[发明专利]用于采用低欧姆合金导体的设备和用于简化耗用电流数据检索的方法

说明书

技术领域

用于在AC插座中使用的AC电流检测元件和用于将消耗数据提供给用户和电力网格的智能网格的其它电布线装置。

背景技术

每当将控制电路用于包括用于测量和通信电力消耗的电路的电布线装置时，安装到包括住宅、办公室、商务楼、工厂、公共建筑和其它建筑的房屋的电路中的许多不同的电布线装置要求DC电力。

安装在电暗线盒中、用于控制LED灯、家庭自动化开关和继电器、受控的电力插座和诸如用于加热、冷却、电动遮光窗帘和落帘的控件的环境控制装置的电布线装置不能由分离的低电压DC电力线供电，也不能通过低电压通信线供电。电气标准和建筑标准严格禁止低电压总线线和/或混合低电压布线与壁装AC电力装置和/或与同一个线管内的AC电力线的连接。将低电压通信布线连接到电流感测适配器（诸如用于与本发明的AC插座一起使用的插入式适配器）将类似地违背电气和安全规则。低电压总线线不能直接连接到AC布线装置来用于向控制器报告电器所消耗的电力。

这强制使用被内部地构建到电插座、开关、继电器、调光器等的AC电源。这样的电源可能使用体积大而且昂贵的AC变换器或者大的AC电容器。替换地，这样的小的电源可能使用昂贵的而且生成必须要由体积大的滤波器来抑制的噪声的电力开关电路。

用以将AC电力转换为低电压和低电流的DC电力的模拟方法和装置简单并且生成非常小的噪声，然而，模拟调节器浪费大量电力，并且必须耗散所得到的热量。特别是，当控制电路针对其操作消耗几mW的非常低的电力、或者几mA的DC电流和诸如5V、3.3V或者1.8V的低DC电压时，模拟调节器浪费的能量远高于对给定装置的控制电路供电从而使其操作所需的实际能量。

美国专利7,639,907、7,649,727、7,864,500、8,041,221、美国公开2010/0278537、2011/0227510、2011/0311219以及美国专利申请12/963,876和13/086,610公开了使用低电力消耗CPU、包括用于调光器、电流传感器、继电器、电力插座和类似装置的控件的这种样的电力消耗控制电路，通过引用将它们合并于此，并且此后将它们提及为参考专利、公开和申请。

由AC电力插座的电源、或者并入有电力消耗检测和通信电路的电插入式力感测适配器的电源所浪费的电力对于全球社会通过监测由住宅、商业和工业使用中的电力插座所消耗的电力来减少电力消耗所进行的尝试而言是显著的。

耗用电流和耗用电力测量与报告电路可能耗用少量mV（毫瓦），但是即使电源是高效的，将120V或者230V AC转换为1.8V/1mA的DC电力也将从AC电力线消耗1W或者更多。例如小的住宅的30个电力插座和10个开关来这样连续耗用电力将浪费40W/小时或者约1kW/日的能量。即使当一个电器或者灯具都没有被操作或甚至被连接到AC插座时，这也会发生。因此，诸如两个小卧室公寓的小的典型住宅累积浪费的能量超过365kW/年。这是必须被解决的显著消耗。需要不浪费能量的新的小大小低成本AC到DC电源。

通常的AC电流传感器和电流测量元件包括：AC电流变换和线圈，用于检测感应的电流；非常低欧姆的电阻器（诸如2毫欧姆或者10毫欧姆），用于利用电阻器端子上产出的电压水平检测通过电阻器的电流；以及磁霍尔传感器，用于利用导体中的耗用电流来检测磁通量。

感应感测元件、低欧姆电阻器元件和霍尔传感器提出不会简单地解决的结构和组装方法困难。这直接影响用于报告电器或者其它负载的电流消耗、以及非常宽范围的不可预测的并且被随机消耗的电力的精度的所需要的简化低成本电流感测解决方案。

用于AC电流测量的低欧姆电阻器是典型的被构造的电阻器，类似于众所周知的轴向电阻器或用于安装在印刷电路板图案上的表面安装电阻器。利用可能影响例如范围从2毫欧姆至20毫欧姆的这样的小数值电阻的数值的过程，能够将轴向电阻器焊接到端子和其它金属结构上。

此外，需要引入低欧姆电阻器，用于测量范围例如从5A到20A或者甚至更高的更高电流，强制宽端厚的PCB图案或者足够大的端子以承载这样的大电流而不生成热。

另一方面，用于利用感应检测AC电流的电流变换器由更大的线圈和/或芯制成，用于测量诸如几mA的低电流以增加导磁率，以及用于测量用于测量几mA的耗用电流的磁通量。这是要使得电流变换器输出可测量的并且/或者能够与电气系统的电力线和AC布线装置中持续的噪声水平区别开的信号。