[发明专利]用于功率测量装置的Sigma－Delta乘法电路

说明书

本发明的技术领域是功率测量装置，借助它可计算实际上从电网获取功率的瞬时值，其中电网的电流及电压均为可变量，电压小但能察觉到，电流明显，因为实质上用电流的有效值来确定功率，不管是以一定的强度吸取电流(存在吸收功率)还是电流几乎为零(不吸收功率)。

在EP90313050.8中描述了Sigma-Delta转换器，在该文献中它也被与功率测量装置有关地进行描述，不过在所述现有技术中还使用了(那里用5表示)模/数转换器(ADU)，在以多组件数目制造出的这种装置中其成本方面是不利的。

本发明的任务是，减少这种装置的成本并同时保持其精度或甚至改善其精度。这将用权利要求1或权利要求10来实现。在此情况下，一个Sigma-Delta转换器(或调制器)的输出端将输出其位流，以便使第二模拟信号的符号在其极性上正比于第一调制器(SDM)输出信号的位流密度地变换。该符号变换由“乘法装置”来执行，但它不是通常电路技术定义的模拟乘法器，而是根据权利要求6可构成替换形式(a)或(b)。

在此情况下，当功率以其瞬时值确定时，本发明可以作到没有用于电流及电压模拟测量信号的模拟乘法器也行，没有具有并行输出的模/数转换器也行，及作为放弃这些的后果没有数字乘法器也行。

根据权利要求10的方法用较高频率的第一位流工作，该位流是数字位流。该位流调制了一个(第二)模拟信号并由此产生了一个基波信号Uy，它不但被第一模拟信号，而且也被第二信号影响，由此可满足前提，用它确定出一个积信号Uz。如果确定Sigma-Delta调制器位流密度的该第一模拟信号与电压成正比地被选择及该第二模拟信号与电流成正比地被选择，由此得到作为积信号的功率，它在以高频转换极性的基波信号的低频分量求值时出现。

上述包含在传统功率测量装置中作为模拟乘法器的“乘法”运算按照上述原理仅限制在符号的改变或与±1的相乘上，这就能以简单的电路技术成本合理地来实现。同样也可放弃使用复杂的数字乘法器，它虽然可能会没有模拟乘法器偏移量的问题得以实施，但是它的电路成本很高并且在达到足够的精度时需要许多二进制位数。

第二Sigma-Delta变换器的输入值由此相应于瞬时功率，它被通过调制器的作用转换到数字量并能通过向上/向下计数器被转换成吸取的能量(KWh，所谓“功”)。积分器可以是模拟的或数字的结构(权利要求4)，最好它是所述的向上/向下计数器。

重要的是指出，根据本发明建议的方案不仅可用于交变电压的模拟信号(电网电压，电网电流)，而且也可用于具有很小频率、甚至频率为零的“交变电压”。因而该电路也适于使直流电压信号彼此相乘，而不需要在转换器的结构中使用模拟乘法器或模/数转换器，该转换器根据一个采样/保持组件提供在采样/保持组件中存储模拟量的数字采样表示值。正是这后一组件在电路技术上是昂贵的，故根据本发明应避免使用它。

一种符号的乘法能通过四个模拟开关的桥电路简单地实现(权利要求6，第一方案)，这些模拟开关被交叉地控制导通及关闭，以使得输入的模拟信号通过非常低的第一对模拟开关导通电阻未改变地传送，或者交换两根输入导线并使该信号反相地通过另一对低导通电阻的模拟开关作为这样的信号传送，该信号已被与-1相乘。

模拟开关的偏移量及非线性在电路技术上已被很好地掌握并且对本发明的电路不会带来任何影响。

利用根据本发明的电路能够以合理的成本获得功率测量装置的高等级精度。

也可以附加一种斩波器一放大器类型的偏移量抑制电路，这时两个数字量的反相级被设置在符号反相装置的前面及第二Sigma-Delta调制器的后面并同步反相地或非反相地连接(权利要求5,9)。

以下，将借助多个实施例对本发明进行说明和补充。

图1是用作交变电压乘法器的电压/电流乘法器的电路框图。输入信号a’(t)及b’(t)也可能是直流信号(频率为零的交变电压)。

图2是图1的详细电路图，下边是以开关20a为例的模拟开关(左面)及用于模拟开关的非重叠脉冲(右面)。

图2a是在图1中测量的调制信号波形图。

图3是具有使用两个异或门50a、50b及6Hz频率fc的一个数字偏移量校正器的电路。用于SC逻辑电路的脉冲f1、f2及校正频率fc表示在下面。