JP7102626B2 - 電流および電圧測定のための方法ならびにデバイス - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、工業オートメーションおよび制御システム、特に変電所またはパワーグリッドオートメーションシステムにおける電流ならびに／または電圧測定の分野に関する。特に、本発明は、そのようなシステムにおける電流および／または電圧測定のためのデバイスならびに方法に関する。

発明の背景
電流および／または電圧などの電気信号の測定は、工業オートメーションおよび制御システム、特に変電所またはパワーグリッドオートメーションシステムにおける重要なタスクである。変電所またはパワーグリッドオートメーションシステムではしばしば、一次計器用変成器の二次電流または電圧が、インテリジェント電子デバイス（ＩＥＤ）などのデバイス、たとえばデジタルリレー、合成ユニット、処理レベルデバイス、またはフェーザ測定ユニットによって測定される。測定される信号は、制御、測定、および保護用途で用いられる。したがって、測定量は、わずかな公称電流または電圧レベルから公称レベルの数倍高い故障電流および故障電圧に及び得る。そのため、測定デバイスは高いダイナミックレンジを必要とする。これは、従来技術において、異なる測定範囲に適したデバイスにおいて複数のハードウェア経路によって実現されている。このため、より多くのハードウェアコンポーネントが必要であり、デバイスのコストが追加されることが明らかである。

発明の説明
本発明の目的は、１つの信号入力チャネルにおいて高ダイナミックレンジである、工業オートメーションおよび制御システム、特に変電所またはパワーグリッドオートメーションシステムにおける電流および／または電圧測定のためのデバイスと方法とを提供することである。入力チャネルは、アナログ電子コンポーネント、アナログ－デジタルコンバータ、ＡＤＣ、およびデジタル部品を主に含む入力回路を含む。測定品質ならびにデバイスおよびオペレータの安全を改善するための変電所およびパワーグリッドオートメーションにおける多数の用途において、入力回路およびＡＤＣのアナログ端部は、入力チャネルのデジタル部からガルバニック絶縁されてもよい。ガルバニック分離に対応するＡＤＣは、１つの入力チャネルにおいて必要な測定範囲をカバーするための十分に高いビットレートまたはダイナミックレンジに対応しない場合がある、すなわち、それ自体で低いダイナミックレンジを有する場合があり、これらの用途について本発明の必要性が増している。さらに、異なる測定範囲について異なる入力チャネルを用いる解決策は、直流絶縁が必要な場合にさらに費用がかかることさえある。くわえて、方法およびデバイスは、ほぼ瞬間的な過電流信号および波形アーティファクトを測定しなければならない保護用途の必要条件に適合しなければならない。さらに、本発明は、ＡＤＣおよびデジタル信号プロセッサなどに加えて、スイッチおよび抵抗器などの簡単な個別部品を有する、低いダイナミクレンジのＡＤＣとして比較的安価な電子部品を用いて実施可能であり、特に、一体化された調整可能な利得増幅器を用いずに実施可能である。

これらの目的は、独立請求項の主題によって実現される。さらに他の例示的な実施形態は、従属請求項および以下の説明から明らかである。

本発明の第１の態様は、工業制御およびオートメーションシステム、特に変電所またはパワーグリッドオートメーションシステムにおいて電流および／または電圧を測定するためのデバイスに関する。このデバイスは、電気入力信号、特にアナログ電気信号を受信し、電気入力信号をスケーリング係数でスケーリングし、スケーリング信号を受信し、かつ、スケーリング信号に従ってスケーリング係数を少なくとも第１の値または第２の値に設定するように構成された入力回路を備える。デバイスはさらに、入力回路に電気的に接続されたアナログ端部と、デジタル端部とを有するＡＤＣ、特にデルタシグマＡＤＣを備え、ＡＤＣは、スケーリングされた電気入力信号を中間デジタル信号に変換し、かつ、中間デジタル信号をデジタル端部において出力するように構成される。デバイスはさらに、第１の信号経路、たとえばフィードバックループを備え、第１の信号経路は、ＡＤＣのデジタル端部に接続され、かつ、スケーリング信号を生成し、スケーリング信号を入力回路に送信するように構成される。本明細書において、デバイスは、特にサンプル期間またはクロックサイクルの中間デジタル信号と、サンプル期間またはクロックサイクルのスケーリング係数とに基づいて、特にこれらのみに基づいて、特にサンプル期間またはクロックサイクル中に、次のサンプル期間または次のクロックサイクルについてスケーリング係数を設定するように構成される。本明細書において、サンプル期間またはクロックサイクルは、第１の信号経路のサンプル期間またはクロックサイクルでもよく、次のサンプル期間またはクロックサイクルは、第１の信号経路の次のサンプル期間またはクロックサイクルでもよい。

デバイスはさらに、ＡＤＣのデジタル端部に接続され、かつ、スケーリング係数を用いて中間デジタル信号から正確なデジタル信号を生成するように構成された第２の信号経路を備えてもよく、第２の信号経路は、たとえば、１ｋＳ／ｓ～２００ｋＳ／ｓ、特に２０ｋＳ／ｓの第２のサンプリングレートを有し、第１の信号経路は、第２のサンプリングレートより、特に少なくとも２、５、または１０倍高い第１のサンプリングレート、たとえば、１０ｋＳ／Ｓ～２０００ｋＳ／Ｓ、特に５００ｋＳ／ｓを有する。第２の信号経路はさらに、ユーザインターフェイスへの出力のため、タイムクリティカルなメッセージおよび／もしくはサンプル値メッセージの生成のため、フェーザデータの生成のため、収益の測定のため、などのさらに他の処理のために、ならびに／または保護機能の入力として、正確なデジタル信号を出力するように構成されてもよい。第１の信号経路はさらに、スケーリング信号またはスケーリング係数の表示を第２の信号経路に送信するように構成されてもよい。第２の信号はさらに、スケーリング信号またはスケーリング信号の表示を受信するように構成されてもよい。

実施形態において、第１の信号経路はさらに、特にスケーリング係数を用いて、中間デジタル信号から補助デジタル信号を生成するように構成されてもよい。これは、たとえば中間デジタル信号をスケーリング係数によって除算することによって、およびさらに他の補正係数による乗算および／または１つ以上のフィルタの適用によって、特に中間デジタル信号の経時変化および／またはスルーレートを用いることなく実現可能であり、たとえば、補助デジタル信号は、次のサンプル期間についての電気入力信号のための、予測または予想値でなくてもよい。デバイスは、サンプル期間の補助デジタル信号を、少なくとも１つの閾値と比較することによって、次のサンプル期間についてのスケーリング係数を設定するように構成されてもよい。実施形態では、少なくとも１つの閾値は、サンプル期間のスケーリング係数によって決まってもよい。

ＡＤＣ、第１の信号経路、第２の信号経路および／またはデバイスは、クロックされた態様で動作するように構成されてもよい。

例として、スケーリング係数は少なくとも、第１の値、または第１の値より大きな第２の値を有してもよい。この場合、デバイスは、サンプル期間の補助デジタル信号を、少なくとも１つの閾値と、以下のように比較するように構成されてもよい。サンプル期間のスケーリング係数が第２の値を有し、サンプル期間の補助デジタル信号が正であり第１の閾値より大きい場合、デバイスは、次のサンプル期間についてのスケーリング係数を第１の値に設定するように構成され、サンプル期間のスケーリング係数が第１の値を有し、サンプル期間の補助デジタル信号が正であり第２の閾値より小さい場合、デバイスは、次のサンプル期間についてのスケーリング係数を第２の値に設定するように構成され、サンプル期間のスケーリング係数が第２の値を有し、サンプル期間の補助デジタル信号が負であり第３の閾値より大きい場合、デバイスは、次のサンプル期間についてのスケーリング係数を第１の値に設定するように構成され、サンプル期間のスケーリング係数が第１の値を有し、サンプル期間の補助デジタル信号が負であり第４の閾値より大きい場合、デバイスは、次のサンプル期間についてのスケーリング係数を第２の値に設定するように構成される。この例では、第１の閾値および第２の閾値と、第３の閾値および第４の閾値とはそれぞれ、同じでもよい、または、特に第１のまたは第３の閾値の少なくとも１％または５％だけ異なってもよい。たとえば、第１のおよび第３の閾値の絶対値はそれぞれ、第２のおよび第４の閾値の絶対値より大きくてもよい。これによって、測定をさらに安定させるヒステリシスを有するヒステリシスフィードバックが導入される。

実施形態では、入力回路およびＡＤＣのアナログ端部は、ＡＤＣのデジタル端部、第１の信号経路、および第２の信号経路からガルバニック絶縁され、特に、ＡＤＣは絶縁されたＡＤＣであり、第１の信号経路は、たとえば絶縁トランスおよび／または光アイソレータによって入力回路から分離され、入力回路および／またはＡＤＣのアナログ端部は、ＡＤＣのデジタル端部、第１の信号経路および／または第２の信号経路の電圧と異なる電圧供給源を用いてもよい。

入力回路は、１つ以上の抵抗器と、特に個別部品として、スケーリング信号によって制御可能なスイッチとを含んでもよく、スイッチは、少なくとも第１の状態および第２の状態を有してもよく、入力回路はさらに、１つ以上の抵抗器のサブセットの電圧降下によって、スイッチの第１の状態および第２の状態のうちの少なくとも１つの状態で電気信号をスケーリングするように構成されてもよく、スケーリング係数は、スイッチが第１の状態である第１の値と、スイッチが第２の状態である第２の値とを有してもよく、特に、スイッチは、入力回路の１つ以上の抵抗器のうちの少なくとも１つを接続／切断および／または短くするように入力回路に配置される。この場合、ＡＤＣのアナログ端部は、第１の端子および第２の端子を含んでもよく、入力回路は、第１の端子に接続された第１のラインと、第２の端子に接続された第２のラインとを含んでもよく、スイッチと１つ以上の抵抗器のサブセットとの直列は、第１のラインおよび第２のラインと接続される。

さらに他の実施形態では、入力回路および／またはデバイスは、特に個別部品として、増幅器および／またはプログラマブル／可変利得増幅器を含まなくてもよい。

さらに、第２の信号経路は、正確なデジタル信号の分解能を増加させるように適合された１つ以上のフィルタを含んでもよい。

実施形態では、スケーリング係数は１以下でもよい、すなわち、１またはそれより小さくてもよい。言い換えると、入力回路は、電気信号を減衰するように、および／または電気信号を増幅しないように構成される。

デバイスは、インテリジェント電子デバイス、変電所もしくはパワーグリッドオートメーションシステムにおけるインテリジェント電子デバイス、処理レベルデバイス、合成ユニット、デジタルリレー、またはフェーザ測定ユニットにおけるアナログ－デジタル変換のためのモジュールでもよい。

本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様に係るデバイスを含むインテリジェント電子デバイス、変電所またはパワーグリッドオートメーションシステムにおけるインテリジェント電子デバイス、処理レベルデバイス、合成ユニット、デジタルリレー、またはフェーザ測定ユニットに関する。

本発明の第３の態様は、工業制御およびオートメーションシステム、特に変電所もしくはパワーグリッドオートメーションシステムにおいて電流ならびに／または電圧を測定するための方法に関する。方法は、本発明の第１の態様および／または第２の態様のデバイスを用いて実行可能である。方法は、
特に入力回路が、特にアナログである電気入力信号を受信することと、
特に入力回路において、電気入力信号を、少なくとも第１の値または第２の値を有するスケーリング係数でスケーリングすることと、
特にアナログ－デジタルコンバータ、ＡＤＣが、スケーリングされた電気入力信号を、中間デジタル信号に変換することと、
特にスケーリング係数を用いて、特に第１の信号経路を介して、中間デジタル信号から補助デジタル信号を生成することと、
特にサンプル期間または現在のサンプル期間の補助デジタル信号に少なくとも基づいて、特に次のクロックサイクルまたはサンプル期間についてスケーリング係数を設定することとを備える。

本明細書において、補助デジタル信号は、中間デジタル信号の経時変化および／またはスルーレートを用いずに生成されてもよく、たとえば、補助デジタル信号は、次のサンプル期間についての電気入力信号のための予測値または予想値でなくてもよい。

方法はさらに、スケーリング係数を用いて、特に第２の信号経路によって、中間デジタル信号から正確なデジタル信号を生成することを備えてもよく、補助デジタル信号を生成することは、正確なデジタル信号を生成することと比較して、特に少なくとも２、５または１０倍速く実行される。

実施形態において、スケーリング係数を設定することは、補助デジタル信号と、スケーリング係数の電流値とに基づいてもよい。

本発明のこれらおよび他の態様は、以下で説明する実施形態を参照して明らかになり、これらの実施形態を用いて明らかにされる。

本発明の主題は、添付の図面に示される例示的な実施形態を参照して、以下でより詳細に説明される。

本発明の第１の態様の実施形態の模式図である。 本発明の第１の態様の他の実施形態の模式図である。 本発明の第１の態様の他の実施形態の模式図である。 本発明の第１の態様の他の実施形態の模式図である。 スケーリング信号、中間デジタル信号、および正確なデジタル信号の例を時間関数として模式的に示す図である。 スケーリング信号、中間デジタル信号、および正確なデジタル信号の他の例を時間関数として模式的に示す図である。 第１の、第２の、第３の、および第４の閾値を有する時間関数として、補助デジタル信号の例を模式的に示す図である。

図面で用いられる参照符号およびそれらの意味は、参照符号のリストに簡潔に一覧表示される。原則として、同じ部分には図面で同じ参照符号が付されている。

例示的な実施形態の詳細な説明
本発明について、例示的な実施形態が示される図面を参照してより詳細に説明する。

図１では、本発明の第１の態様に係るデバイスの実施形態が模式的に示される。ここで、入力回路は、電気入力信号１００を受信するためのラインおよび端子と、電気入力信号１００をスケーリング係数でスケーリングするように適合された減衰器／増幅器２３５とを備え、さらに、入力回路をＡＤＣ２２０のアナログ端部に接続し、かつ、スケーリングされた電気入力信号１０３をＡＤＣ２２０に導くように適合されたラインを備える。電気入力信号はＡＣまたはＤＣでもよく、たとえば、電気入力電流または電気入力電圧でもよい。電気入力電流の場合、電流を電圧に変換するために分流器を用いることができる。減衰器／増幅器２３５は、入力電気信号をスケーリング係数によってスケーリングするように適合され、かつ、スケーリング信号を受信して、スケーリング信号に従ってスケーリング係数を設定するようにさらに適合された、すなわち、スケーリング信号によって制御可能な任意の種類の電気または電子コンポーネントでもよく、スケーリング係数は、少なくとも第１の値および第２の値を有してもよい。一例として、減衰器／増幅器２３５は、可変利得増幅器でもよく、スイッチ、抵抗器、利得増幅器、およびトランジスタからなる群のうち１つ以上を含むアセンブリでもよい。また、実施形態では、入力回路および／または減衰器／増幅器２３５は、増幅器、特にプログラマブル／可変利得増幅器を備えていなくてもよい。ＡＤＣ２２０は、スケーリングされた電気信号１０３を、ＡＤＣ２２０のデジタル端部において出力される中間デジタル信号１２０に変換する。ＡＤＣ２２０は、デルタシグマＡＤＣまたは他の種類のＡＤＣでもよい。第１の信号経路２１１は、中間デジタル信号１２０を受信するように、ＡＤＣ２２０のデジタル端部に接続される。第１の信号経路２１１では、補助デジタル信号が、たとえば補助デジタル信号をスケーリング係数で除算することによって、１つ以上のフィルタを適用して、たとえば補助デジタル信号の分解能を増加させることによって、ならびに／または、補正係数、変換係数、および／もしくは正規化計数を乗算することによって、中間デジタル信号１２０から生成可能である。したがって、補助デジタル信号は、電気入力信号１００の推定値を表し得る、またはこの推定値に比例し得る。サンプル期間またはクロックサイクルの補助デジタル信号、たとえば、電流サンプル期間または電流クロックサイクルに基づいて、スケーリング信号１１０は、次のサンプル期間またはクロックサイクルについてスケーリング係数を設定するように生成される。この目的のために、スケーリング信号１１０を遅延または同期可能である。スケーリング係数を設定するために、補助デジタル信号を、１つ以上の閾値と比較可能である。たとえば、サンプル期間の補助デジタル信号が閾値よりも大きい場合、次のサンプル期間についてのスケーリング係数をより低い値、たとえば、第２の値より低い第１の値に設定可能である。実施形態では、１つ以上の閾値および／または比較のための基準は、サンプル期間またはクロックサイクルのスケーリング係数によって決まり得る。たとえば、補助デジタル信号をスケーリング係数によって除算する代わりに、少なくとも１つの閾値にスケーリング係数を乗算可能である。スケーリング信号は、いずれの場合でも、またはスケーリング係数が変化する場合にのみ、入力回路に送信可能である。言い換えると、第１の信号経路２１１は、入力回路または減衰器／増幅器２３５における電気入力信号１００のスケーリング、減衰、および／または利得のためのフィードバックループである。サンプル期間のスケーリング係数に依存する少なくとも１つの閾値を用いて、さらに以下で示すようなフィードバックループを安定させる、フィードバックループのヒステリシスを実現可能である。補助デジタル信号は高い分解能を必要としないため、すなわち、補助デジタル信号に最大で２～３のフィルタのみを適用すればよい、または全くフィルタを適用する必要すらなく、かつ、補助デジタル信号は、電気入力信号の予想値もしくは予測値または電気入力信号１００のスルーレートを計算するために用いられないため、スケーリング信号１１０は、入力回路または減衰器／増幅器２３５にきわめて迅速に送信される。言い換えると、スケーリング信号１１０および／または補助デジタル信号を、きわめて高いサンプリングレート、たとえば、第１の信号経路２１１のサンプリングレートで生成可能である、すなわち、第１のサンプリングレートは、１０ｋＳ／ｓ、１００ｋＳ／ｓ～２０００ｋＳ／ｓ、特に５００ｋＳ／ｓでもよい。

中間デジタル信号１２０は、ユーザインターフェイスへの出力のため、タイムクリティカルなメッセージおよび／もしくはサンプル値メッセージの生成のため、フェーザデータの生成のため、収益の測定のためなどさらに他の処理のために、ならびに／または保護機能の入力として、使用可能である。この目的のために、正確なデジタル信号１４０を、中間デジタル信号１２０、およびたとえばＡＤＣ２２０のデジタル端部に接続された第２の信号経路２１２におけるスケーリング係数から生成可能である。したがって、第１の信号経路２１１は、スケーリング信号１１０またはスケーリング係数の表示を第２の信号経路２１２に送信するように構成可能であり、第２の信号経路２１２は、スケーリング信号１１０またはスケーリング係数の表示を受信するように構成可能である。正確なデジタル信号１４０は、補助デジタル信号と比較して高い分解能を必要とする場合があるが、より低いサンプリングレートで処理される場合もある。第２の信号経路の典型的なサンプリングレートは、１ｋＳ／ｓ～９０ｋＳ／Ｓまたは２００ｋＳ／ｓ、特に２０ｋＳ／ｓである、すなわち、第１の信号経路２１１は、第２の信号経路２１２のサンプリングレートより特に少なくとも２～１０倍高いサンプリングレート、つまり、第２のサンプリングレートを有する。第１の信号経路および／または第２の信号経路は、マイクロコントローラ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、および／またはＡＳＩＣにおいて少なくとも部分的に実現可能である。ＡＤＣ２２０、第１の信号経路２１１および／または第２の信号経路２１２は、クロックされた態様で動作可能であり、この目的のために、クロック信号を受信可能であり、ＡＤＣ２２０、第１の信号経路２１１および／または第２の信号経路２１２は、一般に１つのクロックに接続されてもよい、または異なるクロックに接続されてもよい、すなわち、共通のサンプル期間または異なるサンプル期間を有してもよい。

図２は、本発明の第１の態様に係るさらに他の実施形態の模式図である。入力回路は、抵抗器Ｒ５と、第１の状態、すなわち閉状態と、第２の状態、すなわち開状態を有し、スケーリング信号１１０によって制御可能なスイッチ２３０とを備える。スケーリングされた電気入力信号１０３は、スイッチ２３０が閉状態にある状態で１のスケーリング係数でスケーリングされ、開状態でスケーリング係数Ｒ_ＡＤＣ／（Ｒ５＋Ｒ_ＡＤＣ）でスケーリングされ、Ｒ_ＡＤＣはＡＤＣ２２０の入力抵抗である。このデバイスはさらに、ＡＤＣ２２０、第１の信号経路２１１、および第２の信号経路２１２に接続された、クロック信号１８０をこれらに送信するクロック２１３を備える。

図３は、本発明の第１の態様に係るさらに他の実施形態の模式図である。入力回路は、複数の抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４および複数のグランドＧＮＤ接点を備える。スイッチ２３０は、第１の状態、すなわち開状態と、第２の状態、すなわち閉状態とを有し、スケーリング信号１１０によって制御可能である。開状態では、スケーリングされる電気入力信号１０３は、Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）のスケーリング係数でスケーリングされる一方で、閉状態では、スケーリングされる電気入力信号１０３は、Ｒ２||Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２||Ｒ３）でスケーリングされ、Ｒ２||Ｒ３＝１／（Ｒ２^－１＋Ｒ３^－１）である。本実施形態では、第１の信号経路２１１および第２の信号経路２１２は、マイクロコントローラ２１０において実現される。マイクロコントローラ２１０は、クロック信号１８０を第１の信号経路２１１および第２の信号経路２１２に、ならびにＡＤＣ２２０に送信するクロック２１３を備える。本実施形態では、入力回路、ＡＤＣのアナログ端部と、第１の信号経路２１１、第２の信号経路２１２、およびＡＤＣ２２０のデジタル端部との間に、絶縁障壁２００で示されるガルバニック絶縁が存在する。この目的のために、実施形態は、スケーリング信号１１０をバッファする絶縁スイッチバッファ２４０と、絶縁電源２５２とを備える。実施形態はさらに、供給電圧１７０を、ＡＤＣ２２０の一部、マイクロコントローラ２１０、スイッチバッファ２４０の一部、および絶縁電源２５２に提供する電源２５１を備える。絶縁電源２５２は、供給電圧１７０を、スイッチバッファ２４０のさらに他の一部、スイッチ２０３、およびＡＤＣ２２０のさらに他の一部に提供する。絶縁障壁２００は、絶縁電源２５２、ＡＤＣ２２０、およびスイッチバッファ２４０における絶縁トランスおよび／または光アイソレータによって実現可能である。

図４は、上述の実施形態と同様の、本発明の第１の態様に係るさらに他の実施形態の模式図である。しかしながら、電気入力信号は電気入力電流１０２である。それゆえ、入力回路は、電流を電圧に変換する分流器ＲＳを含み、電気入力信号はその後、スイッチ２３０の開状態でＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）のスケーリング係数で、およびスイッチ２３０の閉状態でＲ２||Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２||Ｒ３）のスケーリング係数でスケーリングされる。分流器ＲＳの抵抗は、補助デジタル信号および正確なデジタル信号に対する補正係数として適用されて、測定された電圧から電流信号を計算可能である。

上述のように開示されたすべての実施形態について、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４および／またはＲ５ならびに分流器ＲＳおよび／またはＡＤＣ入力抵抗Ｒ_ＡＤＣは、オーミック抵抗器でもよい。

図５は、例として、スケーリング信号１１０、中間デジタル信号１２０および正確なデジタル信号１４０を時間関数として示し、グラフの時間軸１５０は秒単位で表記され、時間軸１６０は任意の単位で表記される。第１の信号経路によって表記されるフィードバックループは、立下がりおよび立上がり入力信号についてスケーリング係数の非対称なスイッチング挙動を生じるヒステリシスを有する。このように、デバイスに電気的雑音が存在する場合であっても、安定したスイッチング挙動を実現可能である。

対照的に、図６は、例として、スケーリング信号１１０、中間デジタル信号１２０および正確なデジタル信号１４０を時間関数として示す図であり、第１の信号経路によって与えられるフィードバックループはヒステリシスを有さない。ここで、スイッチング挙動は、デバイスの電気的雑音が原因で、閾値付近で安定しない。

さらに説明するために、図７は例として、第１の閾値３１０、第２の閾値３２０、第３の閾値３３０および第４の閾値３４０を示す破線を用いて、電気入力信号１３０を時間関数として示し、第１の閾値３１０の絶対値は、第２の閾値３２０の絶対値より大きく、第３の閾値３３０の絶対値は、第４の閾値３４０の絶対値より大きい。この例では、スケーリング係数は、少なくとも第１の値、または第１の値より大きな第２の値を有してもよく、デバイスは、サンプル期間の補助デジタル信号を少なくとも１つの閾値３１０、３２０、３３０、３４０と比較するように、以下のように構成されてもよい。サンプル期間のスケーリング係数が第２の値を有し、サンプル期間の補助デジタル信号１３０が正であり第１の閾値３１０より大きい場合、デバイスは、次のサンプル期間についてのスケーリング係数を第１の値に設定するように構成され、サンプル期間のスケーリング係数が第１の値を有し、サンプル期間の補助デジタル信号１３０が正であり第２の閾値３２０より小さい場合、デバイスは次のサンプル期間についてのスケーリング係数を第２の値に設定するように構成され、サンプル期間のスケーリング係数が第２の値を有し、サンプル期間の補助デジタル信号１３０が負であり第３の閾値３３０より小さい場合、デバイスは、次のサンプル期間についてのスケーリング係数を第１の値に設定するように構成され、サンプル期間のスケーリング係数が第１の値を有し、サンプル期間の補助デジタル信号１３０が負であり第４の閾値３４０より大きい場合、デバイスは、次のサンプル期間についてのスケーリング係数を第２の値に設定するように構成される。この例では、第１の閾値３１０および第２の閾値３２０と、第３の閾値３３０および第４の閾値３４０とはそれぞれ、特に第１のまたは第３の閾値の少なくとも１％または５％だけ異なる。このように、スケーリング係数のスイッチングがないゾーンが、第１の閾値３１０と第２の閾値３２０との間、および第３の閾値３３０と第４の閾値３４０との間の信号について形成されて、図６に示すように不安定なスイッチング挙動を防止するヒステリシスフィードバックを導入する。

発明について図面およびこれまでの記載において詳細に説明してきたが、このような説明は、例示または具体例と考えられるべきものであって限定的ではない。クレームされている発明を実施する当業者は、図面、開示、および添付の請求項の検討を通じて、開示されている実施形態の変形例を理解し実施することができる。請求項において、「備える／含む（comprising）」という単語は、その他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を除外しない。特定の要素またはステップが別個の請求項に記載されているからといって、それだけでこれらの要素またはステップの組合せを有利に使用できないと示すわけではなく、具体的には、実際の請求項の従属に加えて、任意のさらに重要な請求項の組み合わせが開示されているとみなされなければならない。

参照符号のリスト

１００ 電気入力信号
１０１ 電気入力電圧
１０２ 電気入力電流
１０３ スケールされた電気入力信号
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５ 抵抗器
ＧＮＤ グランド
１１０ スケーリング信号
１２０ 中間デジタル信号
１３０ 補助デジタル信号
１４０ 正確なデジタル信号
１５０ 秒単位の時間軸
１６０ 任意の単位の信号軸
１７０ 供給電圧
１８０ クロック信号
２００ 絶縁障壁
２１０ マイクロコントローラ
２１１ 第１の信号経路
２１２ 第２の信号経路
２１３ クロック
２２０ ＡＤＣ
２３０ スイッチ
ＲＳ 分流器
２３５ 減衰器/増幅器
２４０ スイッチバッファ
２５１ 電源
２５２ 絶縁電源
３１０ 第１の閾値
３２０ 第２の閾値
３３０ 第３の閾値
３４０ 第４の閾値

Claims (13)

1. 工業および制御オートメーションシステムにおいて電流ならびに／または電圧を測定するためのデバイスであって、
   電気入力信号を受信し、前記電気入力信号をスケーリング係数でスケーリングし、スケーリング信号を受信し、かつ、前記スケーリング信号に従って前記スケーリング係数を少なくとも第１の値または第２の値に設定するように構成された入力回路と、
   前記入力回路に電気的に接続されたアナログ端部と、デジタル端部とを有するアナログ－デジタルコンバータとを備え、前記アナログ－デジタルコンバータは、スケーリングされた前記電気入力信号を中間デジタル信号に変換し、かつ、前記中間デジタル信号を前記デジタル端部において出力するように構成され、前記デバイスはさらに、
   前記アナログ－デジタルコンバータの前記デジタル端部に接続され、かつ、前記スケーリング信号を生成し、前記スケーリング信号を前記入力回路に送信するように構成された第１の信号経路と、
   前記アナログ－デジタルコンバータの前記デジタル端部に接続され、かつ、前記スケーリング係数を用いて、前記中間デジタル信号から正確なデジタル信号を生成するように構成された第２の信号経路とを備え、
   前記デバイスは、サンプル期間の前記中間デジタル信号と前記サンプル期間の前記スケーリング係数とに基づいて、次のサンプル期間についての前記スケーリング係数を設定するように構成され、
   前記第２の信号経路は第２のサンプリングレートを有し、前記第１の信号経路は、前記第２のサンプリングレートより高い第１のサンプリングレートを有する、デバイス。
2. 前記第１の信号経路はさらに、前記中間デジタル信号から補助デジタル信号を生成するように構成され、前記デバイスは、前記サンプル期間の前記補助デジタル信号を、少なくとも１つの閾値と比較することによって、前記次のサンプル期間についての前記スケーリング係数を設定するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記少なくとも１つの閾値は、前記サンプル期間の前記スケーリング係数によって決まる、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記入力回路および前記アナログ－デジタルコンバータの前記アナログ端部は、前記アナログ－デジタルコンバータの前記デジタル端部、前記第１の信号経路、および前記第２の信号経路からガルバニック絶縁されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のデバイス。
5. 前記入力回路は、１つ以上の抵抗器と、前記スケーリング信号によって制御可能なスイッチとを含み、前記スイッチは、少なくとも第１の状態および第２の状態を有し、
   前記入力回路はさらに、前記電気入力信号を、前記１つ以上の抵抗器のサブセットの電圧降下によって、前記スイッチの前記第１の状態および前記第２の状態のうちの少なくとも１つの状態においてスケールするように構成され、
   前記スケーリング係数は、前記スイッチが前記第１の状態である前記第１の値と、前記スイッチが前記第２の状態である前記第２の値とを有する、請求項１～４のいずれか１項に記載のデバイス。
6. 前記アナログ－デジタルコンバータの前記アナログ端部は、第１の端子および第２の端子を含み、
   前記入力回路は、前記第１の端子に接続された第１のラインと、前記第２の端子に接続された第２のラインとを含み、
   前記スイッチと前記１つ以上の抵抗器の前記サブセットとの直列は、前記第１のラインおよび前記第２のラインと接続される、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記第２の信号経路は、前記正確なデジタル信号の分解能を増加させるように適合された１つ以上のフィルタを含む、請求項１～６のいずれか１項に記載のデバイス。
8. 前記アナログ－デジタルコンバータはデルタシグマＡＤＣである、請求項１～７のいずれか１項に記載のデバイス。
9. 前記スケーリング係数は１以下である、請求項１～８のいずれか１項に記載のデバイス。
10. インテリジェント電子デバイスにおける、変電所もしくはパワーグリッドオートメーションシステム内のインテリジェント電子デバイスにおける、または合成ユニットにおける、アナログ－デジタル変換のためのモジュールである、請求項１～９のいずれか１項に記載のデバイス。
11. 請求項１０に記載のデバイスを含む、前記インテリジェント電子デバイス、前記変電所もしくは前記パワーグリッドオートメーションシステムにおける前記インテリジェント電子デバイス、前記合成ユニット、デジタルリレー、またはフェーザ測定ユニット。
12. 工業制御およびオートメーションシステムにおいて電流ならびに／または電圧を測定するための方法であって、
    電気入力信号を受信することと、
    前記電気入力信号を、少なくとも第１の値または第２の値を有するスケーリング係数でスケーリングすることと、
    スケーリングされた前記電気入力信号を、中間デジタル信号に変換することと、
    前記中間デジタル信号から補助デジタル信号を生成することと、
    前記スケーリング係数を用いて、前記中間デジタル信号から正確なデジタル信号を生成することと、
    少なくとも前記補助デジタル信号に基づいて、前記スケーリング係数を設定することとを備え、
    前記補助デジタル信号を生成することは、前記正確なデジタル信号を生成することよりも早く実行される、方法。
13. 前記スケーリング係数を設定することは、前記補助デジタル信号と、前記スケーリング係数の電流値とに基づく、請求項１２に記載の方法。

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