值(闊值)時相應(yīng)輸出的 脈沖信號的輸出時序。在圖10的(a)和(b)中，橫坐標(biāo)軸為時間軸。在不需要校正使用電能量的絕對誤差時，將脈沖輸出的閾值設(shè)置 成如圖10的(a)中的實線所示。在軟件處理部25中所累積的使用電 能量達到a時，輸出一個脈沖信號，如圖10的(b)所示，并且將 所累積的使用電能量重置為"O"。此后，以同樣方式，每當(dāng)過了時間t 和使用電能量達到閾值a時，就輸出一個脈沖信號。閾值a調(diào)整成在 額定電壓和額定電流加到電子電度表上時使時間t成為常數(shù)而脈沖信 號頻率成為例如6.4 Hz。然而，實際累積得到的使用電能量的增加率 按照各組件的精度之類，諸如傳感器13和14各自的內(nèi)部電阻值、加 到A/D變換器24上的基準(zhǔn)電壓Vref的值和差分放大器23的增益誤差， 變小和變大，如圖IO的(a)中的虛線和點劃線所示的鋸齒波形那樣。 在增加率這樣改變時，使用電能量達到閾值ot的節(jié)拍就會改變，因 此通過調(diào)整與使用電能量相應(yīng)的脈沖輸出的閾值，對使用電能量的絕 對誤差進行校正。具體些說，在使用電能量的增加率變小時，如圖10 的(a)中的虛線所示，將閾值從a改變?yōu)閨3(a>|3)。此外，在使用 電能量的增加率變大時，如點劃線所示，將閾值從a改變?yōu)閅(a<y)。 通過這樣調(diào)整閾值，脈沖輸出的節(jié)拍得到調(diào)整，于是按照實際使用電 能量輸出脈沖信號，從而校正了計算出的使用電能量的絕對誤差。計算出的使用電能量的絕對誤差可以通過圖5中的S24的增益調(diào) 整將使用電能量乘以與差分放大器23的放大因子一致的預(yù)定倍數(shù)來 校正，但也可以通過如上所述調(diào)整脈沖輸出的閾值來校正。因此，增 大了設(shè)計這種電子電度表的自由度。此外，在以上所說明的實施例中，描述了傳感器13和14的檢測 信號和基準(zhǔn)電位都由差分放大器23放大的情況，但本發(fā)明并不局限于 這種情況。例如，在圖3和圖4所示的電子電度表內(nèi)，傳感器13和 14各自的檢測信號和基準(zhǔn)電位可以按照A/D變換器24而不是放大器23的輸入電容器比放大。圖11為示出配置在A/D變換器24內(nèi)的開關(guān) 電容積分電路。A/D變換器24配置成包括接到它的輸出側(cè)上的運算放大器71和 比較器72。運算放大器71的輸入側(cè)和輸出側(cè)通過保持電容器79和80 反饋連接。此外，各具有電容Ci的對輸入信號進行采樣的采樣電容器 73和74以及各具有電容Cr的進行反饋的反饋電容器75和76接到運 算放大器71的輸入側(cè)。切換開關(guān)77和78分別接到反饋電容器75和 76上，這兩個開關(guān)77和78由比較器72的輸出切換，而基準(zhǔn)電壓+Vw 或-Vref加到反饋電容器75和76上。采樣電容器73接到上面所提到的 選擇開關(guān)22上，傳感器13和14的各自檢測輸出和基準(zhǔn)電位按照選擇 開關(guān)22的切換輸入采樣電容器73。此外，采樣電容器74接到電流傳 感器14的基準(zhǔn)電位上，從而為0 V的基準(zhǔn)電位輸入采樣電容器74。在以上所說明的配置中，輸入釆樣電容器73和74的信號分別經(jīng) 輸入電容比Ci/Cr的放大因子差分放大和AS調(diào)制后從模擬信號變換 成數(shù)字信號。于是，在這種配置中，也提供與以上所說明的實施例類 似的操作效果。此外，在以上所說明的實施例中，描述了電壓傳感器13配置成 分電壓電阻器13a至13c而電流傳感器14配置成旁路電阻器14a的情 況，但電壓傳感器13和電流傳感器14的類型可以適當(dāng)加以改變。例 如，可以使用圖7中所示的電流互感器(CT) 、 Rogowski線圏之類 作為電流傳感器14。此外，在以上所說明的實施例中，描述了通過切換選擇開關(guān)22 在A/D變換器24內(nèi)對電流傳感器14的檢測輸出、電壓傳感器13的 檢測輸出和電流傳感器14的基準(zhǔn)電位按這個次序執(zhí)行A/D變換處理 (見圖5中的S21、 S22和S27)的情況，但這個對各個信號的A/D 變換處理的次序可以適當(dāng)加以改變。此外，在以上所說明的實施例中，描述了加到A/D變換器24上的基準(zhǔn)電壓Vref是與微型計算機21的工作電壓VDD分開單獨配備的情況，但本發(fā)明并不局限于這種情況。例如，可以將A/D變換器24的27基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)置在與微型計算機21的工作電壓Vj)d相同的電位，從 而可以將向A/D變換器24提供基準(zhǔn)電壓Vref的電源和向微型計算機 21提供工作電壓VoD的電源做成一個公共電源。按照這種配置，不必 單獨配備向A/D變換器24提供基準(zhǔn)電壓Vref的電源，從而可以進一 步達到減小產(chǎn)品尺寸和降低成本的目的。此外，在以上所說明的實施例的定時器中斷處理中，將時間TS1、 Ts2和Tss分別設(shè)置為93fis、 407jis和500jis，而將微型計算機21的偏 壓VcoM和工作電壓V。d分別設(shè)置為1.8 V和3.6 V，但Ts" 182和Tss以及Vcom和VoD并不局限于這些值，而是可以適當(dāng)加以改變的。此外，在以上所說明的實施例中，描述了為了提高電壓傳感器13 的耐壓性能將電阻器13a和13b串聯(lián)地接在電源端子P0與電阻器13c 之間的情況，但接在電源端子PO與電阻器13c之間的電阻器也可以是 一個，也就是說，這些電阻器的個數(shù)是可以適當(dāng)加以改變的。產(chǎn)業(yè)適用性在以上所說明的實施例中，描述了本發(fā)明應(yīng)用于單相二線制電子 電度表的情況，但本發(fā)明也可以應(yīng)用于根據(jù)經(jīng)A/D變換裝置變換的數(shù) 字信號對被測對象的使用電能量進行運算的單相三線制、三相三線制 之類的各種電子電度表。在本發(fā)明應(yīng)用于這樣的各種電子電度表時， 也提供與以上所說明的實施例類似的操作效果。
權(quán)利要求
1.一種電子電度表，包括檢測被測對象的電壓的電壓傳感器；檢測被測對象的電流的電流傳感器；擇一地選擇和輸出所述電壓傳感器或所述電流傳感器的檢測輸出或該檢測輸出的基準(zhǔn)電位的選擇開關(guān)；放大至少所述電流傳感器的檢測輸出的放大裝置；以及運算處理設(shè)備，含有將所述選擇開關(guān)輸出的所述電壓傳感器和所述電流傳感器的檢測輸出以及所述基準(zhǔn)電位從模擬信號變換成數(shù)字信號的A/D變換裝置、以及根據(jù)經(jīng)A/D變換裝置變換的數(shù)字信號對被測對象的使用電能量進行運算的運算裝置，所述電子電度表的特征在于所述放大裝置配置成對輸入信號進行差分放大的差分放大裝置；所述A/D變換裝置通過Δ∑調(diào)制將輸入信號從模擬信號變換成數(shù)字信號；以及所述運算裝置通過從經(jīng)所述A/D變換裝置變換的所述電壓傳感器和所述電流傳感器的檢測輸出中的每一個中扣除經(jīng)所述A/D變換裝置變換的所述基準(zhǔn)電位，計算被測對象的使用電能量。
2. 按照權(quán)利要求1所述的電子電度表，其特征在于所述運算裝 置通過將所述使用電能量乘以預(yù)定倍數(shù)或者通過調(diào)整與所述使用電能 量相應(yīng)的脈沖輸出的閾值，校正所述使用電能量的絕對誤差。
3. 按照權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的電子電度表,其特征在于 在所述電流傳感器的檢測輸出的所述基準(zhǔn)電位與所述電壓傳感器的檢 測輸出的所述基準(zhǔn)電位相互不同時，所述運算裝置只從所述電流傳感 器的檢測輸出和所述電壓傳感器的檢測輸出中的任一個中扣除經(jīng)所述 A/D變換裝置變換的所述基準(zhǔn)電位。
4. 按照權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任一項所述的電子電度表，其 特征在于所述運算處理設(shè)備在所述A/D變換裝置完成對所述電壓傳感器和所述電流傳感器的檢測輸出以及這些檢測輸出的基準(zhǔn)電位中的 任一個的變換后立即將所述選擇開關(guān)切換成使它進行下一選擇，再過一段時間之后，所述運算處理設(shè)備使所述A/D變換裝置執(zhí)行下一變換。
5. 按照權(quán)利要求4所述的電子電度表，其特征在于所述運算處 理設(shè)備在所述A/D變換裝置完成每個變換后立即停止所述A/D變換裝 置的操作，并使得作好所述A/D變換裝置啟動下一變換的準(zhǔn)備。
6. 按照權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中任一項所述的電子電度表，其 特征在于所述A/D變換裝置的基準(zhǔn)電壓被設(shè)置在與所述運算處理設(shè) 備的工作電壓相同的電位。
全文摘要
常規(guī)的電子電度表不能達到充分小型化和降低成本的目的。在本發(fā)明的電子電度表內(nèi)，在軟件處理部(25)的控制下，電壓傳感器(13)和電流傳感器(14)的檢測輸出和電流傳感器(14)的基準(zhǔn)電位經(jīng)差分放大器(23)差分放大后，再由A/D變換器(24)通過Δ∑調(diào)制進行A/D變換。然后，分別從電壓傳感器(13)和電流傳感器(14)的經(jīng)A/D變換的檢測輸出中扣除經(jīng)A/D變換的基準(zhǔn)電位，由此計算出被測對象的使用電能量。對使用電能量的絕對誤差的校正處理僅通過增益調(diào)整處理來執(zhí)行。計算出的使用電能量在受液晶驅(qū)動器(5)控制的液晶顯示部(6)上顯示，并且作為脈沖信號傳送給LED(15)。
文檔編號G01R21/00GK101542298SQ200680056150
公開日2009年9月23日 申請日期2006年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月18日
發(fā)明者吉川法子, 吳一憲 申請人:大崎電氣工業(yè)株式會社