JPS62185174A

JPS62185174A - 電子式電力量計

Info

Publication number: JPS62185174A
Application number: JP62022267A
Authority: JP
Inventors: ワルター、フエルダー
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-02-04
Filing date: 1987-02-02
Publication date: 1987-08-13
Also published as: FI90144C; FI90144B; NO170306C; FI870014A0; DE3762291D1; YU9087A; FI870014A; ATE51965T1; NO870185L; NO170306B; NO870185D0; EP0232763B1; EP0232763A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、第１および第２の入力量に対する時分割法に
より作動する乗算器であって、第１の人力量をその構成
部分としての変調器に供給されている乗算器と、乗算器
の後に接続されておりかつ電荷補償法により作動する量
子化器と、積分器と、その後に接続されているコンパレ
ータとにより構成されている電子式電力量計に関する。

〔従来の技術〕

このような電子式電力量計は雑誌ｒテヒニシェス・メツ
セン・チー・チー・エム（ＴｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓＭｅ
ｓｓｅｎ　ａｔｍ）　１１９７８年、第１１巻、第４０
７〜ａｚＢから知られている。その際に乗算器は、第１
の入力量に比例するマーク・スペース比を有するパルス
列を形成する変調器を含んでいる。そのために、一定の
参照電流と負荷電流に比例する測定電流との和または差
によりコンデンサが充電または放電される。変調器の後
に接続されている限界値スイッチが、コンデンサ電圧が
上限値または下限値に到達した時に応動する。限界値ス
イッチはコンデンサの充電または放電を制御する。実際
には、コンデンサの代わりに常に、コンデンサに追加し
て抵抗回路を有する演算増幅器を有する積分器が使用さ
れる。

量子化器は、上記の文献に示されている例では、いわゆ
る電荷補償法により構成されており、電圧から導き出さ
れた測定電流が、限界値回路の上側トリガ電圧が到達さ
れるまで、コンデンサを充電する。その際に限界値回路
は水晶により安定化されたタイマー回路を始動させ、こ
のタイマー回路が一定の時間にわたり参照電流をコンデ
ンサに接続する。コンデンサはその際に成る特定の値だ
け放電される。続いて、電圧から導き出された測定電流
がコンデンサを再びトリガ電圧まで充電する。

それによって得られる出力周波数は乗算器の出力電流に
比例している。また量子化器としては実際には抵抗およ
びコンデンサ回路を有する演算増幅器が使用される。

従来の電子式電力量計において必要な抵抗を集積回路に
おいて必要な精度と温度に対する非依存性とをもって製
造するのには困難を伴う。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従って、本発明の目的は、冒頭に記載した種類の電子式
電力量計を、抵抗を可能なかぎりわずかしか、または全
く使用しないで構成することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲第１項に
記載の電子式電力量計により達成される。

〔発明の効果〕

本発明によれば乗算器および量子化器に対して抵抗は必
要でなく、演算増幅器に追加的にコンデンサおよびスイ
ッチのみが必要である。しかし、コンデンサは集積技術
で抵抗よりも温度に対してはるかに安定に製造し得る。

さらに、第１の入力量に対してインバータを必要としな
いので、演算増幅器が節減され得る。

（実施態様〕特許請求の範囲第２項による電子式電力量計の１つの実
施態様では、変調器も完全に抵抗を使用せずに、コンデ
ンサ、スインｊおよび演算増幅器のみを使用して構成さ
れている。

特許請求の範囲第３項により電圧フォロワー回路を介し
て第２の入力量を導き出すことにより、第２の入力量の
高抵抗走査が可能にされる。さらに、この回路は第２の
入力量を１クロツクだけ遅延させ、また同時にそれによ
って第１の人力量の遅延を１クロツクだけ変調器内で再
び補償する。

第２の入力量の増幅は特許請求の範囲第４項によりコン
デンサを選定することにより簡単に達成され得る。

〔実施例〕

以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。

電子式電力量計の変調器は図面中に鎖線で囲み、また符
号ｌを付して示されている。変調器１には、系統電圧に
比例して抵抗３３の両端に生ずる電圧Ｕが供給される。

コンデンサ１１が切換スイッチ抵抗１０を介して選択的
に電圧Ｕまたは演算増幅器４の反転入力端と接続されて
いる。さらに、演算増幅器４の反転入力端には、後で説
明する回路を介して参照電圧が供給されている。演算増
幅器４の非反転入力端は基準電位と接続されている。

演算増幅器４の出力端はコンデンサ５を介してその反転
入力端に負帰還されており、またコンパレータ６の一方
の入力端と接続されており、その比較入力端は基準電位
に接続されている。コンパレーク６の出力端はＤフリッ
プフロップ７のＤ入力端と接続されている。Ｄフリップ
−５ｐＯツブ７のクロック入力端はクロック発生器Ｈに
より駆動される。Ｄフリップフロップ７の出力端は同時
に変調器ｌの出力端を成しており、また後で説明する一
連のスイッチ１９．２０．２８および３２を制御する。

参照電荷を発生するための回路はコンデンサ３０を含ん
でおり、その第１の端子は切換スイ・ンチ２９を介して
選択的に別の切換スイッチ２８と、または演算増幅器４
の反転入力端と接続可能であり、またその第２の端子は
切換スイッチ３１を介して切換スイッチ３２と、または
基準電位と接続可能である。切換スイッチ２８はコンデ
ンサ３０の第１の端子を選択的に参照電位Ｕｒｅｆと、
または基準電位と接続し、また切換スイッチ３２はコン
デンサ３０の第２の端子を基準電位と、または参照電圧
Ｕｒｅｆと接続する。それによってコンデンサ３０は同
時に切換えられる切換スイッチ２８の位置に応じて選択
的に両極性で参照電圧ＬＪｒｅｆと接続可能である。切
換スイッチ１０．２９および３１はクロック発生器８に
より、また切換スイッチ２日および３２はＤフリップフ
ロップ７の出力により駆動される。

回路を説明するため先ず、クロック発生器８およびＤフ
リップフロップ７の出力信号が零であると仮定する。そ
れによって、すべてのスイッチは口承されている位置に
ある。コンデンサ１１は電圧Ｕに比例する電圧、従って
また比例する電荷に充電され、またコンデンサ３０は参
照電圧Ｕ閉ｆに、従ってまた参照電荷により充電される
。

いまクロック発生器８の出力信号が“′１゛°に切換ね
るとき、切換スイッチＩＯ２２９および３１が切換えら
れる。それによって、いま演算増幅器４０反転入力端に
両コンデンサ１１および３０が接続されており、その際
にコンデンサ３０は正の参照電荷を、またコンデンサ１
１は電圧Ｕに比例する電荷を有する。コンデンサ１１お
よび３０に存在する電荷はいまや積分コンデンサ５に伝
達される。

次のクロック位相ではコンデンサ１１は再び電圧Ｕに比
例する電荷に、またコンデンサ３０は参［荷に充電され
る。このサイクルは、コンパレータ６が応動しかつクロ
ック発生器８０次のクロックによりフリップフロップ７
がその出力信号を変化するまで周期的に繰り返される。

それによってコンデンサ３０は転極され、従って負の参
照電荷に充電される。

これまでは充電時間Ｔ１の間に参照電荷と電圧に関係す
る電荷との和が積分されたが、いまや放電時間Ｔ２の間
に電圧に関係する電荷と参照電荷との差が積分される。

積分器４の出力信号は常に再び同一の電位に復帰するの
で、平均して充電時間Ｔ、の間の電荷は放電時間Ｔ２の
間の電荷に等しくなければならない。相応の電荷は充放
電過程の頻度、従ってまた相応の充放電過程の時間に比
例しており、また電荷は一定のキャパシタンスのゆえに
再び電圧に比例しているので、下式が成り立つ。

（ｒｚＴ＋　　７２）／　（ｒｚＴ＋＋７２）＝Ｕ／ｒ
ｅｆここで、ｎｌ−”正のクロックの数ｎ２＝負のクロックの数すなわち、それによってフリップフロップ７の出力端に
おけるスイッチオン比は比Ｕ／Ｕ−に比例している。す
なわち変調器ｌは、ヨーロッパ特許第Ａ２−００８４３
５３号明細書にも記載されているように、デルタ−シグ
マ法により作動する。

以下には、乗算器の同じく鎖線で囲まれている第２の部
分２を説明する。

第２の人力量としての電流Ｉは抵抗９に比例電圧ＵＴを
発生する。演算増幅器１３は電圧フォロワーとして接続
されている。すなわち、その出力端は直接に反転入力端
に帰還結合されている。演算増幅器１３の非反転入力端
は切換スイッチ１６を介して選択的にこの電圧Ｕ１また
はコンデンサ２３の第１の端子と接続されている。演算
増幅器１３の反転入力端はコンデンサ１４および切換ス
イッチ１５を介して選択的に基準電位または非反転入力
端と接続可能である。

コンデンサ２３の第１の端子は切換スイッチ２１および
別の切換スイッチ１９を介して選択的に演算増幅器１７
の反転入力端または基準電位と接続可能である。コンデ
ンサ２３の第２の端子は切換スイッチ２２を介して選択
的に基準電位または別の切換スイッチ２０の端子と接続
可能である。

切換スイッチ２０はこの端子を同じく鎖線で囲まれてい
る量子化器３の演算増幅器１７の反転入力端もしくは基
準電位と接続する。演算増幅器１７の出力端はコンデン
サ１日を介してその反転入力端と、また直接にコンパレ
ータ２６の反転入力端と接続されている。コンパレータ
２６の非反転入力端は参照電圧Ｕｒ１！ｔに接続されて
いる。コンパレータ２６の出力端はＤフリップフロップ
２７のＤ入力端と接続されており、そのクロック入力端
はクロック発生器８により駆動される。Ｄフリップフロ
ップ２７の出力は切換スイッチ２４を制御する。この切
換スイッチ２４はコンデンサ２５の１つの端子を、Ｄフ
リップフロップ２７の出力が“０′°である時には参照
電圧［Ｊｒｅｒに、またその出力信号が“°ｌ゛である
時には演算増幅器１７の反転入力端に接続する。コンデ
ンサ２５の第２の端子は固定的に基準電位に接続されて
いる。

回路を説明するため先ず、クロック発生器８およびＤフ
リップフロップ２７の出力信号が“０゛。

であり、従ってまたすべてのスイッチが図示されている
位置にあると仮定する。それによってコンデンサ１４は
切換スイッチ１６、演算増幅器１３および切換スイッチ
１５を介して電流Ｉに比例する電荷に充電される。コン
デンサ２３はなお先行のクロック位相・により電流■に
比例する電荷に充電されており、この電荷を切換スイッ
チ１９．２１．２２．２０および演算増幅器１７を介し
てコンデンサ１８に与える。その際に、コンデンサ１８
が電荷を正の方向に積分するか負の方向に積分するかは
、切換スイッチＩ９および２０の位置、すなわち変調器
ｌの出力信号に関係する。従って、時間的な平均値とし
て、積分された電荷は電流■および電荷Ｕの積に比例し
ている。

次のクロック位相では切換スイッチ１５．１６および２
２およびスイッチ２１の位置が切換ねる。

それによってコンデンサ１４の電荷がコンデンサ２３に
伝達され、従ってコンデンサ２３は再び電流Ｉに比例す
る電荷を有する。この過程が周期的に繰り返される。

成る数のクロック位相の後に演算増幅器１７の出力電圧
がコンパレータ２６の応動しきいに到達し、また次のク
ロック位相によりＤフリップフロップ２７の出力信号が
切換ねれば、切換スイッチ２４は先に参照電圧Ｕｒｖｔ
に充電されたコンデンサ２５を演算増幅器１７に接続す
る。コンデンサ２５は、その電荷がコンデンサ２３によ
り得られる電荷よりも常に大きいように選定されており
、従ってコンデンサ１８は常に成る大きさだけ放電され
る。続いて、コンデンサ１８はコンデンサ２３を介して
周期的に再び充電される。その際に、１つの周期の間に
供給される電荷量は導き出される電荷量Ｑｒに等しくな
ければならない。供給される電荷量は電流Ｉと正および
負のクロック長さの差ｎ１ＴＩ　　　ｎ２Ｔ２＝Ｔに比例している。このことから、ＴＩ＝Ｑｒが得られ、従って、フリップフロップ２７の出力周波数
ｒＡは時間的に平均して［Ａ＝ｌ／Ｑｒとなる。従って、フリップフロップ２７の出力周波数は
、なされた仕事に正比例している。これらの出力パルス
を加算すれば、直接に電力の尺度が得られる。

以上の説明から、本発明によれば、電力が測定回路内に
抵抗なしに検出され得ることが示された。

従って図示の回路は簡単にかつ温度に対する安定性の問
題なしに集積回路として実現され得る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例の回路図である。ｌ・・・変調器、２・・・乗算器、３・・・量子化器、
４・・・演Ｘ　ｍ　ｌｔＵ　器、５・・・コンデンサ、
６・・・コンパレータ、７・・・Ｄフリップフロップ、
８・・・クロック発生器、９・・・抵抗、１０・・・切
換スイッチＪ１１・・・コンデンサ、１３・・・演算増
幅器、１４・・・コンデンサ、１５．１６・・・切換ス
イッチ、１７・・・演算増幅器、１８・・・コンデンサ
、１９．２０．２１．２２・・・切換スイッチ、２３・
・・コンデンサ、２４・・・切換スイッチ、２５・・・
コンデンサ、２６・・・コンパレータ、２７・・・Ｄフ
リップフロップ、２８．２９・・・切換スイッチ、３０
・・・コンデンサ、３１．３２・・・切換スイッチ、３
３・・・抵抗、Ｕ・・・電圧、■・・・電流。 ′１ハ、：ｒ

Claims

【特許請求の範囲】１）第１および第２の入力量（Ｕ、Ｉ）に対する時分割
法により作動する乗算器（１、２）であって、第１の入
力量（Ｕ）をその構成部分としての変調器（１）に供給
されている乗算器（１、２）と、乗算器（１、２）の後
に接続されておりかつ電荷補償法により作動する量子化
器（３）と、積分器（１７、１８）と、その後に接続さ
れているコンパレータ（２６）とにより構成されている
電子式電力量計において、乗算器（１、２）および量子化器（３）が下記の特徴を
有すること、すなわちａ）クロック発生器（８）の各第１のクロック位相の間
にコンデンサ（２３）が積分器（１７、１８）の入力端
に接続されること、ｂ）クロック発生器（８）の各第２のクロック位相の間
にコンデンサ（２３）が第２の入力量（Ｉ）に比例する
電荷により充電されること、ｃ）コンデンサ（２３）が積分器（１７）の入力端に接
続される極性が、デルタ−シグマ法により構成されてお
りクロック発生器（８）により制御される変調器（１）
の出力信号により決定されること、ｄ）別のコンデンサ（２５）が、量子化器（３）の出力
が“０”レベルにある間は参照電荷により充電され、ま
た量子化器（３）の出力が“１”レベルにあるかぎりは
積分器（１７、１８）の入力端に接続されていること。ｅ）コンパレータ（２６）の後に、クロック発生器（８
）により制御されるフリップフロップ（２７）が接続さ
れており、その出力端が量子化器（３）の出力端を成し
ていること、を特徴とする電子式電力量計。２）デルタ−シグマ法により作動する変調器（１）を有
し、この変調器（１）が下記の特徴を有すること、すな
わちａ）クロック発生器（８）の各第１のクロック位相の間
に別のコンデンサ（１１）が第１の入力量（Ｕ）に比例
する電圧に充電され、また更に別のコンデンサ（３０）
が変調器（１）の出力信号に関係する極性を有する参照
電圧（Ｕ＿ｒ＿ｅ＿ｆ）に充電されること、ｂ）各第１のクロック位相の間に前記コンデンサ（１１
、３０）が互いに並列に、負帰還回路内にコンデンサ（
５）を有する演算増幅器（４）から成る積分器の入力端
と接続されていること、ｃ）積分器（４、５）の出力端がコンパレータ（６）と
接続されており、その後にクロック制御されるメモリ要
素（７）が接続されており、そのクロック入力端がクロ
ック発生器（８）により駆動されること、ｄ）クロック制御されるメモリ要素（７）の出力端が変
調器（１）の出力端を成していること、を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子式電力量
計。３）クロック発生器（８）の第１のクロック位相の間に
、第２の入力量（Ｉ）に比例する電圧が演算増幅器（１
３）を介して電圧フォロワー回路内でコンデンサ（１４
）を充電し、このコンデンサが第２のクロック位相の間
に第１のコンデンサ（２３）を充電することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項または第２項記載の電子式電力
量計。４）第２の入力量（Ｉ）の増幅が、演算増幅器（１３）
を介して充電されるコンデンサ（１４）が第１のコンデ
ンサ（２３）よりも大きいキャパシタンスを有すること
により達成されることを特徴とする特許請求の範囲第３
項記載の電子式電力量計。５）すべての参照電荷が参照電圧源から供給されること
を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
れか１項に記載の電子式電力量計。