[发明专利]集成电路多相功率测量器

说明书

本发明涉及一些装置，用于测量由用户消耗的功率或由电厂提供的功率。更具体地说，本发明涉及一集成电路，当把它耦合到一个配电系统中的电压变换器和电流变换器上时，它将提供该配电系统中有关电力的数据。

电度表用来测量被一个特定应用单位消耗或供应的电能。在交流供电或配电系统中，电气机械的瓦特一小时电度表已经普遍地使用。这种众所周知的瓦特一小时电度表已经在世界上通行使用以测量功率的消耗或供应。虽然此种电度表是高度可靠的，但是它们的机械结构明显地限制了它们可以完成的增加功能的范围。例如，在一天的不同时间里，或者在不同的使用负荷情况下，加载不同的负荷率是困难的，因为是用电度表本身去控制一个负荷或一台发电设备。另外，如果要制造出此种机械电度表去完成这许多功能，那将是非常昂贵的。

除了没有集成电路以外，用于测量功率的一些完善的电子仪表在美国专利文件№.4，015，140，№.4，066960和№.4，217，546上都有所描述。在这里的技术使用了众所周知的“刻度-距离振幅”的乘积或“脉冲宽度-脉冲高度”的乘积，在其中，脉冲波形的幅度是正比于一个变量，并且脉冲的宽度是正比于第二个变量。在功率测量中，如果一个变量是供电电压或负荷电压，而另一个变量是流向负荷的或由负荷返回的电流，那么，波形的平均值正比于功率。通常，脉冲的宽度由一个接收一个三角波形以及供给或从负荷来的电压的比较器来决定。

遗憾的是，这些技术有许多缺点，在测低功率测量时降低了则量的精确度。在这些专利中所描述的乘法器注入电荷至下游电路，该电路不正确地将其作为一个有效的信号，因此，在功率测量中引起显著的误差。示于№.4，066，960专利的方法是依靠一个电阻-电容网络来提供频率源。从一个高质量电容器的价值来看，这样做是不利的。而且，在低负荷情况下，运算放大器电压偏移的影响没有消除。

因为固体电路的制造成本低廉，体积小，和有高度可靠性，已经有许多尝试用集成电路来设计功率测量器，把一个功率测量器的所有功能集中于一块或多块集成电路片上可以降低制造成本，并且可以使用一种过去不可能做到的方法来取用有关功率的消耗或供应的信息数据。例如，如果来自功率测量器的信息被用来增加各种记数，特定的记数按照一天的时间安排，那么在一天时间中对于高峰时间用电采取不同电费将被记录下来，这是很容易的。而且，来自这种电表的电信号可以立即地被传送到远处以便用来记帐或其他用途。

使用固体部件来制造功率测量器的一种方法在专利合作条约的第WO85/00893和WO85/00894号上有所描述。在这里所描述的系统也是依靠脉冲的宽度和高度的乘积，它是借用一个乘法器电路来完成的，该电路产生一个正比例于所测量电流和电压的乘积的信号电流。一个电流一频率转换器接受该电流，并且提供一个输出信号用于激励一个显示器。

在示于专利合作条约WO85/00893号上的乘法器有两个主要缺点。和电流通道串联的电阻相结合的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）开关阵列注入一个正比于一个三角形波信号频率的附加的电流，该三角形波信号已经被加到施加的电压上。为减小这个负荷注入，三角形波信号的频率被减少，因此，遗憾地减少了乘法器频带宽度。而且，甚至在如此低频下，还需要一个总的负荷注入最小化调谐。

示于专利合作条约的WO85/00894号专利，在电流-频率转换器内运算放大器的偏移电压，借助开路和闭路的开关被消除，该开关使偏移电压加到一个电容器上。遗憾的是，当这些开关处在这种位置时，电流-频率转换器从电路上断离从而测量不到功率。如果尖峰恰好在此时出现，它也没有被测量出来。而且，虽然这一技术消除了偏移电压，它引起负荷注入测量电路，因此，产生了测量误差。

这个电路最显著的缺点是电力配电系统内的频率可能与该消除偏移电压的频率同步。使负荷注入测量电路减至最小，为消除电压偏移可能达到的最低频率是合乎要求的。然而当抵消的频率被降低下来时，抵消的频率成可整体地分解成多种频率，出现在电力配电系统中，造成用电或供电电能的测量有百分之几的误差。该电路的另一个缺点是需要外部电压参照源。

其他已知的适当技术在所附的说明中进行描述。

本发明的一方面包括一个用于测量电路中电能的系统，包括有：电压检测装置，它耗合到电路上，用以提供一个有关电路上电压的第一信号;

电流检测装置，它耦合到电路上，用以提供一个有关电路上电流的第二信号;

乘法装置，它连接成接收第一信号和第二信号，并且提供一个第三信号，该信号中有一个代表第一信号和第二信号乘积的电流;