CN102288802B - 测量高压ac信号的方法以及电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用电压测量电路测量高压AC信号的方法以及电压测量电路。所述方法包括：在所述电容分压器电路的第一和第二输入端之间施加已知电压信号；测量所述第三电容器的第一和第二极板之间的电压；确定转移函数，用于改变所测量的电压，使其符合于第三电容器的第一和第二极板之间基于第一、第二和第三电容器的相对的理想阻抗的期望电压；使用所确定的转移函数配置所述补偿电路；及使用所述电压测量电路测量高压AC信号，使得所述补偿电路根据所确定的转移函数改变其输入端所接收的电压，并在其输出端提供改变后的电压。

Description

测量高压AC信号的方法以及电路

技术领域

本发明涉及测量高压AC信号的方法及用于测量高压AC信号的电压测量电路。

背景技术

现有技术中通常采用电容分压器电路来测量AC电压。在这样一个已知电路中，串联在一起的第一、第二和和第三电容器构成电容器链，选择电容器的电容值以将施加在电容器链上的AC电压的电平降低到与低压电子电路一致的最中心电容器(the centre-most capacitor)上的电压电平。例如，低压电子电路可包括模数转换器和之后的数字处理电路。因此，第一至第三电容器的值例如被选择为可将电容器链上的230Vrm电压摆动降低到在最中心电容器上的大约3V的电压摆动。

本发明人意识到用于测量AC电压的电容分压器电路中所存在的缺陷(当电容分压器电路中的电容器构成印刷电路板的一部分时)。更具体地说，本发明人意识到当电容器的极板由印刷电路板的导电层定义、且电容器的电介质由印刷电路板的非导电部分所定义时所引发的缺陷。

因此，本发明的目的在于提供一种改进的测量高压AC信号的方法，所使用的电压测量电路包括电容分压器电路，其中电容分压器电路中的电容器构成印刷电路板的一部分。

本发明的另一目的在于提供一种改进的电压测量电路，用于测量高压AC信号，该电压测量电路包括电容分压器电路，其中电容分压器电路中的电容器构成印刷电路板的一部分。

发明内容

本发明提供一种改进的测量高压AC信号的方法，所使用的电压测量电路包括电容分压器电路和补偿电路；

所述电容分压器电路包括：第一和第二输入端，以及第一、第二和第三电容器；所述第一电容器的第一极板电连接于所述第一输入端，所述第一电容器的相对的第二极板电连接于所述第三电容器的第一极板，所述第二电容器的第一极板电连接于所述第二输入端，所述第二电容器的相对的第二极板电连接于所述第三电容器的第二极板；所述第一、第二和第三电容器中的每一电容器的极板由印刷电路板的导电层定义，所述第一、第二和第三电容器中的每一电容器的电介质由印刷电路板的非导电部分定义；

所述补偿电路具有可配置的转移函数(transfer function)并包括输入端以及输出端，其中所述输入端电连接于所述第三电容器的第一和第二极板之间；

所述方法包括：

在所述电容分压器电路的第一和第二输入端之间施加已知电压信号；

测量所述第三电容器的第一和第二极板之间的电压；

确定转移函数，用于改变所测量的电压，使其符合于第三电容器的第一和第二极板之间基于第一、第二和第三电容器的相对的理想阻抗的期望电压；

使用所确定的转移函数配置所述补偿电路；及

使用所述电压测量电路测量高压AC信号，使得所述补偿电路根据所确定的转移函数改变其输入端所接收的电压，并在其输出端提供改变后的电压。

在使用中，已知电压信号被施加在电容分压器电路的第一和第二输入端，并测量第三电容器的第一和第二极板之间的电压。将所测得的电压与基于第一至第三电容器的相对的理想阻抗的期望电压相比较，并根据该比较确定转移函数。例如当在第一和第二输入端施加230Vrm信号时，可能期望在第三电容器上获得4V的信号。当第一和第二输入端施加230Vrm信号时，可能在第三电容器上测得3.2V的信号。因此，可以确定转移函数使得补偿电路对其输入端接收的电压施加1.25的增益，以在其输出端提供改变后的4V电压。如上所提及，可以对第一至第三电容器的阻抗值进行选择以实现期望的电压分配。但是，印刷电路板制造过程中的许多变化中的一个或多个将导致第一至第三电容器的实际阻抗值偏离实现期望的电压分配的理想值。这些变化与以下有关：用于定义电容器极板的金属面积；用于定义电容器的电介质的印刷电路板的非导电部分的介电常数；用于定义电容器的电介质的印刷电路板的非导电部分的厚度。本发明人意识到这些变化很容易出现，例如，因为印刷电路板的制造包括在不同的阶段形成电容器的电介质和极板对，要精确地匹配电容器的电介质和极板对是一个难题。另外，本发明人还意识到要控制印刷电路板的非导电部分的介电常数以使电容器与电容器之间精确匹配是困难的。

更具体地，所述方法包括依照单独一个施加的已知电压确定转移函数，相应地测量第三电容器的第一和第二极板之间的电压。这样，转移函数可用于单独地对所测量的高压AC信号施加增益。该单独的一个施加的已知电压可以是最大电压或接近最大电压，例如230Vrm。

作为另一选择或又，所述方法包括依照两个施加的不同电平的已知电压来确定转移函数，并对应地测量第三电容器的第一和第二极板之间的电压。这样转移函数可以对测量到的高压AC信号施加偏移和增益。两个已知电压中的第一个可以是最大电压或接近最大电压。两个已知电压中的第二个可以是最小电压或接近最小电压，例如0V。

作为另一选择或又，所述方法包括依照多个(例如多于两个)施加的不同电平的已知电压来确定转移函数，并对应地测量第三电容器的第一和第二极板之间的电压。这样，例如转移函数可以提供偏移、增益、非线性、或许也有噪声。转移函数可基于多个测量来确定，使得其具有二阶或更高阶多项式的形式。

作为另一选择或又，所述电容分压器电路可以配置为DC隔离器。这样，由第一和第二电容构成隔离阻障(isolation barrier)，电容分压器电路可用于在高压输入级和低压输出级之间提供DC隔离。

作为另一选择或又，所述电压测量电路可包括差分有源电路(differentialactive circuit)，其具有第一和第二差分输入端和输出端，其中，第一差分输入端电连接于第三电容器的第一极板，第二差分输入端电连接于第三电容器的第二极板。因此，所述方法可包括在电容分压器的第一和第二输入端之间施加已知电压，并据此测量有源电路的第一和第二差分输出端之间的电压。这样，第三电容器的第一和第二极板之间的电压可以通过在有源电路的差分输出端之间测得，而替代直接在第三电容器的第一和第二极板之间测量。

更具体地，所述差分有源电路包括缓冲器和放大器中的至少一个。在使用中，确定转移函数的步骤可以考虑有源电路中的误差，和/或替代电容分压器中的误差。例如，定义和控制有源电路的输入阻抗是困难的；偏离理想输入阻抗容易对电容分压器的分压比产生不利影响。还有，例如差分有源电路的增益容易不同于违背期望的增益相反地影响所测量电压。

作为另一选择或又，所述补偿电路可包括模数转换器，其用于将测量的第三电容器的第一和第二极板之间的电压转换成数字信号。该数字信号可以例如进行处理以确定转移函数。因此，所述补偿电路可以包括数字处理电路，用于根据至少一个施加的已知电压和所述第三电容器的第一和第二极板之间的对应的至少一个测量电压来确定所述转移函数。例如，处理电路可用于基于施加的两个不同的已知电压和对应的测量电压确定一阶多项式(即关于偏移和增益)，或者基于施加的多个不同的已知电压和对应的测量电压确定二阶或更高阶多项式。

作为另一选择或又，所述方法包括在存储装置中存储至少一个转移函数的值。所述存储装置可以包含于所述补偿电路中。所述存储装置可以是电子存储器，诸如EFUSE器件或EPROM器件。因而，当所述转移函数是一阶多项式时，所述存储装置可以例如存储增益值和偏移值。

作为另一选择或又，所述补偿电路包括数字加法器和数字乘法器中的至少一个。数字加法器可用于接收测量电压的数字形式，并将偏移值添加到数字测量电压上，以进行有效修正。数字乘法器用于接收测量电压的数字形式，并将数字测量电压与增益值相乘，以进行有效修正。当转移函数是二阶或更高阶多项式时，数字乘法器可将测量电压的数字形式自身相乘需要的次数，以确定多项式中的特定项。例如，在二阶多项式中，测量电压的数字形式自身相乘一次，以确定多项式中的二次项。转移函数的应用需要在各个项相互相加之前，将多项式中的各个项临时存储。因此，补偿电路可包括临时数据存储器，诸如RAM(其可构成微处理器的一部分)。数字加法器和数字乘法器中的每一个都可以从模数转换器接收测量电压的数字形式，所述模数转换器可以是在确定转移函数的步骤之前，用于转换第三电容器的第一和第二极板之间的测量电压的相同的电路。

作为另一选择或又，所述电容分压器可以配置为接收频率小于500Hz的高压AC信号，例如，对于家用该频率可以是60Hz或50Hz，对于航运用途可以是400Hz。

作为另一选择或又，本发明中所述的高压AC信号可以是遵循国际电工委员会规定的标准的50Vrm或更高的AC电压，诸如110Vrm或230VrmAC电压。这样，高压AC信号可以是家用主电压信号或航运中的主电压信号。

作为选择，第三电容器可工作在低电压。作为另一选择，本发明中所述的低压信号可以是遵循国际电工委员会规定的标准的小于50Vrm的AC电压或小于120V的DC电压。更具体地，低压信号可以是小于15V的DC电压，例如12V电压。更具体地，低压信号可以是小于5V的DC电压，例如3V电压。

作为选择，第一和第二电容器中的每一个可以具有小于100pF的电容值。更具体地，第一和第二电容器中的每一个可以具有小于50pF的电容值。更具体地，第一和第二电容器中的每一个可以具有小于10pF的电容值，例如5pF。

作为选择，第三电容器可具有小于500pF的电容值，例如200pF。更具体地，第三电容器可具有小于200pF的电容值，例如15至20pF。其中，这样的第三电容器足以获得期望的电压分配，DC隔离器可进一步包括寄生阻抗(例如电阻和/或电容)和离散阻抗(例如由离散电容所提供)中的至少一个。

作为选择，第一、第二和第三电容器中至少之一的极板可由印刷电路板中或上的金属层定义。该金属层可形成于印刷电路板上表面，例如上表面或下表面。因此，电容器的第一和第二极板可以在印刷电路板的相对的上和下表面形成，从而使得印刷电路板的非导电体构成电容器的电介质。作为替代，至少一个金属层可嵌入印刷电路板内。从而，电容器的第一和第二极板可以在印刷电路板内部形成，使得它们之间相互分隔开，且其焊垫(footprints)重叠，其中在第一和第二极板之间的印刷电路板的非导电部分构成电容器的电介质。第一和第二极板可以共用同一个焊垫。

作为选择，第三电容器可包括至少部分离散电容器，例如陶瓷电容器。

作为选择，第三电容器可以是寄生电容。该寄生电容可以由连接于所述第一和第二电容器的电子器件或电路(例如差分有源电路)的输入端形成。作为选择，所述寄生电容可存在于或形成于印刷电路板中。

在本发明的一种形式中，第一电容器的第一极板可以由印刷电路板的第一表面的第一表面层定义，第二电容器的第一极板可以由印刷电路板的相对的第二表面的第二表面层定义，第一电容器的第二极板由印刷电路板内的第一嵌入层定义，第二电容器的第二极板由印刷电路板内的第二嵌入层定义，所述第二嵌入层的焊垫与所述第二嵌入层的焊垫重叠，且所述第一和第二嵌入层相互分隔开。第一和第二表面层的焊垫可以至少部分地与第一和第二嵌入层的焊垫重叠。还有，相比第二电容器的第二极板来说，第一电容器的第二极板更靠近第一电容器的第一极板。这样，第三电容器的第一极板可由第一嵌入层定义，第三电容器的第二极板可由第二嵌入层定义，第三电容器的电介质可以由在所述第一嵌入层和第二嵌入层之间的印刷电路板的非导电部分定义。第一和第二嵌入层相互间隔一定距离，该距离小于第一表面层和第一嵌入层之间的间隔、以及小于第二表面层和第二嵌入层之间的距离。因此，相比第一电容器和第二电容器，第三电容器具有更大的电容值。

作为另一选择或又，所述电压测量电路进一步包括整流电路，例如二极管或桥式整流器，用于在高压AC信号到达电容分压器之前，对高压AC信号进行整流。

作为另一选择或又，所述电压测量电路进一步包括电阻分压器，用于降低施加到电容分压器上的高压AC信号的电压电平。

作为另一选择或又，所述电压测量电路可进一步包括电源，所述电源可以用于提供高压AC信号给电容分压器。所述电源可例如是主电源的电龙头(electric tap)。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于测量高压AC信号的电压测量电路，所述电压测量电路包括电容分压器和补偿电路，

所述电容分压器电路包括：第一和第二输入端，在使用时，在所述第一和第二输入端之间接收高压AC信号，以及第一、第二和第三电容器；所述第一电容器的第一极板电连接于所述第一输入端，所述第一电容器的相对的第二极板电连接于所述第三电容器的第一极板，所述第二电容器的第一极板电连接于所述第二输入端，所述第二电容器的相对的第二极板电连接于所述第三电容器的第二极板；所述第一、第二和第三电容器中的每一电容器的极板由印刷电路板的导电层定义，所述第一、第二和第三电容器中的每一电容器的电介质由印刷电路板的非导电部分定义；

所述补偿电路具有可配置的转移函数并包括输入端以及输出端，其中所述输入端电连接于所述第三电容器的第一和第二极板之间；所述补偿电路用于依照转移函数改变在其输入端接收的电压以提供改变的电压作为其输出。

本发明的第二方面的实施例可包括本发明的第一方面的一个或多个特征。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用电压测量电路测量高压AC信号的方法，所述电压测量电路包括电容分压器电路和补偿电路；

所述电容分压器电路包括：第一和第二输入端，以及第一、第二和第三电容器；所述第一电容器的第一极板电连接于所述第一输入端，所述第一电容器的相对的第二极板电连接于所述第三电容器的第一极板，所述第二电容器的第一极板电连接于所述第二输入端，所述第二电容器的相对的第二极板电连接于所述第三电容器的第二极板；所述补偿电路具有可配置的转移函数(transferfunction)并包括输入端以及输出端，其中所述输入端电连接于所述第三电容器的第一和第二极板之间；

所述方法包括：

在所述电容分压器电路的第一和第二输入端之间施加已知电压信号；

测量所述第三电容器的第一和第二极板之间的电压；

确定转移函数，用于改变所测量的电压，使其符合于第三电容器的第一和第二极板之间基于第一、第二和第三电容器的相对的理想阻抗的期望电压；

使用所确定的转移函数配置所述补偿电路；及

使用所述电压测量电路测量高压AC信号，使得所述补偿电路根据所确定的转移函数改变其输入端所接收的电压，并在其输出端提供改变后的电压。

更具体地，所述第一、第二和第三电容器中的至少一个电容器的极板由印刷电路板的导电层定义，所述第一、第二和第三电容器中的每一电容器的电介质由印刷电路板的非导电部分定义。

作为另一选择或又，所述第一、第二和第三电容器中的至少一个电容器是离散部件。更具体地，所述第一和第二电容器可为X类电容器或Y类电容器。所述第三电容器可为陶瓷电容器。

根据后续结合附图对本发明具体实施例的详细介绍，本发明的特征和优点可以显而易见。

附图说明

下文将结合附图对具体实施例进行详细描述，以帮助理解本发明的各种优点、各个方面和创新特征，附图中：

图1是根据本发明的电压测量电路的框图；

图2是图1的电容器分压器和缓冲器的电路图；

图3提供了配置成图2的电容器分压器的一部分的印刷电路板的平面图和截面图；

图4A是图2的电容器分压器的电路图；

图4B提供了配置成图4A的电路的一部分的印刷电路板的截面图；

图5是具有第一形式的输入级(a first form of input stage)的电压测量电路的电路图；

图6是具有第二形式的输入级的电压测量电路的电路图；

图7是具有第三形式的输入级的电压测量电路的电路图；

图8是根据本发明的测量电压信号的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的电压测量电路。该电压测量电路10包括第一和第二输入端12，所述第一和第二输入端12配置成接收高压AC信号，如230Vrm主信号。所述电压测量电路10还包括电容器分压器14、缓冲器16和模数转换器18，所述电容器分压器14参照图2进行了更详细的描述，所述缓冲器16构成差分有源电路。从以下描述可以清楚了解到，电容器分压器14是用于将高压AC信号降低到一个电压电平(voltage level)，该电压电平可与电处理电路兼容，如约3伏特的电平。在模数转换器18将降低的电压进行模数转换之前采用缓冲器16缓冲。该电压测量电路10也可包括微处理器20，其为已知的形式和功能，并且可包括RAM形式的临时工作存储器22，一次性可编程存储器24，如EFUSE设备，和数字乘法器和加法器电路26。该电压测量电路10配置成微处理器20从模数转换器18接收数字形式的测量电压，并用作生成转移函数的数值，所述转移函数存储在一次性可编程存储器24中。从以下描述可以清楚了解到，转移函数用于提供电压测量电路10的误差补偿，否则该误差将增加高电压信号测量的误差。在微处理器20的控制下，数字乘法器和加法器电路26将存储在一次性可编程存储器中的转移函数的数值和从模数转换器18接收的数字形式的测量电压一起操作，以在所述数字乘法器和加法器电路26的输出端28提供补偿测量电压信号。

图2中示出了图1的电容器分压器14和缓冲器16的电路图。图2还示出某些输入和输出波形。以下将参照图8详细描述这些波形。该电容器分压器14是以串联的第一电容器48、第二电容器50和第三电容器36的形式。第一电容器48的第一极板52电连接至高压AC电源(未示出)的第一正极输入端，第一电容器48的第二极板54电连接至第三电容器36的第一极板和缓冲器16的正相输入端。所述第二电容器50的第一极板56电连接到高压AC电源(未示出)的第二负极输入端，所述第二电容器50的第二极板58电连接到第三电容器36的第二极板和缓冲器16的反相输入端。这样，施加到第一和第二输入端12的AC电压信号被分压，这样在第三电容器36两端生成降低的电压，该第三电容器36两端的降低的电压将在差分缓冲器16中缓冲以用于后续处理。电容器分压器14分压AC电压信号的程度由第一-第三电容器的电容的相对值确定。在本实施例中，将230Vrm，50Hz的家用主电压信号施加到输入端12，第一电容器和第二电容器的电容分别约为5pF，第三电容器的电容约为200pF以提供约3伏特的降低的电压。从图2可知，第一和第二电容器48，50形成DC隔离阻障(DC isolation barrier)，这样低电压电路(也就是缓冲器16和后续处理电路)将从高电压侧隔离。

图3中示出了图2的第一电容器48、第二电容器50和第三电容器36的平面和截面图。可见，电容器的第一极板64和第二极板66可由印刷电路板的顶层和底层上的不同金属材料定义。沉积金属层使其共用相同的焊垫(footprint)，这样印刷电路板的非导电基底68定义电容器的电介质。在印刷电路板上金属迹线(metal track)和大表层结构(large surface structure)的形成，如第一和第二极板的金属层是本领域技术人员众所周知的。或，嵌入到该基底的金属层定义一个或多个电容器极板。提供嵌入的金属迹线和大表面区域，如第一和第二极板的金属层是本领域技术人员众所周知的。以下将参照图4A-4B描述嵌入的金属层的应用。

图4A示出的电容器分压器80具有第一电容器80、第二电容器84和第三电容器86。图4B示出了印刷电路板90的截面图，从图4B可见印刷电路板90的第一表面上的第一表面层92定义了第一电容器81的第一极板。该第二电容器84的第一极板是印刷电路板90的第二相对表面上的第二表面层94定义。第一电容器82的第二极板是由印刷电路板中的第一嵌入层96定义的，且第二电容器的第二极板是由第二嵌入层98定义的，该第二嵌入层98具有覆盖第一嵌入层的焊垫的焊垫。所述第一和第二嵌入层96、98彼此间隔。第一和第二表面层92、94的焊垫与所述第一和第二嵌入层96、98的焊垫部分重叠。第一电容器96的第二极板比所述第二电容器98的第二极板更靠近第一电容器92的第一极板。这样，第三电容器86包括第一极板和第二极板。所述第一极板和第二极板由第一和第二嵌入层96，98定义，所述第一和第二嵌入层96，98具有电介质，该电介质由第一和第二嵌入层96，98件的基底部分定义。所述第一和第二嵌入层96，98彼此间隔，其间距小于第一嵌入层96和第一表面层92的间距，和第二嵌入层98和第二表面层94的间距。这样，第三电容器86具有比第一电容器和第二电容器更大的电容。如上所述，本发明的目的是将230Vrm的主电压信号降低到约3伏特的电压信号。第一和第二电容器分别使用5pF的电容。在一种形式中，根据常规生产实践的印刷电路板提供了约15pF到约20pF的第三电容。因此，所需的200pF电容通过使用至少一个寄生部件和附加离散部件获得，如表面装配的电容、二极管等等。当使用寄生部件时，其可以至少一个寄生电容器和寄生电阻的形式。例如，如果使用5pF的第一和第二电容以及10M Ohms的寄生电阻，3dB点的截止频率(cut-offfrequency)约为3kHz。假设每十年转降(roll off)20dB，50Hz需要20年。在此在50Hz有约100的分压。电容和电阻值可根据普通设计原则改变来获得期望的分压因子(division factor)以在特定主频率运行。在另一形式中，可修正普通的印刷电路板制造过程，例如通过增加层的数量或者包括特定的薄层(thined layer)等，从而增加第三电容并降低第二和第一电容器的电容。因此，可确定相对电容值以获得期望的电压分压。

图5-7示出了根据本发明的电压测量电路的电路图，所述电压测量电路具有三种不同形式的输入级。与图2的电路相同的部件采用了相同的附图标记。读者的注意力可贯注在图2给出的这些部件的形式和功能的描述上。图5的电路110包括与第一电容器48串联的二极管112，该二极管用作整流器。图6的电路120包括位于输入级32和所述第一和第二电容器48，50的输入连接之间的桥式整流器112。所述桥式整流器用于全波整流施加到输入级的家用主信号。图7的电路130包括由串联的第一电阻器132、第二电阻器134和第三电阻器136形成的电阻分压器。第一和第二电容器48，50的第一极板均连接到第二电阻器134的相对侧从而提供家用主电压信号的衰减形式给第一和第二电容器。该第一电阻器132、第二电阻器134和第三电阻器136的选择取决于家用主电压信号的电平和期望的施加到第一和第二电容器的电压电平。

电压测量电路的操作将参照图8的流程图150和图1-7示出的装置进行描述。在步骤152中将已知振幅(amplitude)的信号施加到第一和第二输入端12以提供给电容分压器14。在本实施例中，已知振幅的信号为约230Vrm，也就是最大输入电压。在步骤154中，测得的第三电容器36两端生成的电压，采用模数转换器18提供该测量电压的数字表示。接着，在步骤156中将测量电压的数字表示的振幅与已知振幅进行比较，确定将要改变测量电压的数字表示的增益值(其构成用于转移函数的值)以将测量电压的数字表示的振幅与已知振幅大致对应。该增益值由微处理器确定，该微处理器依照众所周知的固件设计流程工作。接着在步骤158中将该增益值存储在一次性可编程存储器24中。这确定本方法的校准阶段。其后，在步骤160中，电压测量电路用于使用施加到电容分压器14的第一和第二输入端12的高压AC信号测量高压AC信号。在步骤162，模数转换器18测量第三电容器36两端生成的电压信号以提供测量电压162的数字表示。接着，在步骤164中，数字乘法器和加法器电路26的乘法器用于将测量电压的数字表示与存储在一次性可编程存储器24中的增益值相乘。这样，来自数字乘法器和加法器电路26的输出构成了一测量电压，该测量电压已经考虑了误差并被补偿过了，这些误差是源于第一-第三电容器的实际电容值和期望的、理想值的误差。在步骤166中，读取或使用该补偿后的测量电压。其后，重复步骤160-166构成的测量阶段用于后续的高压AC信号的后续测量。

在后一段描述的另一形式的方法中，在步骤152中，将两个已知的但是具有不同振幅的信号施加到第一和第二输入端12以提供给电容分压器14。一个信号为约230Vrm，也就是最大输入电压。另一信号为约0Vrm。在步骤154中，测得的第三电容器36两端生成的对应两个已知的但是具有不同振幅的信号的电压，采用模数转换器18提供该测量电压的第一和第二数字表示。接着，在步骤156中将测量电压的第一和第二数字表示的振幅与已知振幅进行比较，确定将要改变测量电压的每个数字表示的增益值和偏移值(其构成用于转移函数的值)以将测量电压的数字表示的振幅与已知振幅大致对应。接着在步骤158中将该增益值和偏移存储在一次性可编程存储器24中从而确定本方法的校准阶段。因此，如上所述电压测量电路用于测量实际的高压AC信号，该信号具有已经施加并补偿测量电压的增益值和偏移值。根据本形式的方法，数字乘法器和加法器电路26的加法器用于施加该偏移值，该数字乘法器和加法器电路26的乘法器用于施加增益值。

在后一段描述的另一形式的方法中，在步骤152中，将三个或更多个已知的但是具有不同振幅的信号施加到第一和第二输入端12以提供给电容分压器14。在步骤154中，测得的第三电容器36两端生成的所述三个或更多个已知的但是具有不同振幅的信号的电压，采用模数转换器18提供该测量电压的三个或多个对应的数字表示。接着，微处理器用于确定将要用于补偿测量的高压AC信号的二阶或高阶多项式。该二阶或高阶多项式可用于提供偏移、增益和非线性修正。三个或更多施加的已知电压信号将用于一阶多项式(也就是如后段所述)以提高系数的准确性，例如，处理源于参考信号中的噪声的误差。当完成校准阶段时，使用如上所述电压测量电路测量实际高压AC信号。在本发明的该形式中，数字乘法器和加法器电路26的乘法器用于将测量电压的数字表示与其自身相乘需要的次数(requisite number of time)以确定多项式的特定项。例如，在二阶多项式中，所述测量电压的数字表示与其自身相乘一次以确定多项式的二次项。另外，将零次项用作偏移值，一次或高次项的系数用作增益值。微处理器中的临时工作存储器22用于在多项式的项彼此相加之前将其存储以提供补偿的测量电压信号。

在电容分压器电路的另一形式中，除了上述印刷电路板形成的电容器外，X类和/或Y类离散电容器也可以用于第一和第二电容器，且陶瓷电容器可用于第三电容器。第一-第三电容器的电容可参照对图2的描述。

Claims (10)

1.一种使用电压测量电路测量高压AC信号的方法，其特征在于，所述电压测量电路包括电容分压器电路和补偿电路；

所述电容分压器电路包括：第一和第二输入端，以及第一、第二和第三电容器；所述第一电容器的第一极板电连接于所述第一输入端，所述第一电容器的相对的第二极板电连接于所述第三电容器的第一极板，所述第二电容器的第一极板电连接于所述第二输入端，所述第二电容器的相对的第二极板电连接于所述第三电容器的第二极板；所述第一、第二和第三电容器中的每一电容器的极板由印刷电路板的导电层定义，所述第一、第二和第三电容器中的每一电容器的电介质由印刷电路板的非导电部分定义；

所述补偿电路具有可配置的转移函数并包括输入端以及输出端，其中所述输入端电连接于所述第三电容器的第一和第二极板之间；

所述方法包括：

在所述电容分压器电路的第一和第二输入端之间施加已知电压信号；

测量所述第三电容器的第一和第二极板之间的电压；

确定转移函数，用于改变所测量的电压，使其符合于第三电容器的第一和第二极板之间基于第一、第二和第三电容器的相对的理想阻抗的期望电压；

使用所确定的转移函数配置所述补偿电路；及

使用所述电压测量电路测量高压AC信号，使得所述补偿电路根据所确定的转移函数改变其输入端所接收的电压，并在其输出端提供改变后的电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于仅一个施加的已知电压和第三电容器的第一和第二极板间的对应测量确定所述转移函数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于不同电平的两个施加的已知电压和第三电容器的第一和第二极板间的各自的对应测量确定所述转移函数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于不同电平的两个以上施加的已知电压和第三电容器的第一和第二极板间的各自的对应测量确定所述转移函数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电容分压器电路配置为DC隔离器操作。

6.根据前述任一权利要求所述方法，其特征在于，所述电压测量电路包括差分有源电路，所述差分有源电路具有第一和第二差分输入端和输出端，其中，第一差分输入端电连接于第三电容器的第一极板，第二差分输入端电连接于第三电容器的第二极板。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述补偿电路包括模数转换器，所述模数转换器用于将所述第三电容器的第一和第二极板之间的测量电压转换成数字信号。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在存储设备中存储用于所述转移函数的至少一个值。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述补偿电路包括至少一个数字加法器和数字乘法器，所述数字加法器用于接收测量电压的数字形式并将所述数字测量电压与偏移值相加以有效修正，且所述数字乘法器用于接收测量电压的数字形式并将所述数字测量电压与增益值相乘以有效修正。

10.一种用于测量高压AC信号的电压测量电路，所述电压测量电路包括电容分压器和补偿电路，

所述电容分压器电路包括：第一和第二输入端，在使用时，在所述第一和第二输入端之间接收高压AC信号，以及第一、第二和第三电容器；所述第一电容器的第一极板电连接于所述第一输入端，所述第一电容器的相对的第二极板电连接于所述第三电容器的第一极板，所述第二电容器的第一极板电连接于所述第二输入端，所述第二电容器的相对的第二极板电连接于所述第三电容器的第二极板；所述第一、第二和第三电容器中的每一电容器的极板由印刷电路板的导电层定义，所述第一、第二和第三电容器中的每一电容器的电介质由印刷电路板的非导电部分定义；

所述补偿电路具有可配置的转移函数并包括输入端以及输出端，其中所述输入端电连接于所述第三电容器的第一和第二极板之间；所述补偿电路用于依照转移函数改变在其输入端接收的电压以提供改变的电压作为其输出。

Images