JPH0468814B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の利用分野 本発明は、パルス巾変調回路を用いた積分回路
に関し、特に二つの信号の積の積分に比例する数
のパルスを出力するのに好適な回路に関する。

(2) 従来技術 電子式電力量計の構成の１例を第１図に示す。
三角波発生回路１０は直流電圧V_B、−V_Bをスイツ
チSW１を介して切換えて入力される積分器INT
１とスイツチSW１を制御する信号S△を発生す
るフリツプフロツプFF１と、これのセツト、リ
セツトを制御する第１、第２の比較器CP１，CP
２からなり、積分器INT１は、抵抗Ｒ１、容量
Ｃ１、アンプＡ１からなり、比較器CP１，CP２
はそれぞれ、基準電圧V_R、−V_RとアンプＡ１の出
力を比較し、一致時にフリツプフロツプFF１の
セツト又はリセツトのための信号を出力する。ス
イツチSW１は信号S△が０か１かに応じてV_B又
は−V_Bを切換えて積分器INT１に入力する。こ
うして、回路１０からの出力信号V△は、傾きが
正負ともV_B／（R₁C₁）であり、ピークが±V_Rで
ある三角波となる。このV△と電力を測定すべき
電気系統の電圧に比例する第１の交流信号E_vが
比較器CP３に入りV△−E_vが正なら出力V_gは
“１”に、負なら“０”になる。こうしてV_gは入
力信号E_vのパルス幅変調された信号となる。

ここでパルス変調比Ｄを次のように定義する。
V_gの１サイクル（すなわち三角波V△の１サイ
クル）の間にV_gが“１”である時間をａ、“０”
である時間をｂとすると Ｄ＝ａ／ａ＋ｂ …(1) 一方コンパレータCP３はE_v＞V△のときV_g＝
“０”、E_v＜V△のときV_g＝“１”を発生するもの
とすれば三角波の１サイクルをＴとしたとき、 ａ＝１／２（１−E_v／V_R）Ｔ …(2) ａ＋ｂ＝Ｔ …(3) である。したがつてパルス変調比Ｄは次のように
表わせる。

Ｄ＝１／２（１−E_v／V_R） …(4) こうして変調された信号V_gは積分極性反転信
号S_VとゲートＬ１で排他的論理和（EOR）をと
つた後信号S_Iとして、電気系統の電流に比例する
第２の交流信号E_iとその反転信号−E_iの切換スイ
ツチSW２を制御する。

スイツチSW２の出力V_Mの平均値_Mは _M＝E_i×Ｄ＋（−E_i）×（１−Ｄ） ＝−E_vE_i／V_R …(5) となる。なお(5)式はS_V＝０の場合であるが、S_V
＝１の場合符号を逆にすればよい。

このようにV_Mの平均値は第１図入力E_vと第２
の入力E_iに比例するものとなる。

スイツチSW２の選択出力V_Mはパルス発生回路
２０内の積分器INT２に入力される。積分器
INT２は抵抗Ｒ２、容量Ｃ２、アンプＡ２から
なり、アンプＡ２の出力端から入力V_Mの積分信
号V_Pを出力する。出力V_Pは比較器CP４，CP５
において、基準電圧V_R、−V_Rと比較され、フリツ
プフロツプFF２のセツト、リセツトに用いられ
る。ここでS_Vが１になると、Ｅ−ORゲートＬ１
の出力は入力V_gを反転したものとなる。

S_Vによる反転は積分器INT２への入力V_Mを折
り返して出力V_Pの飽和を防ぎ、かつV_PがE_vとE_i
の積に比例した周波数で変化するようにするため
である。

フリツプフロツプFF２の出力S_Vが１になる回
数をカウントすることにより、電圧E_vと電流E_iで
きまる電力を測定することができる。

さてここで三角波発生回路１０やパルス幅変調
回路２０のアンプおよび比較器がオフセツトを持
つている場合を考える。第２図はこれらのオフセ
ツト電圧を等価電圧源におきかえて挿入したもの
である。ここで電圧源V_fA、V_f1〜V_f3はそれぞれ
アンプＡ１、比較器CP１〜CP３のオフセツト量
を等価的に表わす電圧源である。このとき三角波
V△は次のような波形となる。

立上り波形の傾き＝V_B＋V_fA／C₁R₁ 立下り波形の傾き＝V_B＋V_fA／C₁R₁ 正の側の折返し電圧＝V_R−V_f1 負の側の折返し電圧＝−（V_R−V_f2） この三角波電圧V△はさらにコンパレータCP
３のオフセツト電圧V_f3の存在により見かけ上
V△′なる電圧にシフトされたようになる。この
V△′の波形はV△の波形において正及び負の折
返し電圧にそれぞれV_f3を加えた値となる。この
様子を第３図に示す。すると(1)〜(3)式と同様にし
て変調信号V_gのパルス幅変調比Ｄは次式となる。

(6)式において第２項の分母はオフセツト電圧の
存在により参照電圧V_Rが変化したことと等価で
ある。V_Rの変化による影響は積分容量Ｃ２及び
抵抗Ｒ２の設定値からのずれと同じように初期設
定などの手段で補正可能であるからここでは扱わ
ない。一方分子はE_v＋オフセツトの形である。
そこで(6)式において V_R′＝V_R−１／２（V_f1＋V_f2） V_f＝１／２（V_f1−V_f2）−V_f3 とおけば Ｄ＝１／２（１＋E_v＋V_f／V_R′） …(7) となる。このようにオフセツト電圧があると(5)式
に対応するV_Mの平均値_Mは _M＝１／V_R′×（E_v＋V_f）×E_i …(8) となる。したがつてパルスS_vの周波数₀∝（E_v＋
V）×E_iとなりオフセツト電圧V_fの影響が最後ま
で消えない。またオフセツトを含む項はE_iが係数
となつているため、パルスS_Vの検出後に補正す
ることも不可能に近い。したがつてパルス幅変調
回路内であらかじめオフセツトキヤンセルしてお
くことが必要である。

このため従来は比較器のオフセツト電圧ができ
るだけ小さいものを選び出すか、オフセツト調整
回路を付加する必要があつた。このため装置が高
価になるという欠点がある。

(3) 発明の目的 本発明はパルス幅変調回路に簡単な回路を付加
することにより、従来問題であつた三角波発生回
路及び比較器のオフセツト電圧を自動的にキヤン
セル、安価で高精度な電子式電力量計の実現を可
能にすることを目的とする。

(4) 発明の総括説明 本発明はパルス幅変調回路の第１の入力を絶対
値の等しい正負２入力とし、一定の周期で“０”
と“１”を往復する反転信号により正負２入力を
切換えて比較器の入力にするスイツチと、比較器
の出力を同じく反転信号により反転させる回路を
設け、時間平均としてオフセツト電圧をキヤンセ
ルするものである。

(5) 実施例 第４図は本発明の実施例を示したものである。

第４図において第１図と同じ参照記号のものは
同じものを示す。第４図においては電力を測定す
すべき電気系統の電圧に比例する交流信号E_vと
それの反転信号−E_vが用いられ、信号＋E_vと−
E_vを切換えるスイツチSW３、比較器CP３の出
力V_gを反転させるEOR論理ゲートＬ２、および
三角波の１周期に１回出るパルスS△により状態
反転され、したがつてS△を１／２に分周したパル スを出力するトグル型フリツプフロツプFF３が、
三角波発生回路１０とパルス発生回路２０の間に
付加されている。フリツプフロツプFF３の出力
S_TはスイツチSW３とゲートＬ２を一定周期で切
換えるために作られた信号で、S_T＝１又は０に応
じて、＋E_v又は−E_vがスイツチSW３により選択
される。この回路のタイミングチヤートを第５図
に示す。(7)式に示したように比較器CP１〜CP３
のオフセツトをすべてまとめてえられる等価参照
電圧±V_R′の範囲で発振する三角波V△と、入力
電圧E_vへオフセツト電圧V_fが重じようされた電
圧に基づいて巾変調パルスのデユーテイＤを求め
ることができる。第４図についていえば、比較器
CP３の入力電圧をV_xとすると、これにV_fを加え
たV_x′を考慮すべき入力電圧となる。すなわち V_x′＝V_x＋V_f …(9) である。すると三角波V△と等価入力V_x′をオフ
セツトのない理想比較器CP３で比較するものと
考えればよい。第５図はこうして考えたタイミン
グチヤートを示している。求めたいパルス幅変調
信号はV_g′である。実線はV_f＞０の場合、破線は
V_f＝０の場合のその波形を示す。この図からわ
かるようにV_f＞０の場合S_T＝“１”ではパルス幅
が拡がるがS_T＝“０”の部分では狭くなる。従つ
てS_Tの１周期すなわち三角波の２周期分を見ると
オフセツト電圧の影響は相殺されることがわか
る。

このことを式により示す。S_T＝“１”の時V_g′
＝“１”となつている時間に対するパルス幅変調
比D₁は D₁＝１／２（１−E_v−V_f／V_R′） …(10) またS_T＝“０”のときV_g′＝“１”に対するパル
ス幅変調比D₂は D₂＝１／２（１−E_v＋V_f／V_R′） …(11) である。従つてS_Tの１サイクルすなわち三角波２
サイクル分の平均パルス幅変調比は ＝１／２（D₁＋D₂） ＝１／２（１−E_v／V_R′） …(12) となる。こうして三角波の２サイクル分を測定単
位とすることにより三角波発生回路１０及び比較
器CP３に含まれるすべてのオフセツト電圧の影
響をキヤンセルすることができる。

(12)式には(4)式に対応するので_MおよびS△の周
波をE_v×E_iに比例したものとすることが可能であ
る。

第４図では反転信号S_Tを三角波発生回路の出力
S△から１分周して発生させた。これはもつとも
簡単で確実な方法である。分周比は整数倍で増や
すやり方や非整数で分周するやり方も考えられ
る。しかしこれらの方法では１回のキヤンセルに
要する時間が長くなり得策ではない。逆に三角波
の周期より短い周期でキヤンセル動作をさせると
三角波の傾斜の差がある場合にキヤンセル効果が
減少するといつた問題が生じる。しかし応用によ
つてはこれらの方法を用いることもできる。

以上示したように簡単な回路を付加することに
より比較器の持つオフセツトをキヤンセルし精度
の高い電力測定を行なえる電子式電力量計を実現
しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、パルス巾変調回路を有する積分回路
の一例を示し、第２図は、第１図の回路の内、パ
ルス巾変調回路のオフセツトを考慮した等価回路
であり、第３図は、その信号のタイムチヤート、
第４図は、本発明によるパルス巾変調回路を有す
る積分回路の実施例、第５図は、その信号のタイ
ムチヤートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定周波数の三角波信号の発生回路と、 第１の信号と該第１の信号を反転した信号とを
   該三角波信号に同期して選択する第１の選択手段
   と、 該第１の選択手段より選択された信号と該三角
   波信号とを比較する比較器と、 該第１の選択手段の選択動作の切換わりごとに
   該比較器の出力を反転する回路と、 該比較器の出力が切換わるごとに、第２の信号
   と該第２の信号を反転した信号とを選択する第２
   の選択手段と、 該第２の選択手段により選択された信号を積分
   する積分器と、 該積分器出力が所定値になるごとにパルスを出
   力する回路とを有し、 該第１、第２の信号の積分に比例した数のパル
   スを出力する積分回路。 ２ 該第１の選択手段は、該三角波信号が所定の
   正および負の第１、第２の値に一致するごとに状
   態反転されるフリツプフロツプと、該フリツプフ
   ロツプの出力により該第１の信号と該第１の信号
   の反転信号の一方を選択して該比較器に入力する
   スイツチとからなり、 該反転回路は該比較器の出力と該フリツプフリ
   ツプの出力との排他的論理和を出力するものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   積分回路。 ３ 該パルス出力回路は、該積分器の出力が所定
   の正および負の第１、第２の基準値に達するごと
   に状態反転される記憶手段であつて、その状態反
   転ごとに異なるレベルの出力を出力するものから
   なり、 該第２の選択手段は、該記憶手段の出力と該比
   較器の出力の排他的論理和を出力する手段と、該
   排他的論理和手段の出力により該第２の信号およ
   びその反転信号を切換えて該積分器に入力する手
   段とからなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の積分回路。