KR101315715B1

KR101315715B1 - 저 저항 합금 전도체를 채용하기 위한 장치 및 전류 드레인 데이터 회복을 간소화하기 위한 방법

Info

Publication number: KR101315715B1
Application number: KR1020120028994A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 엘버바움
Original assignee: 엘벡스 비디오 리미티드
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-10-08
Also published as: CN104204820A; WO2013106160A1; HK1202631A1; JP6050383B2; AU2012364721A1; EP2802885A1; CA2860844C; EP2802885A4; IL233574A; SG11201403243YA; EA036024B1; CN104204820B; CA2860844A1; AU2012364721B2; US8638087B2; EP3477312A1; MX339307B; IL233574A0; US20130183043A1; JP2015508503A

Abstract

본 발명은 전류 센서에 사용되는 AC-DC 전원 어댑터에 의해 낭비되는 전력을 제거하는 감지와 보고 회로에 전원을 공급하는 2차 코일의 사용을 가능하게 하는, 저옴 저항으로 만들어진 1차 권선과 함께 변류기를 사용하여 전류 드레인을 측정하고 전력 소비를 보고하는 장치와 방법에 관한 것이다. AC 아웃렛이 부하에 연결되지 않거나 부하가 꺼져있을 때, 전류 센서는 전류를 드레인하지 않음으로써, 절약이 상당히 많이 된다. 저옴 저항을 사용하는 장치는 플러그와 더 큰 금속 열 소모에 의한 감지 소자로부터 열을 소모하는, AC 플러그, 아웃렛, 어뎁터 및 멀티 아웃렛을 가진 확장 케이블에서 저옴 감지 소자를 제공하기 위하여, 전원 핀, 전원 소켓 및 이들의 조합을 포함하는 단자의 구조로 확장된다.

Description

저 저항 합금 전도체를 채용하기 위한 장치 및 전류 드레인 데이터 회복을 간소화하기 위한 방법{APPARATUS FOR EMPLOYING LOW OHMIC ALLOY CONDUCTORS AND METHOD FOR SIMPLIFYING CURRENT DRAIN DATA RETRIEVAL}

본 발명은 저 저항 합금 전도체를 이용하기 위한 장치와 전류 드레인 데이터 회복을 간소화하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 사용자와 전력 그리드의 스마트 그리드에 소비 데이터를 제공하기 위한 AC 아웃렛이나 다른 전기 배선 장치에 사용하기 위한 AC 전류 감지 소자에 관한 것이다.

주택, 사무실, 회사, 공장, 공공 빌딩이나 다른 빌딩을 포함하는 구내의 전기 회로에 설치된 많은 다른 전기 배선 장치는 제어 회로가 전력 소비를 측정하고 통신하는데 사용되는 회로를 포함한 전기 배선 장치들에 사용될 때마다 DC 전원을 요구한다.

전기 월 박스(wall box)에 설치된, LED 전등, 홈오토메이션 스위치와 릴레이, 제어되는 전원 아웃렛, 모터가 달린 창문 가리개나 커튼이나 냉, 난방을 조절하는 등의 환경 제어 장치들을 제어하기 위한 전기 배선 장치는 저 전압 통신 라인이나 분리된 저전압 DC 전원 라인을 통해 전원 공급을 받을 수 없다. 전기와 건축법은 저 전압 버스-라인들의 연결과 같은 전선관의 벽에 고정된 AC 전원 장치나 AC 전원 라인과 저전압 와이어를 섞는 것을 엄격하게 금지한다. 비슷하게, 본 발명의 AC 아웃렛과 함께 사용되는 플러그-인 어댑터와 같은, 전류 감지(sensing) 어댑터에 저전압 통신 와이어를 연결하는 것은 전기와 안전 규칙에 어긋난다. 저전압 버스-라인은 가전기기를 통해 소비되는 전원을 컨트롤러로 보고하기 위한 AC 배선 장치에 직접 연결될 수 없다.

이것은 전기 아웃렛, 스위치, 릴레이, 조광기와 기타 같은 종류의 것들에 내부에 설치된 AC 전원 장치(power supplies)의 사용을 요구한다. 그런 전원 장치는 크고 비싼 큰 AC 축전기나 AC 변압기를 사용할 수도 있다. 그렇지 않으면 그런 작은 전원 장치는 큰 필터에 의해 억제되어야 하는 소음을 발생시키고 비싼 전원 스위칭 회로를 사용할 수도 있다.

AC 전원을 저전압과 저 전류 DC 전원으로 바꿔주는 아날로그 방법과 장치는 간단하고 아주 적은 소음만 발생시킨다. 하지만 아날로그 조절장치(regulator)는 상당한 전원을 낭비하고 결과로 초래된 열은 소멸되어야 한다. 특히 제어 회로가 작동에 5V, 3.3V, 1.8V등의 적은 볼트의 DC나 적은 mA의 DC 전류나 적은 mW의 매우 적은 전력을 사용할 때, 아날로그 조절기에 의해 소비되는 에너지는 주어진 장치를 작동시키기 위한 제어 회로에 전원을 공급하는데 필요한 실제 에너지보다 훨씬 많다.

저 전력 소비 CPU를 사용하는, 조광기, 전류 센서, 릴레이, 전원 아웃렛이나 비슷한 장치들을 제어하는 것을 포함한 그런 저 전력 소비 제어 회로는 미국특허 7,639,907, 7,649,727, 7,864,500, 8,041,221와 미국공개특허 2010/0278537, 2011/0227510, 2011/0311219에 공개되었고, 미국특허출원 12/963,876 and 13/086,610은 여기에 참조되어 포함되었고 이후에 참조 특허, 공개 및 출원으로 참조된다.

전력 소모 탐지와 통신 회로를 결합시키는 플러그-인 전력 감지 어댑터나 AC 전원 아웃렛의 전원 장치에 의해 낭비되는 전력은 거주지나 회사나 공장의 전원 아웃렛을 통해 소비되는 전력을 감시함으로써 전력 소비를 줄여보고자 하는 국제단체의 시도에 대해서 중요한 것이다.

전류와 전원 드레인을 측정하고 보고하는 회로는 약간의 mW(밀리 와트)를 드레인시킬 수 있다. 하지만 전원 장치가 효율적이라 하더라도 120V나 230V를 1.8V/mA DC 전원으로 변환하는 것은 AC 전원 라인으로부터 1W 이상을 소모한다. 예를 들어 작은 거주지의 30개의 전원 아웃렛과 열 개의 스위치에 의한 그런 연속적인 전원의 드레인은 40W/hour나 약 1KW/day의 에너지를 낭비한다. 이것은 단일 가전기기나 전등이 작동되지 않거나 AC 아웃렛에 연결되지 않았을 때도 일어난다. 축적된 낭비된 에너지는 두 개의 작은 침대가 있는 아파트 같은 작은 전형적인 거주지에서 365KW/year 이상이다. 이것은 해결되어야 할 중요한 소모이다. 에너지를 낭비하지 않는 새로운 작은 크기의 저 비용 AC에서 DC로의 전원 장치가 필요하다.

보통의 AC 전류 센서와 전류 측정 소자는 전도체의 전류 드레인에 의한 자속을 감지하기 위한 자기 홀 센서(magnetic hall sensor)와 저항 단자에서 발생하는 전압의 수준에 의해 2mOhm이나 10mOhm등의 매우 낮은 저항을 통해 지나가는 전류를 감지하고 유도 전류를 감지하기 위한 AC 전류 컨버터나 코일을 포함한다.

유도 감지 소자, 저옴(low ohm; 저 저항과 같은 의미로 쓰임)) 저항 소자와 홀 센서(hall sensor)는 간단히 해결하기 어려운 구조와 조립의 방법의 어려움을 나타낸다. 이것은 가전기기들이나 다른 부하(load)에 의한 전류 소비를 보고하기 위한 필요한 간략화된 저비용 전류 감지 해결책과, 매우 넓은 범위의 예측할 수 없고 무작위의 전원 소비의 정확도에 직접적으로 영향을 준다.

AC 전류 측정을 위해 사용되는 저 옴 저항은 PCB 패턴에 마운팅(mounting)하기 위한 표면에 마운트된 저항이나 잘 알려진 막대저항(axial resistor)과 비슷한, 전형적인 구조의 저항이다. 막대저항은 단자나 다른 금속 구조에 예를 들어 2mOhm 에서 20mOhm 범위의 작은 값의 저항 등의 값에 영향을 줄 수 있는 방법으로 납땜될 수 있다.

게다가 저옴 저항은 예를 들어 5A에서 20A이상의 범위의 고 전류를 측정하기 위해 도입될 필요가 있고 끝이 넓고 두꺼운 PCB 패턴이나 열을 내지 않고 무거운 전류 등을 옮길 수 있는 충분히 큰 단자를 요구한다.

다른 한편 유도 AC 전류를 감지하기 위한 변류기는 적은 mA의 전류 드레인을 측정하기 위한 자속과 투자율을 증가시키기 위한 적은 mA등의 저전류를 측정하기 위해, 큰 코일과 코어(core)로 만들어져있다. 이것은 전기 시스템의 AC 배선 장치와 전원 라인에서 끊임없이 지속되는 소음 수준에서 구별될 수 있고 측정 가능한 신호를 출력하는 변류기를 가능하게 한다.

그러므로 이전의 방법, 소자, 부품을 사용하는 것은 전기 월 박스에 마운트된 스위치와 AC 아웃렛으로나 작은 전류 센서 어댑터로의 도입이 어려운 큰 유닛(unit)을 야기한다. 동일하게 플러그-인 전류 센서에도 적용된다. 그들은 심미적으로 만들어져야하고 만족스럽도록 크기가 작아야하고 AC 아웃렛 등의 장식 커버에나 AC 월 소켓(wall socket)에 플러그된(plugged) 큰 방해되는 장치이면 안 된다.

AC 전류 감지를 위해 사용되는 홀 센서는 작고 정확하지만 동작하는데 약 40 ~ 100mW (5~10V 및 8~10mA)를 필요로 한다. 이는 AC 전류 감지 장치에 의해 낭비되는 전원과 전원 장치나 전류 감지 회로에 의해 낭비되는 전류를 줄이는 필요성에 모순된다. 여기서 또한 다른 해결책이 필요하다.

본원 발명은 기존 발명의 상기 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 전류 감지 레지스터와 변압기의 전류 감지 코일의 구조에 대한 본 발명의 해결책은 황동 등의 저 저항(저옴)의 전도성 금속이나 은/니켈, 니켈/구리, 인광물질/청동으로 알려진 고 저항성 금속 합금이나 저 저항의 비슷한 합금으로 만들어진 전류를 운반하는 와이어나 단자의 도입이다.

와이어 형태의 금속 합금은 전류 컨버터의 주된 코일 감기로 사용되거나, AC 아웃렛의 소켓 단자의 기계적 조립이나 소켓과 플러그-인 전류 감지 어댑터의 플러그의 결합을 가능하게 하는 금속 합금판에서 제작되거나 가공된 구조화된 단자로 사용된다. 이것은 나중에 설명할 구조의 일부에서 발생한 전압을 측정함을 통해 전류 값을 탐지하기위한 저옴 저항을 제공하기위한 소켓이나 핀이나 둘 다로 구조화된 금속 합금의 내부 저항을 사용하는 전류 감지 회로에도 비슷하게 적용할 수 있다.

크기가 작을 수 있는 도넛형 코어, C-코어, E-코어나 다른 어떤 코어같은 코어에의, 변류기의 1차 와인딩은 계산된 대로 1차와 2차의 적절한 와인딩을 제공한다. 변압기 코일의 높은 내부 저항은 코일의 Q요소와 변압기의 효율을 감소시킨다는 것은 잘 알려져 있다. 하지만 120V나 230V의 AC 라인을 위한 작은 AC 변압기의 주된 코일은 100Ohm 이상의 범위가 될 수 있다. AC 변압기는 보통 AC 라인 전압을 적은 전압으로 감소시키는데 사용되고 그러므로 보통 사용되는 AC 변압기의 주된 코일 와인딩(winding)의 감긴 횟수는 2차적인 와인딩의 감긴 횟수보다 훨씬 많다.

공식과 세부 계산 없이, 기본 변압기 계산, 즉 2차적인 와인딩에 대한 주된 와인딩의 감긴 횟수의 비율은 입력/출력 전압 비율과 동일하다. 예를 들어, 120V에서 12V로 같은 전형적인 AC 변압기는 10:1의 비를 가진다. 이런 예에서 만약 주된 코일의 와인딩의 수가 1000이라면 2차 와인딩은 100이다. 전류 감지 컨버터의 고려사항은 다르다.

전원 라인을 위한 전류 컨버터는 단 하나나 매우 적은 와인딩의 주요 코일을 사용한다. 변류기는 2차 코일의 와인딩의 감긴 횟수 에서 발생한 저전류를 출력하기 위해, 도넛형 코어의 중심을 통해 확장되는 와이어나 1차 코일을 통한 전류 드레인에 의해 생성되는 자속을 사용한다. 전기 배선 장치를 통해 2KVA까지의 전원 소비를 측정하려면 변압기 코어를 통해 연장되는 와이어에 의한 전류 드레인에 상응하는, 마이크로/밀리볼트 범위의 매우 작은 신호 수준을 출력하기 위해서라도, 2차 코일이 1000~2000번 이상 감긴 것을 포함하는 것이 보통이다.

전류 감지 컨버터에서 쓰이는 1차 코일 와이어의 내부 저항은 매우 작다. 오직 전류 드레인의 특정한 값을 제공하려고 선택된 두꺼운 비-저항성 구리 와이어가 사용된다. 그런 1차 코일의 내부 저항에서 발생되거나 강하된 전압은 보통 무시된다. 왜냐하면 측정된 전압 강하는 중요하지 않거나 심지어 측정할 수 없는 전압인데 이는 AC 라인 환경의 끊임없는 소음과 구별할 수 없기 때문이다.

게다가, 1차 코일의 증가된 전류를 도입하는 2차코일에 연결된 중요하지 않은 부하가 있고 그러므로 전원 컨버터에 적용되는 기본 원리는 후에 설명할 본 발명의 전류 감지 컨버터에만 단지 부분적으로 적용될 수 있다.

본 발명은 1차 코일에 높은 저항을 제공하는, 금속합금으로 만들어진, 저 저항 와이어의 몇몇 와인딩을 사용한다. 따라서 예를 들어 전류 드레인 1A에 대한 100mV 정도의 밀리볼트로 측정될 수 있는 측정 가능한 전압 강하와 내부 저항은 1차 코일 단자를 통한 사용할 수 있는/측정할 수 있는 신호와 함께 1차 코일을 저절로 효율적인 전류 센서로 바꾼다. 동시에, 1차 코일에서 생성되는 전압은 전류 감지, 전력 소비 처리와 통신 회로에 전원을 공급하기 위한 스텝 업 변압기를 위해 제공한다.

그렇게 함으로써 본 발명은 전원 낭비에 대한 전체적인 해결책을 제공한다. 첫째는 센서 회로에 필요한 전원과 중요하지 않은 전원 손실을 같게 만들기 위한 적은 AC 전압을 생성하는 것이다. 두 번째는 1차 코일을 통해 전류가 통하지 않을 때 전압을 생성하지 않아서 전압 낭비를 없애는 것이다. 다시 말해, AC 가전기기가 꺼져있거나, AC 전원 아웃렛이나 전류 감지 어댑터에 아무 가전기기도 연결되어 있지 않을 때 전원이 소비되지 않는다는 것이다.

1차 코일의 두 단자는 금속 합금으로 만들어진 1차 코일의 내부 저항으로부터 유발된, 1차 코일의 전압 강하의 형태의 센서 신호를 제공한다. 2차 코일 출력 전압은 1차 코일의 적은 감은 수와 2차 코일의 수백이나 수천 이상의 감은 수의 비와, 1차 코일의 전압 생성의 곱이다. Vout = Vin x (ST/PT), 여기서 ST는 2차 코일의 감은 횟수이고 PT는 1차 코일의 감은 횟수이다.

합금 재료, 전류 드레인, 와이어의 저항과 두께, 코어의 크기, 1차/2차 코일의 최대 자속과 효율성 상실 등의 다른 고려 사항은 본 발명에 의해 도입되었다.

더 이상의 계산은 적은 와인딩의 감은 수에 의한 스텝 업 전압 출력을 생성하는데 필요한 자속, 1차 코일의 내부 저항과 회로에 의해 필요한 최소 전원이다.

전류 센서 회로가 단지 6~10mW만 소비하기 때문에, 변류기는 매우 작은 크기로 줄여질 수 있고 회로에 필요한 mW 전원 유닛을 제공할 수 있고, 측정 가능한 센서 신호 출력을 제공할 수 있고 낭비 없는 완벽한 전원 절약 해결책을 제공한다. 위에 명시한 것 때문에, 회로는 부하에 의해 전류가 드레인 될 때만 작동한다. 심지어 그때도 필요한 전원은 1W의 적은 부분이다.

이후 설명과 청구항에서 합금 와이어나 변류기의 1차 코일 와인딩에 쓰이는 와이어로 언급되는 저옴 합금이나 전류 감지 코일에 대한 참조는 코일을 단지 합금 와이어나 저옴 와이어에만 한정되지 않고 그렇게 의도하지도 않는다. 경우에 따라, 1차 코일이나 코일에 대한 언급은 구리 와이어와 함께나 또는 없이 다른 합금 와이어와의 결합이나 구리 와이어 혼자뿐만 아니라 합금 와이어나 저옴 합금 와이어나 저옴 와이어와 구리 와이어의 결합으로 구성된다.

주어진 전압 강하와 플럭스 밀도를 제공하기 위한 코일의 감은 수에 대한 참조와 저옴 합금 코일이라는 용어는 합금 와이어와 구리 와이어를 포함하는 와이어들의 조합으로 구성된다. 이후의 설명이 합금, 합금 와이어, 저옴 합금, 저옴 와이어라는 용어를 사용하더라도, 저옴 합금 와이어나 합금 와이어로 만들어진 코일과 같은 용어는 구리나 합금으로 구성된 와이어로 만들어진 1차 코일이나 코일을 포함한다. 코일이나 1차 코일의 감은 수에 대한 어떤 언급은 합금 와이어 와인딩 감기와 구리 와이어 와인딩 감은 수나 주어진 저옴 값의 구리의 단지 감은 수의 결합을 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적은 더 넓은 범위의 전류 감지를 제공하는 것이다. 그렇게 함으로써 1W만큼 작은 것부터 예를 들어 2KW까지의 와트 유닛(watt unit)의 전원 소비를 보고하고 측정하는 것을 가능하게 한다. 120V AC 를 고려해보면, 2KW의 전류 드레인이 16A를 넘는 반면에 1W는 대략 8mA의 전류가 측정된다. 이것은 하나의 전류 감지 저항값으로는 커버할 수 없는 매우 넓은 범위이다. 예를 들어, 8mA(1W/120V)의 전류는 10mOhm의 저항에서 80 마이크로 볼트의 전압을 발생시키고 16A(2KW/120V)의 전류는 0.16V의 전압을 발생시킨다. 16A 전류에서 전원의 소멸은 고열(0.16A x 16A = 2.56W)과 용인되는 최대 열 생성량을 훨씬 넘는 양을 유발하고 그런 적용에는 고려될 수 없다.

따라서 1W에서 50W, 40W에서 300W 200W에서 800W, 600W에서 1.2KW, 1.0KW에서 1.5KW, 1.3KW에서 2.5KW, 뿐만 아니라 2.4KW ~ 3.0KW등의 특정한 좁혀진 범위 등의 몇몇의 좁혀진 범위가 필요하다. 1차 코일 금속 합금의 저항은 측정 범위, 전류 드레인, 해당되는 AC 전원 전압에 따라 선택된다. 120V 전원 라인에서, 1W에서 50W 범위의 경우에 저항은 0.2ohm이 될 수 있고 낭비된 35mW 전원의 열을 소멸시키고 잘 받아들일 수 있는 수준에서, 1W소비의 저항에서 발생한 전압은 1.6mV, 50W(416mA)에선 83W가 된다.

비슷하게 120V 전원 라인에서 6.5A(800V)의 전류 드레인은 2mOhm저항에서 0.013V의 전압 강하를 발생시키고, 10A(1.2KW)의 전류 드레인은 0.020V의 전압 강하와 0.2W의 전원 열을 발생시키고, 12.5A(1.5KW)는 1mOhm(0.15W 전력 손실)에서 0.012V를 발생시키고, 20.83A(2.5KW)는 0.021V를 발생시킨다. 0.416W이고 더 큰 아웃렛(20A 이상)에서 수용 가능한 전력 손실은 3KW 전력 소모까지로 되어있다. 위에 나온 값과 범위는 설명을 목적으로 대략 정했으며 정확한 소비 전력이나 전류 드레인이 아니다.

AC 전류 측정은 전기 가전기기에서 보통 사용되는 스위칭 전원 장치 에 의한 AC 왜곡이나 모터 인덕턴스 부하 값이나 정전용량을 포함한 가전기기에 의한 위상 변이를 해결하기 위한, 전류와 전압 곡선 둘 다를 측정하는데 기초를 둬야하는, 전력소모를 측정하는 것과 다르다.

하지만, 또 다른 본 발명의 목적은 전류 신호 확대를 조절함으로써 신호와 잡음의 비율과 측정 정확도를 개선하기 위한 1차 코일을 통해 드레인된 전류에 기초한 범위 셀렉터(selector)를 포함한다. 이것은 2차 코일 탭(taps)으로도 알려진, 연속적으로 연결된 다중 와인딩의 2차 코일을 제공함으로써 달성된다. 그런 점에서 마지막 와인딩이나 탭이 최소의 구체화된 전류 드레인 값에서 회로에 전원을 공급하는게 가능한 전압 수준을 출력하도록 디자인되었고, 처음 와인딩 탭은 초과 전류 드레인이 감지되었을 때 미리 결정된 전압 수준을 출력한다. 이것은 사용자에게 소비 전력이 플러그-인 전류 감지 어댑터의 측정 한계나 AC 아웃렛으로부터의 허용되는 전원 로딩(loading)을 넘었다고 알려준다.

전류 드레인 측정 범위의 구획 정하는 본 발명의 목적은 구체화된 최소로 고안된 전류 드레인 수준을 위해 고안된 하나의 2차 코일 와인딩에 의해 달성될 수 있고 후에 설명할 센서 신호 증폭을 조정하는 것을 포함하는, 조정 회로를 작동하고 AC 전압 출력 수준을 감지하는 것을 통한 측정을 구획한다. 2차 출력 전압의 측정은 또한 전류 센서를 통해 지나가는 과도한 전류 드레인을 사용자에게 알려주고 경고해주는데 쓰일 수 있다.

사용된 방법에 상관없이 두 방법, 다중 2차 탭에 의한 스탭(step) 방법과 단일 2차 코일의 출력 전압의 측정은 1차 코일에서 생성되는 마이크로와 밀리볼트 신호를 포함하는, 넓은 범위의 센서 신호 수준에 기초하는 증폭 제어를 적용하는 것을 시도하는 것에 비해 쓰거나 적용하기에 많이 간단하다.

측정과 통신 회로의 컨트롤러나 CPU는 오히려 전류 드레인 값의 변화나 온-오프 같은 전류 상태의 변화를 생성하고 통신하도록 프로그램되어 있다. 사용자가 가전기기의 스위치를 임의로 끄는 것에 의해 즉시 센서 회로의 전원 장치가 끊어져서 전류가 끊어지는 상황을 피하기 위해서는, 큰 저전압 저장 축전기가 제공되어야한다. 저장 축전기는 부하의 스위치를 끄는 것을 포함하는 전류 드레인의 변화를 통신하기 위해 전류 센서에 연장된 지속 시간을 제공하기 위한 충전된 에너지를 계속 충전하고 유지한다.

CPU와 센서의 다른 회로가 예를 들어 1mA이하 등의 분 전류에서 작동할 것이라는 것과, 3.3V같은 저 전압을 저장하는 큰 저장 축전기가 시스템 컨트롤러에 의한 문의에 대한 반응과 전류 차단, 전류 드레인의 변화, 전류 드레인을 보고하고 통신하는 회로에 전원을 공급하는 것은 선호된다. 저장 축전기는 전류 센서를 통해 전류가 드레인될 때 용량이 꽉 차있고 그것의 의도된 용량은 미국 특허, 공개 및 출원에 개시되고 POF로 알려진 플라스틱 광섬유를 포함하는, 광가이드와 광섬유 케이블을 통한 데이터의 전파를 위한 RF, IR, 광신호를 포함하는, 통신 신호의 종류에 의존한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 전류 센서가 핀이나 소켓이나 둘 다의 부분이 되는 것을 가능하게 하기 위해, 플러그-인 전류 감지 어댑터의 소켓과 결합된 핀의 부분이나 소켓이나 전원 플러그 핀 같은 위에 언급된, 디자인된 단자를 형성하기 위한 선택된 금속 합금의 사용이다. 그런 구조의 중요한 장점은 가전기기의 AC 케이블의 전원 플러그 핀에 의해 센서를 식히는 것을 포함한다. 예를 들어, 오븐으로 고전류를 보내는 오븐의 전원 케이블 어셈블리(assembly)는 감지 저항이 되도록 형성되고 구조화된 소켓과 물리적/열적으로 접촉한다. 그런 접촉은 케이블 어셈블리의 와이어의 연결된 구리 코어를 포함하는 큰 핀 플러그로 감지 저항에서 발생하는 열을 확산시키고 소멸시키는 것을 가능하게 한다. 그렇게 함으로써, 소켓 단자의 저항 구조에서 발생하는 열을 소멸시키고 감소시킨다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 스텝-업 변류기로 전류 감지 회로에 전원을 공급하는 방법은, 상기 변류기는 저옴 합금 와이어로 감겨진(wound) 1차 코일과 구리 와이어로 감겨진 2차 코일을 포함하여 구성되며, 상기 전류 감지 회로는 전류 신호 증폭기, CPU, 상기 2차 코일에 접속된 DC 컨버터를 포함하여 구성되며, 상기 1차 코일은 상기 증폭기의 입력 및 부하와 AC 전원 사이에 접속되고; 상기 부하를 동작시키기 위해 AC 전원을 공급하며 상기 저옴 1차 코일을 가로질러 전류 드레인과 전압 강하를 유발시키는 단계; 상기 전압강하에 의해 증가된 스텝-업된 2차 출력 전압을 출력하는 단계; 상기 전류 감지 회로에 전원을 공급하기 위해 상기 스텝-업된 출력 전압을 DC로 변환하는 단계; 상기 전압강하를 증폭시키는 단계; 및 상기 CPU가 프로세싱하도록 드레인된 전류와 관련한 증폭된 신호를 공급하는 단계; 를 포함하여 구성되며, 상기 전류 감지 회로는 각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 드레인된 전류와 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되고, 또한 상기 전류 감지 회로는 상기 부하에 의해 소비되는 전력을 유도하기 위한 전압 참조와 일치하는 상기 증폭된 전류 드레인 신호를 처리하기 위한 상기 AC 전원의 전압 참조로 구동되며, 아울러 상기 전류 감지 회로는 각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 소비된 전력과 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되고, 상기 2차 코일은 주어진 범위의 상기 전류 드레인에 각각 상응하는 여러 가지의 전압을 출력하기 위한 복수의 탭을 더 포함하여 구성되고, 상기 전류 감지 회로는 상기 컨버터에 상기 여러 가지의 전압 중 하나의 전압을 연결하기 위한 셀렉터를 더 포함하여 구성되며, 상기 전압 강하와 상기 여러 가지 전압 중 적어도 어느 하나에 의해서 선택적으로 동작 가능한 것이며, 상기 여러 가지의 전압 중 하나는 과부하 경고를 생성하기 위한 상기 주어진 범위 이상인 과전류 드레인에 상응하는 것이다.

또한, 전류 센서에 포함된 변류기의 전류 감지 출력 신호를 증가시키는 방법은, 상기 전류 센서는 전류 신호 증폭기와 CPU를 포함하여 구성되며, 상기 변류기는 구리 와이어로 감겨진 2차 코일과 저옴 합금 와이어로 감겨진 1차 코일을 포함하여 구성되며, 상기 1차 코일은 부하와 AC 전원 사이에서 접속되며, 상기 2차 코일은 상기 증폭기의 입력에 접속되며; 상기 부하를 동작시키기 위해 AC 전원을 공급하며 상기 저옴 1차 코일을 가로질러 전류 드레인과 증가된 전압 강하를 유발시키는 단계; 상기 전압 강하에 의해 증가된 스텝-업된 2차 출력 전압을 출력하는 단계; 상기 전압 강하를 증폭시키는 단계; 및 상기 CPU가 프로세싱하도록 드레인된 전류와 관련한 증폭된 신호를 공급하는 단계; 를 포함하여 구성된다.

아울러 전원 핀, 전원 소켓 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 저옴 합금에 기반한 단자의 구조화된 부분에서 발생하는 전압 강하를 처리하여 부하의 전류 드레인을 감지하기 위한 방법은, 상기 단자는 상기 전류 드레인에 상응하는 전압 강하를 전류 센서의 전류 신호 증폭기의 입력으로 연결하고 공급하기 위하여 크기, 모양 및 주어진 저옴 값에 맞게 구조화된 상기 부분을 통해 상기 부하와 AC 전원 사이에 접속하며; 상기 증폭기는 상기 전류 센서에 포함된 CPU에 접속하고; 상기 부하를 동작시키기 위해 AC 전원을 공급하며, 저옴 합금에 기반한 단자의 상기 구조화된 부분을 가로질러 전류 드레인과 전압 강하를 유발시키는 단계;

상기 전압강하를 증폭시키는 단계; 및 상기 CPU가 프로세싱하도록 드레인된 전류와 관련한 증폭된 신호를 공급하는 단계; 를 포함하여 구성된다.

또한 스텝 업 전류 감지 컨버터는 1차 단자를 통해 드레인되는 전류로 1차 단자를 가로지르는 전압 강하를 증가시키기 위해 저옴 합금 와이어로 감긴 1차 코일과 상기 드레인된 전류를 측정하기 위해 상기 전압 강하에 의해 증가된 신호 레벨과 상기 1차를 통한 전류 흐름의 주어진 범위에 의해 회로에 전원을 공급하기 위해 주어진 전압 범위 중 하나를 출력하기 위한 구리 와이어로 감긴 2차 코일을 포함하여 구성되며, 상기 전압 강하는 상기 드레인된 전류를 측정하기 위해 사용되고, 상기 2차 코일은 상기 주어진 전류 흐름의 범위를 확장하기 위해 여러 가지의 전압을 출력하기 위한 복수의 탭을 포함하여 구성된다.

아울러 전류 감지 저옴 합금 단자로서, 상기 단자는 전원 핀, 전원 소켓 및 이들의 조합을 포함하여 구성된 그룹에서 선택된 것이며, 전원 플러그, 전원 소켓, 플러그-인 전류 센서, 전원 아웃렛 및 전원 플러그와 전원 소켓 중 적어도 하나로 된 케이블 어셈블리를 포함하여 구성되는 그룹에서 선택된 전류 센서 어셈블리에 의한 전류 감지를 위해 크기, 모양 및 주어진 저옴 값으로 구조화된 부분을 포함하고, 상기 단자는 복수의 소켓을 포함하여 구성되며, 각각의 소켓은 월 마운트된 전원 아웃렛, 플러그-인 전원 어댑터 및 확장 전원 케이블 어셈블리를 포함하여 구성되는 그룹에서 선택된 멀티 전원 아웃렛 장치에 포함된 복수의 전원 소켓에 의해 전류를 감지하기 위한 상기 부분을 포함한다.

한편 AC 전류 센서에 있어서, 상기 AC 전류 센서는 스텝 업 변류기, DC 컨버터, 전류 신호 증폭기와 CPU를 포함하여 구성되며, 상기 변류기는 구리 와이어로 감긴 2차 코일과, 1차 단자를 통해 드레인되는 전류로 1차 단자를 가로지르는 전압 강하를 측정 가능한 수준으로 증가시키고 상기 2차 코일에 의한 스텝 업된 출력 전압을 증가시키기 위해 저옴 합금 와이어로 감긴 1차 코일을 포함하여 구성되고; 상기 1차 코일은 AC 전원과 부하 사이에서와 상기 증폭기의 입력에 접속되며, 상기 2차 코일은, 전류가 상기 부하에 의해 드레인되고 증폭된 전류 드레인 신호가 CPU가 프로세싱하도록 상기 CPU에 공급될 때, 상기 전류 센서에 전원을 공급하기 위해 출력을 DC로 변환하기 위해 상기 DC 컨버터에 접속되고, 각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 드레인된 전류와 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성된다.

또한 AC 전류 센서에 있어서, 상기 AC 전류 센서는 스텝 업 변류기, 전류 신호 증폭기 및 CPU를 포함하여 구성되며, 상기 변류기는 구리 와이어로 감긴 2차 코일과, 상기 1차 코일을 가로지르는 전압 강하를 증가시키고, 그 결과로 상기 2차 코일에 의한 스텝 업된 전압 레벨의 상승을 증가시키기 위해 저옴 합금 와이어로 감긴 1차 코일을 포함하여 구성된다.

아울러 AC 전류 센서에 있어서, 상기 AC 전류 센서는 저옴 합금으로 만들어진 단자, 전류 신호 증폭기 및 CPU를 포함하여 구성되며, 상기 단자는 상기 전류 센서에 저옴 감지 소자를 도입하기 위한 크기, 모양 및 저옴 값에 적합하게 구조화된 부분을 포함하는, 전원 핀, 전원 소켓 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 것이며; 상기 단자는 상기 감지 소자를 통해서 부하와 AC 전원 사이에 접속되고, 그리고 상기 부하에 의해 드레인된 전류에 의한 상기 감지 소자에 걸쳐서 발생된 전압 강하를 증폭시키기 위한 상기 증폭기의 입력에 접속되며, 상기 증폭기는 CPU 프로세싱을 위해 상기 CPU에 증폭된 전류 드레인 신호를 공급한다.

본 발명은 전원 낭비에 대한 전체적인 해결책을 제공한다. 첫째는 센서 회로에 필요한 전원과 중요하지 않은 전원 손실을 같게 만들기 위한 적은 AC 전압을 생성하는 것이다. 두 번째는 1차 코일을 통해 전류가 통하지 않을 때 전압을 생성하지 않아서 전압 낭비를 없애는 것이다. 다시 말해, AC 가전기기가 꺼져있거나, AC 전원 아웃렛이나 전류 감지 어댑터에 아무 가전기기도 연결되어 있지 않을 때 전원이 소비되지 않는다는 것이다. 아울러 본 발명은 또한 더 넓은 범위의 전류 감지를 제공하며, 소켓 단자의 저항 구조에서 발생하는 열을 소멸시키고 감소시킨다.

도 1a~1c는 전류를 운반하는 와이어에 접속하기 위한 종래의 기술의 도넛형과 C 코어 코일의 실례가 되는 도면이고 종래의 기술의 전류 감지의 회로 다이어그램이다.
도 2a~2c는 본 발명의 바람직한 실시예의 1차 코일을 포함하도록 수정된 도 1a~1c의 회로 다이어그램과 코일을 도시한 것이다.
도 2d~2f는 다중 2차 와인딩이나 다중 출력 탭을 도입함으로써 수정된 도 2a~2c의 변류기를 도시한 것이다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예의 전류 감지 저항을 형성하도록 구성된 함금 전도체로 만들어진 라이브 AC의 핀-소켓의 핀-소켓 구조의 분해도이다.
도 3b는 도 3a의 전류 센서의 조립을 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명의 바람직한 실시에의 전류 감지 저항을 형성하도록 구성되고 합금 전도체로 만들어진 라이브 AC 소켓의 AC 아웃렛 소켓의 분해도를 도시한 것이다.
도 4b는 도 4a의 AC 아웃렛의 조립을 도시한 것이다.
도 5a~5d는 본 발명의 바람직한 실시예의 금속 합금 구조화 저항을 포함하는 AC 플러그의 PCB와 핀의 앞쪽과 뒤쪽의 분해도이다.
도 5b와 5d는 핀과 PCB의 조립을 도시한 것이다.
도 5e~5f는 도 5a~5d의 PCB와 핀을 구성하는 바람직한 실시예의 플러그의 전체적인 조립을 도시한 것이다.
도 6a는 본 발명의 바람직한 실시예의 전류 감지 컨버터에 의한 회로의 전원공급을 포함하는 전류 감지와 전원 소비 보고 회로의 블록 다이어그램이다.
도 6b는 AC 배선 장치에 사용되는 전원 장치로 알려져 도시된 회로에 전원을 공급하는것을 제외한 도 6a에 도시된 회로와 근본적으로 비슷한 블록 다이어그램이다.
도 6c는 근본적으로 도 6A와 6B의 회로를 결합한, 본 발명의 다른 바람직한 실시예의 블록 다이어그램이고 AC 플러그나 소켓이나 둘 다에 형성되고 금속 함금으로 만들어진 전류 센서를 포함한다.
도 7a는 본 발명의 또다른 바람직한 실시예의 다중 2차 코일 탭을 통한 범위 셀렉터를 포함하도록 확장된 도 6a와 비슷한 블록 다이어그램이다.
도 7b는 AC 배선 장치와 복수의 AC 아웃렛의 전류 감지를 위한 결합된 회로를 제공하도록 확장된 도 6c와 비슷한 블록 다이어그램이다.
도 8은 실제 전력 소비를 계산하기 위한 시간이 측정된 위치와 AC 전류와 전압의 위상 형태를 나타내는 그래프이다.

도 1a는 코어(5A)의 중심을 통해 연장되는 도시된 와이어(10)에 의한 AC 전류 드레인을 감지하기 위한 와인딩(6A)과 코어(5A)를 구성하는 잘 알려진 전형적인 도넛형 코일 어셈블리(1A)를 도시한다. 센서 코일은 자신의 전류 신호를 프로세서(도시되지 않음)로 출력한다.

도 1b는 센서 신호를 프로세서(도시되지 않음)로 출력하기 위한 창문을 통해 연장되는 도시된 와이어(10)에 의해 드레인되는 AC 전류를 감지하기 위한 와인딩(6B)과 창문이나 접속기의 C 코어(5B)를 구성하는 또 다른 잘 알려진 C 코어 코일 어셈블리(1B)를 도시한다.

도 1c는 코일(6C)로부터 전류 감시 신호를 출력하고 와이어(10)를 통해 드레인되는 AC 전류를 감지하기 위한, 코일(5A, 5B)와 코어(6A, 6B) 각각을 나타내는 코일(6C)과 코어(5C)의 주된 회로 다이어그램(1C)을 도시한다. 회로는 도 6b에 도시되어 있고 나중에 설명된다.

도 2a는 전류 전송 와이어(10)가 1차 코일(11A)과 교체되었다는 점에서 수정된 전류 센서(1A)인 전류 센서(2A)를 도시한다. 1차 코일은 코일(11A)를 통해 드레인되는 전류에 해당하는, 1차 코일에서 발생하는 전압 강하를 위한 몇몇 밀리 옴의 저옴 저항을 가진 합금 와이어로 만들어져있다. 전압 강하는 전등이나 냉장고나 에어컨 또는 다른 전기 가전기기 같은 부하(load)나 가전기기에 의한 전력 소모를 계산하는 프로세싱 회로에 의해 사용된다. 코어(5A)는 전류 센서 (1A)의 코어(5A)와 동일한 도넛형의 코어이다. 하지만 2차 코일(12A)은 나중에 설명할, 도 6a에 도시된 처리와 통신 회로에 전원을 공급하기 위한 충분한 전류와 AC 전압을 출력하도록 변경되었다.

도 2b는 도 1b에 도시된 전류 센서(1B)와 비슷한, 수정된 전류 센서(2B)를 도시한다. 그것은 1차 코일(1B)를 통한 전류 드레인에 비례하는 전압 강하를 발생시키기 위한 저옴 합금 와이어로 만들어진, 위에 언급되고 1차 코일(11A)와 비슷한 1차 코일(11B)과 센서(2B)를 교체하는, 센서(1B)의 코어(5A)와 비슷한, 구조와 코어(5B)를 사용한다. 2차 코일(12A)와 비슷한 2차 코일(12B)은 도 6A에 도시된 처리와 통신 회로에 전원을 공급하기 위한 충분한 전류의 AC 전압을 출력하도록 디자인되었다.

도 2c는 전류 센서(2A, 2B)의 회로 다이어그램(2C)을 도시하고 코어(5C) 1차 코일(11C)과 전류 센서(2A, 2B)둘 다를 나타내는 2차 코일 12C를 보여준다. 회로(2C)는 나중에 설명할 도 6a에도 도시되어있다.

도 2d, 2e, 2f는 나중에 설명되고 도 7a에 도시되어 있는 범위 선택과 제어를 제공하기 위한, 다중 탭의 2차 코일이나 다중 와인딩등 여기 도시되어있는, 2차 코일을 제외한 도 2a, 2b, 2c에 도시되어있는 전류 센서와 비슷한 전류 센서를 도시한다. 그렇지 않으면 코어와 1차 코일의 구조는 도 2a, 2b, 2c에 도시된 코어와 1차 코일과 같다.

도 3a는 구조화된 저항(21R)과 플러그(21P)와 소켓(21S)의 결합체와 그라운드 소켓(23S)과 플러그(23P)의 결합체를 구성하는 전력 소모를 통신하기 위한 플러그-인 전류 감지 어댑터(20)의 요소들의 분해도를 도시한다. 결합체(21)는 황동, 구리-니켈이나 은-니켈이나 인광체-청동물질이나 다른 저옴 금속 합금으로 만들어져있다.

저항 부분(21R)은 PCB(24)를 지지하기 위한 납땜 단자인 두 개의 형성된 필수적인 단자(21R-1, 21R-2)를 포함하는, 저옴 저항 구조로 추정된다. PCB는 도 6a~6c, 7a에 도시된 RF 안테나(54)와 광섬유 케이블의 광가이드를 통한 광신호를 통신하기 위한 광 트랜시버(25)를 포함하는 전류와 전력 소모를 처리하고 통신하는 회로를 포함하고, PCB 보드(24)위에 프린트된 패턴의 형태로 구조화되어있다. 광가이드와 광섬유 케이블과 광 트랜시버는 미국 특허, 공개 및 출원에 참조되어 공개되어있다.

도 3b는 플러그-인 전류 센서 어댑터(23)의 그라운드 핀-소켓(23)과 중성 AC 핀-소켓 결합체(22), 핀-소켓 결합체(21)에 마운트된 PCB(24)를 포함한 기계식 어셈블리를 도시한다. 그라운드 단자는 전류 신호 처리나 전류 드레인 탐지에서 아무 기능도 하지 않는다. 도 3B는 전류 감지 어댑터(20)가 그라운드 연결을 통제하는 전기 규칙이나 코드나 규정에 완전히 따른다는 것을 보여주는데 그라운드 단자를 도입했다.

전류 감지 어댑터(20)의 플러그 핀과 소켓은 미국 표준이다. 하지만 구조화된 핀과 소켓이나 단자에 대한 연국 표준, 다른 유럽의 표준, 호주의 표준이나 다른 나라의 표준을 포함하는 어떤 다른 표준은 전기 배선 장치를 통제하는 치수, 구조, 코드, 규제를 따르는 전류 감지 어댑터를 제공하는 것을 따를 수 있다. 비슷하게 플러그-인 전류 감지 어댑터(20)는 그라운드 핀 플러그와 소켓(23) 없이 구조화 될 수 있고 그것의 경우나 외장은 그라운드 단자 없는, 2 핀의 벽에 마운트된 AC 아웃렛에 맞게 수정될 수 있다.

도 4a는 PCB 마운팅 단자(31R-1, 31R-2)와 구조화된 전류 감지 저항(31R), 와이어 연결을 위한 단자(31T), 소켓(31S)을 구성하고 저옴 저항 합금으로 만들어진 라이브 AC 단자(31)를 포함하는 벽에 마운트된 AC 아웃렛 소켓 단자의 분해도이다. 도시된 PCB(34)는 도 3a~3b에 도시된 PCB(21)와 유사하고 납땜 단자(31R-1, 31R-2)와 구조화된 저항(31R)과도 유사하다. 그들은 구조화된 저항(21R)과도 비슷하게 도시되어있다.

구조화된 저항(21R, 31R)은 저항값을 바꾸는데 사용될 수 있는 끝없는 모양, 두께, 넓이, 길이, 변형으로 구조화 될 수 있다. 단자, 핀과 소켓의 구조는 비용 목표에 맞게 디자인될 수 있고, 단자는 단일 두꺼운 자르는 시트나 다중-레이어 얇은 시트로 구부러진, 또는 구멍이 뚫린, 압축되거나 리벳으로 고정된 구리의 조각과 저옴 금속 합금의 결합으로 구성될 수 있다.

AC 아웃렛의 색 코드의 도입과 AC 아웃렛 마킹의 변화에 따라, 전력 소모나 전류 드레인의 주어진 범위에 구조화된, AC 아웃렛 결합 전류 센서 사이의 유일한 변화가 라이브 AC 단자의 변화일 때, 다른 전류 드레인 변위를 제공하는 것은 비용적으로 효율적인 해결책이다. 이것은 같은 마킹이나 색 코드를 가진 AC 플러그와 연결되거나 사용되어야 할 AC 아웃렛을 식별해줄 것이다.

위와 같은 이유로 구조화된 저항(21R, 31R)은 동일한 구조의 흔한 모양의 구조를 도입한다. 하지만 위에 언급되었듯이 선택된 전류 감지 저항을 제공하도록 조립되고 생산되고 구조화된 단자와 소켓과 플러그의 디자인을 위한 끝없는 가능성이 있다. 그런 디자인의 예시는 도 5a~5f에 도시되어있다.

중성 단자 소켓(32)과 그라운드 단자 소켓(33)을 포함하는 벽에 마운트된 전원 아웃렛의 다른 단자는 미국 표준 전원 아웃렛으로 보이는 전원 아웃렛에 사용된 전형적인 단자이지만 다른 나라나 지역의 전원 아웃렛에도 적용될 수 있다.

통신 회로와 광 트랜시버(25)를 포함한 PCB(34)에 대한 모든 다른 고려사항은 도 3a와 3b에 언급된 PCB(24)와 비슷하다. 명백한 변화는 플러그 핀(21P, 22P, 23P)의 제거와 그것들이 도시된 스크류 단자(31T, 32T, 33T)로 교체되었다는 것이다. 그라운드 단자(33T)와 그라운드 소켓(33S)는 본 발명에서 언급된 구조와 회로에서 아무 역할도 하지 않고 그들은 그라운딩 코드와 규칙에 따르도록 도시되어있다. 그라운드 단자가 있거나 없는 전원 아웃렛은 중성과 라이브 AC의 각 아웃렛의 두 단자 소켓의 단일 또는 다중 AC 전원 아웃렛을 구조화하는데 사용될 수 있다.

도 4a에 도시된 분해도의 전체 셋-업을 구성하는 단일 AC 아웃렛 어셈블리(30)는 도 4b에 도시되어있다. 하지만 사실 다수의 전원 아웃렛인 다수 또는 다중 AC 소켓을 가지는, 케이블과 플러그 어셈블리와 결합된 아웃렛 어댑터나 아웃렛 등의, 벽에 마운트되거나 다른 타입의, 그런 전원 아웃렛은 저옴 감지 저항을 라이브 AC 단자에 제공하기 위한 구조나 저항(31R)을 포함하는, 바람직한 실시예와 비슷한 구조가 될 수 있다. 많은 그런 다중 AC 아웃렛에서 중성 단자 소켓과 라이브 AC 단자 소켓은 각각의 막대가 AC 전원을 모든 다수의 AC 아웃렛에 공급하기 위한 단일 라이브 AC 와이어와 단일 중성 AC 와이어에 연결되어있는 하나의 구조화된 막대에 결합되어있다.

그런 셋-업 에서 각각의 라이브 AC 단자 소켓은 도시된 31R이나 각각의 라이브 AC 단자 소켓을 위한 어떤 다른 구조 등의 저옴 저항을 포함하도록 구조화되어야 한다. 플러그-인 다중 아웃렛 어댑터로 알려진 AC 어댑터와 다중 전원 소켓의 전원 케이블 어셈블리에도 동일하게 적용된다. 다중 AC 아웃렛을 위한 PCB 어셈블리는 각각의 라이브 AC 소켓 단자에 의한 전력 소모를 보고하는 것을 포함하는, 모든 다수의 소켓을 위한 단일 신호 프로세서나 단일 CPU의 결합된 어셈블리가 될 수 있다. 결합된 회로는 도 7b에 도시되어 있으며 나중에 설명된다.

이후의 설명과 청구항의 용어 CPU(중앙 처리 장치)는 CPU나 DSP(디지털 신호 처리기)나 어떤 다른 신호 처리기, 아날로그에서 디지털이나 디지털에서 아날로그나 어떤 신호 처리 장치, IC, 회로, 패키지를 일컫는다.

도 5a와 5c는 각각이 라이브 AC핀, 중성 AC 핀, 그라운드 핀인 전원 핀 단자(41P, 42P, 43P)의 구조를 보여주는 분해도의 앞모습과 뒷모습이다. 핀은 도 3a에 도시된 핀(21P, 22P, 23P)와 비슷하지만, 핀(41P, 42P)는 PCB(44)뒤에 마운팅 되도록 다르게 구조화되었으며 그라운드 (43P)는 그라운드 와이어에 직접 연결되도록 구조화되었다.

저항(41R)은 핀(41P)의 부분으로 구조화되었다. 하지만 공간의 제약과 플러그(40)의 총 크기 때문에, 저항(41R)은 AC 플러그(40)를 통한 정의된 전류 드레인을 위한 디자인된 저옴 저항을 달성하기 위해 필요한 길이를 제공하기 위해 줄인 수직으로 늘어난 사각형 파동의 모양으로 형성되었다.

도시된 사각형 파형 모양의 저항은 구조화된 단자, 핀이나 소켓과 그것을 조합을 통해 드레인된 전류를 측정하기 위해 디자인된, 정의된 저항을 도입하기 위한 금속 합금 선택과 길이, 넓이, 두께, 디자인된 모양의 끝없는 가능성의 예시이다. 구조화된 핀은 안전과 전체 플러그의 정확도와 PCB의 저항 부분에 연결하고 설치하기 위한 구조화된 모양이나 나사가 있는 구멍, 납땜 단자 구멍, 납땜 핀에 의해 디자인될 수 있다.

도 5b와 5d는 PCB(44)에 광 트랜시버(45)를 포함하는 핀(41P, 42P)의 어셈블리를 도시한다. 그라운드 핀(43P)은 PCB와 연결되거나 조립되지 않게 도시되어있다. 그것은 회로를 노이즈로부터 보호하는데 쓰일 수 있더라도, 아무 특별한 기능을 제공하지 않는다. 도 5e와 5f에 도시된 그라운드 와이어(46G)는 그라운드 핀(43P)에 연결되어있다. 양방향 RF 신호를 통신하기 위한 도 6a~6c와 도 7a~7b의 RF 안테나(54)는 도시되어있지 않다. 왜냐하면 그런 안테나는 PCB에 작은 패턴의 형태로 제공되고 그러므로 PCB(44)는 안테나(54)를 포함하고 있기 때문이다.

도 5e와 5f는 가전기기(도시되지 않음)를 전원 케이블(46)의 다른 끝에 연결하기 위한, 저항(41R)의 납땜 단자로 도시된 부하 단자(41L)에 연결된 라이브 AC 와이어와 전원 케이블(46)에 연결되고 조립된, 틀이 잡힌 플러그(40)를 보여준다. 이것은 케이블(46)에 의한 가전기기와 핀(41P)에 의한 AC 라이브 라인사이에서 연속적인 부하 저항의 도입을 마무리한다. 케이블(46)의 중선 와이어(46N)는 단자(42P)에 직접적으로 연결되고 위에 언급했듯이, 그라운드 와이어(46G)는 PCB가 아니라 그라운드 핀(43P)으로 직접 연결된다.

도시된 광 트랜시버는 전류 데이터, 전력 소모, 부하나 가전기기 명세 등의 데이터를 전파하기 위한 AC 아웃렛의 광 포트나 광 접속기를 통해 접속되는, 미국 특허, 공개 및 출원에 참조되어 공개된 광가이드나 광섬유 케이블로 광신호를 통신한다. 양방향 통신의 다른 방법은 시스템 컨트롤러에 의한 조사나 가전기기를 동작시키기 위한 명령을 포함한다.

도 6a는 전류 센서 회로에 전원을 공급하기 위한 도 2a~2c에 도시된 변류기를 사용하는, 본 발명의 바람직한 실시예의 전력 소모 보고 회로와 통신 회로를 포함하는 전류 센서 회로의 블록 다이어그램을 도시한다. CPU나 아날로그/디지털 프로세서(50), 전류 신호 증폭기(51)와 전원 장치 조절장치(57)를 포함하는 회로는 부하(58)에 의해 소모되는 전원을 측정하는 것을 포함하는 전류 감지와 처리를 위한 기초 회로이다. 부하는 저항성 부하 RL, 유도성 부하 LL, 용량 부하 CL 및 이들의 조합으로 나타난다.

전류 감지 소자는 부하(58)에 의한 전류 드레인의 주어진 범위를 위해 선택된 두께의 저 저항 합금 와이어로 만들어진 몇몇 와인딩으로 이루어진 1차 코일(P)과 변류기(T1)이다. 부하는 라이브 AC 단자(61)로 1차 코일(P)을 통해서와 부하 단자(60)과 중성 AC 단자(59)사이에서 연결된다. 통신 회로는 양방향 버퍼(52) 광 트랜시버(56)와 RF 트랜시버(53)를 포함한다.

변류기(T1)는 코어의 중심을 통해 전류 전송 와이어(10)를 위한 창이나 통로를 제공하기 위한, 도 1A에 도시된 것 같은 도넛형 코어에 감긴 2차 코일을 보통 포함하는 잘 알려진 변류기와는 다르게 구조화되었다. 싱글 턴으로 보이는, 도시된 와이어(10)를 똑바로 통과하는 전류 흐름은 2차 코일(S)에서 전류를 생산하는 자속을 만들어낸다. 전류는 와인딩의 감은 수에 비례하고 2차 코일 단자에 연결된 부하에서 신호 전압 출력을 발생시킨다.

도 1a~1c에 도시된 와이어(10)의 전압 강하는 측정할 수 없다. 왜냐하면 전원 전송 와이어가 전원 전파 거리에서 최소의 저항 손실을 만들기 위해 선택되기 때문이다. 코어를 지나는 와이어의 길이는 단지 몇 밀리미터일 뿐이다. 짧은 구리 와이어의 마이크로 옴 저항에서의 전압 강하는 매우 작고 구리 와이어가 도 2a~2c에 도시된 대로 코어에 감겨있다면 어떤 중대한 방법으로 바뀌진 않을 것이다. 1차 코일(11A~11C)에서의 전압 강하는 중요하지 않고 측정하기엔 매우 작을 것이다. 전원 라인 환경에서의 지속적인 전기적 노이즈와 윙윙거림은 마이크로 볼트 레벨의 측정과 낮은 밀리볼트 신호를 확실히 사용하는 것을 방해한다.

2차 전류는 1차 코일의 와인딩에 의해 증가한다. 곧바로 통과하는 1차 감김 와이어는 코어 통기율과 크기와 같은, 코어 제한에서 플럭스를 실질적으로 증가시키는 몇몇 와인딩이나 제한된 자속을 제공한다.

게다가, 보통 사용되는 변류기는 AC 와이어를 교차하지 않고 전원 라인에 도입하기 위해 특별히 만들어진다. 이것은 전력 소비를 계량하기 위한 매우 높은 전압의 전원 라인의 전류를 척정하기 위해 개발된 개념이고, 계량기는 전원 라인과는 멀고 높은 전압으로부터 완전히 절연되어야 한다.

공장, 창고, 학교, 공공장소, 상점, 주택, 회사 등의 빌딩의 전기 전성 장치의 한계는 엄격한 전기와 건축 법규와 규칙이 전기 와이어링 및/또는 전기 와이어링 장치의 저전압 전원 및/또는 저전압 신호를 섞는 것 및/또는 연결하는 것을 금지하는 것이다.

이것은 광섬유 케이블이나 광가이드(광가이드는 POF라 알려진 플라스틱 광섬유의 일본의 Toray Industry의 트레이드마크이다.)등의 광 케이블을 통하거나 공기 중의 가시광선이나 IR을 통한, RF나 광 통신의 사용을 요구한다. 하지만 전류 신호 처리 회로를 포함하는 RF와 광 통신은 저전압과 저전류 전력원에서 전원을 공급받아야 하고 이것은 극복해야 할 장애물이다.

전기 배선 장치의 실현가능성은 전기 월 박스 안의 그들의 크기이다. 전등 스위치와 전기 아웃렛으로의 전류 센서의 도입은 크기 문제를 나타낸다. 전원 아웃렛을 포함하는 각 전기 배선 장치로 심지어 작은 전원 컨버터조차도 도입하기는 힘들다.

게다가, 감소된 AC 전압으로 DC 전원 장치에 공급하기 위해, 고전압 AC 등급 커패시터나 변압기를 사용하는 아날로그 전원 장치나, 스위칭 전원 장치 등의 각각의 전원 장치를 도입하는 것이 비싸고 낭비가 심하다. 이는 특히 소비 보고와 제어의 목적이 전력 소모의 감소일 때 더 안 좋다.

작은 크기의 전원 장치를 위해 현재 가능한 기술들을 사용하는 것은 아날로그 전원 규제로 인한 비교적 큰 전력 낭비에 의한 많은 스위칭 전원 장치 및/또는 가열된 배선 장치에 의해 유발되는 노이즈가 많은 전기 환경을 초래한다. 대부분의 전기 배선 장치가 대부분의 날이나 아예 사용되지 않음에도 불구하고 전기 배선 장치에 의한 전력 소모는 계속된다.

많은 아웃렛은 빌딩이나 집이나 회사나 다른 구내에서 사용되지 않은 채로 남아있다. 구내의 평균적인 수의 전기 배선 장치가 빌딩 당 60개 이상이라는 것을 고려하면, 수백만 구내의 60개의 장치에 1W/hr, 24W/day를 소모하는 작은 전원 장치를 도입하는 것은 매년 거주지에 500KW/hr 이상을 초래하고 도시나 주에 기가와트의 전력 낭비를 초래한다. 변류기가 디자인되고 사용되는 방법을 바꾼 본 발명은 사용되지 않는 전기 배선 장치에 의한 전력 낭비를 완전히 제거한다.

T1의 1차 코일(P)은 전기 배선 장치의 월 박스에 설치되기 알맞은, 작은 크기의 페라이트나 금속으로 된 변압기 코어에 더 감겨(wound)지거나 30A의 전류까지를 위한 다른 와이어 두께로 만들어진 낮은 저항의 전도체인, 구리-니켈, 은-니켈, 인-청동이나 황동 합금과 같은 저옴 합금 와이어로 만들어졌다.

8mA(거의 미국에서 1W, 유럽에서 2W)에서 30A(거의 미국에서 3.6KW, 유럽에서 6.9KW)범위의 전류를 감지하기 위해, 0.1ohm~0.2mOhm 범위의 선택된 저옴 저항 와이어를 사용한다. 3KW 이상의 부하의 전류 센서는 거주지에서 일반적으로 사용되지 않고 물리적으로 더 큰 크기가 될 수 있다. 보여진 값은 본 발명의 작은 변류기가 사용될 수 있는 정도나 수준을 높인다.

3회 감은 1차 코일을 통한 거의 8mA의 전류를 드레인하는 1W를 소비하는 가전기기에 의한 1ohm 저항에서의 전압 강하는 8mV이다.

도 6a에 도시된 VCC는 예를 들어, 도 6a의 처리 회로를 동작하는데 3.3V/2mA를 제공해야한다. 3.3V/2mA에 대해, 2차코일은 0.07mm 직경의 와이어(6mA 까지에 적합한)로 만들어지고 주어진 수의 와인딩은 예를 들어, 전압 조절기(57)에 의한 규제된 3.3VDC 를 제공하기 위한 5~6VAC를 출력한다.

만약 1차의 2차에 대한 와인딩 횟수 비율이 1:750이라면, 감은수를 늘려서 비율을 1:850정도로 만들어서 2500와인딩 횟수의 2차 와인딩 손실(약 50옴)과 다른 알려진 변압기 손실, 코어 손실을 대비하는 게 선호된다. 낮은 1W 전력을 소비하는 부하는 도 6a에 도시된 전류 센서를 작동하는데 필요한 DV 전원을 위한 12mWAC를 발생시킬 수 있다.

반면, 전류 드레인이 전압 강하를 80mV로 올릴 때 1ohm 저항과 2500 2차 감은 수는 심지어 10W 부하에도 너무 크다. 1차 코일(0.08A x 0.08V)의 열 소실이 6.4mW의 허용할 수 있는 전력 낭비임에도 불구하고, 2차 코일(0.08V x 850회 비율)에서 발생하는 전압은 30VAC(loaded)의 범위이고 이것은 3.3V 아날로그 조절기(57)엔 너무 높고 낮은 2차 출력 전압이 필요하다. 도 7a에 도시된 해결책은 제어되는 출력 셀렉터와 2차 코일 S에 연속된(cascading) 2차 코일이나 탭을 제공한다.

도 7a는 후에 토론되겠지만, 1차 코일에 1ohm 크기의 저항의 도입이 너무 크고 더 작은 저항이 필요하다는 것은 명확하다. 더 작은 저항이면 도 6a에 도시된 전원을 공급하는 회로는 특히 1W이하나 20W까지나 60W나 심지어 100W까지의 범위의 매우 작은 전력 소모일 때, 더 높은 전류 범위로 제한된다. 저 작은 전력 소모 센서를 위해 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 도시하는 도 6b와 6c의 DC 전원 회로는 가급적 적용된다.

도 6b는 VC를 위한 AC 전력원을 대신해 전류 감지 신호를 출력하기 위한 2차 코일의 사용과, VCC 전원 장치 소스를 제외한 도 6a의 블록 다이어그램과 근본적으로 유사한 회로의 블록 다이어그램이다. 도 6b의 VCC 전력원은 DC 조절기(57)의 단자나 입력으로 보호 저항(R2)와 커패시터(C3)과 다이오드(D2)를 통해 공급된다.

도시된 조절기(57)는 매우 낮은 가격에 많은 IC 생산회사에 의해 구할 수 있는 잘 알려진 아날로그 전압 조절기 IC이다. 도시된 조절기 입력 회로는 전기 시스템에 보통 영향을 미치는, 전압 급증으로부터 조절기를 보호하기 위한 제너 다이오드(ZD1)와 조절기로의 물결모양의 DC 입력을 제공하기 위한 필터 커패시터(C1)를 포함한다. 조절기의 출력은 시스템 컨트롤러로의 그런 임의의 차단을 보고하기 위한 전원이 임의로 차단될 때 전류 센서 회로에 전원을 공급하기 위한 충분한 전하를 유지하기 위한 저장 커패시터(C2)를 포함한다.

라이브 AC 라인은 VCC의 음의 라인인 그라운드에 연결되어 도시되어있다. 도시된 VCC는, 예를 들어 양의 3.3V 같은 게 될 수 있지만, 5V나 1.8V나 도 6a~6c와 7a~7b에 도시되어 있는 것 같은, 통신 IC들을 포함하는, CPU나 다른 IC들에 보통 적용되는 어떤 전압이라도 가능하다.

라이브 AC가 DC 장치의 음극에 연결되기 때문에, 전압 조절기(57)의 입력 단자에 공급되는 전원은 전원 주파수 50Hz나 60Hz 각각을 고려해서 230/240VAC(EU, UK)를 위한 0.1마이크로 패럿에서 100/120VA(Japan/US)를 위한 0.18~0.22 마이크로패럿까지의 범위가 되는, 전원 라인 전압에 의존하고, 시리즈 캐패시터(C3), AC등급 캐패시터에 의한 정류 다이오드(D2)로의 중성 AC 라인에서 공급받고 연결되어있다.

275VAC에서 정격인 커패시터(C3)는 잘 알려져 있고 UL, VDE, JIS, BS과 같은 잘 알려진 표준 승인 단체에 의해 전기 전원 회로에 사용으로 승인받았다. 커패시터(C3)와 중성 AC 라인 사이의 저항(R2)은 급증을 막는 보호 저항이고 짧의 회로나 심각한 누출이 발생하는 등의 원격 이벤트에 화재를 방지하는 자멸하는 저항일수도 있다.

변류기(TB)는 도 1a~1c에 도시된 변압기와 비슷하다. 하지만 1차나 곧은 와이어나 막대(10)는 1차 단자의 전압 강하를 증가시키기 위해 저옴 합금으로 만들어졌다. 게다가 이것은 지속되는 전기 노이즈를 극복하기 위해 필요한 2차(SB)코일의 신호 수준과 자속을 증가시키기 위한 도 2a~2c에 도시된 1차 코일(11A~11C)와 비슷한, 코어의 주위에 감겨있을 수 있다. 이것은 1mA~500mA범위의 낮은 전류가 1차 와이어나 코일(10)을 통해 부하에 의해 드레인 될 때 작은 변류기에 의해 생성되는 매우 낮은 출력 신호 수준을 증가시키기 위함이다.

신호 증폭기(51)는 2차 출력 신호를 증폭시키기 위해 연속적으로 연결된, 잘 알려진 선형 증폭기나 듀얼 증폭기 IC이다. 각 앰프(amp)와 함께, 가동하는 앰프나 op 앰프로도 알려진 두 증폭기를 결합하는, 증폭기(51)는 예를 들어, 100의 팩터(factor)까지 증폭되게 설정되어있고 그러므로 연속된 둘은 10,000 증폭 팩터까지 제공할 수 있다. 1~500mA 드레인에서 생성되는 신호의 선형 증폭은 증폭기(51)의 선형 범위에서 잘된다.

이후에 CPU(중앙 처리 장치)로 언급되는 CPU나 아날로그/디지털 프로세서(50)는 아날로그에서 디지털로나 디지털에서 아날로그로의 컨버터 포트, 디지털 포트와 아날로그 포트를 포함한다. CPU(51)는 메모리를 포함하는 8이나 16비트 같은 저비용, 저전력 소모 프로세서인 일반적으로 사용가능한 CPU이다. CPU는 1mA보다 작고 작은 마이크로암페어의 수면 전류와 같은 동작 전류인 1.8V나 3.3V에서 작동한다.

증폭된 전류 신호는 증폭 제어 상태에 기초하고 포트 I/OC에 증폭기(51)로부터 공급받으며 아날로그 전류 신호를 디지털로 바꿔주는 것에 관련된 데이터인 CPU는 센서의 구체화된 범위의 중간이나 가장 선형인 범위의 수신된 신호와 어울리는, 프로그램된 대로 최적의 증폭을 얻기 위해 증폭기(51)의 증폭 인자를 I/O A 포트를 통해 조절하도록 프로그램되어 있다.

도 6a~6c와 7a~7b에 도시되고 위에 언급된 대로, 부하(58)는 순수한 저항 부하가 아니다. 그것은 PC를 포함하는 전기 가전기기에서 일반적으로 사용되는 스위칭 전원 장치나 커패시터나 모터일 것이다. 저항이 아닌 부하는 전류 곡선과 전압 곡선 사이의 위상에서의 변이를 유발하고 고전력 디지털 스위칭 전원 부하에 의한 곡선을 왜곡한다. 도 8은 알려지지 않은 RL, LL, CL 부하에 의해 유발되는, 임의의 각에 의해 변이되는, 전류 곡선(90~96)과 전압 곡선(80~86), 두개의 사인파 곡선을 도시한다.

전압 곡선(90~96)은 미국에선 120V/60Hz이고 유럽에선 230V/50Hz인 전원 라인을 나타내는 최적의 기준 신호 수준을 제공하기 위해, R1값이 0.5~1.0Mohm정도의 범위이고 R3값이 작은 Kohm인, 고저항 디바이더(R1, R3)에 의해 중성 AC 단자(62)로부터 CPU의 I/OV로 공급되는 기준 전압의 곡선이다. 전류 곡선(90~96)은 증폭된 전류 신호이고 전류 드레인 값의 정확한 기준이다.

기준 전압 곡선의 부호 변화점(zero crossing)(80)은 전력 소비 해석의 처리를 위한 시간의 시작위치나 점이다. 전류의 위상 변화는 전류 곡선의 부호 변화점의 편차에서 확실히 드러난다.

도시된 부호 변화점(80)은 음에서 양으로의 변화점이다. 같은 때, 시작 위치 시간(90)에 전류 곡선은 음 곡선의 최고점에 근접해 있거나, 90 이상의 위상 변화를 보인다.

도 8에 도시된 처리는 다섯 개의 기준 사이클(81~85)과 위상 변이된 다섯 개의 전류 사이클(91~95)를 측정하는 것이다. 측정 시간 위치나 지점은 92-4, 93-5, 94-6, 95-8로 도시된 전류 곡선의 정확한 시간 지점과 함께, 전압 시간 지점으로 81-1, 82-1, 83-2, 84-3, 85-4가 전압 곡선에서 도 8에 10개의 지점이 임의로 퍼져있다. 시간의 처리지점이나 위치의 끝은 86이나 96으로 도시되어있다. 도시된 시간 간격은 50Hz에서 2mSec이고 60Hz에서 16.6mSec이다. 수직선은 한 사이클을 10개의 시간 지점으로 나눈다. 그러므로 각 시간 지점 사이의 간격은 10개로 나눠진 한 사이클의 지속시간이다.

한 사이클 동안의 측정 지점의 수나 시간 간격은 측정의 정확도에 직접적으로 영향을 끼친다. 같은 것은 한 측정 차례의 측정된 AC 사이클의 수에도 적용된다. 더 높은 정확성은 측정 지점의 수의 증가나 시간 간격의 감소와 한 측정 차례의 더 많은 측정된 AC 사이클(Hz)을 요구한다는 점에서, 둘 다는 만들어져야할 결정이다.

전력 소비는 전압 기준 타이밍에 기초하는 각 사이클을 더하고 동시에 시간의 각 지점에서의 측정된 값에 기초해서 생성된 계산된 사인파 형태의 VxA 그래프의 결과이다. 도 8에 도시된 다섯 개의 사이클(81~85)은 예를 들어 2초인 반복되는 측정의 한 회의 예시이다. 계산의 한 차례는 모든 두 초를 옮기도록 프로그램되어 있을 때 총 다섯 개의 측정된 사이클은 50Hz엔 20을 60HZ엔 120 (50:5/sec x 2sec)나 (60:5/sec x 2sec)의 인수가 곱해진다. 이것은 2초 안에 소비된 전력을 나타낸다.

상기 기재에 따라서, 본 발명의 전류 센서에 의한 전력 소모 계산은 많은 IC제조자에서 생산 가능한 저비용 중앙 처리 장치(CPU)나 아날로그/디지털 프로세서에 의해 실행되고 단순화 될 수 있다는 것은 명백하다. 본 발명의 전류 센서는 작은 크기로 만들어지고, AC 플러그, 플러그-인 전류 센서, AC 아웃렛과 다른 전기 배선 장치에 적합하고, 전력 소비 보고에 정확하고 유용하고 저비용인 해결책을 제공한다.

계산된 전력 소비 값은 컨트롤러에 프로그램된 대로 보고하기 위한 CPU를 포함한 메모리에 저장되고 업데이트된다. 계산된 전력 소비 값은 부하나 AC 아웃렛의 위치나 가전기기나 부하의 명세를 포함하는 미리 정의된 프로그램된 프로토콜로 변환된다. 메모리에 저장되고 업데이트된 데이터는 암호화된 프로토콜이다.

참조된 특허, 공개 및 출원, 특히 출원 13/086,610은 전력 소모 프로토콜의 암호화와 프로토콜 보고의 신호 구조를 개시하고 있다. 명령 구조는 전력 소모, 부하 명세와 위치를 보고하기 위해 필요한 데이터인 단지 다섯 바이트만을 구성하는 짧은 명령이 되도록 디자인되어있다.

짧은 명령은 특히 부하가 꺼져있을 때 필요하다. 그렇게 함으로써 전류 센서가 부하에 새로운 상태나 부하 꺼짐 프로토콜을 보냈을 때, 충전된 저장 커패시터(C2) 드레인을 최소화하기 위해 센서 회로로의 전원을 차단한다. 이것은 전원이 차단되었을 때(부하 전류가 없을 때) 컨트롤러로부터의 요청에 응답하는 것이 매우 큰 정전 용량과 증가된 크기를 요구하듯이, 광 LED 송신기가 5~6mA같은 몇몇mA를 드레인하고 저장 커패시터가 몇몇 통신을 위한 반응을 포함하기 때문에 중요하다.

보통 마이크로 와트 단위에서 측정되는 RF 송신기 출력은 많은 전원을 소비하지 않는다. 하지만, 프로토콜을 보고하는 길이를 최소화하는 것은 선호된다. 도시된 두 트랜시버 RF(53)과 광(56)은 쌍으로 필요하지는 않다. RF에서의 시스템 작동은 광 트랜시버(56)를 포함하지 않고 광 네트워크를 통한 시스템 작동은 RF 트랜시버(53)를 포함하지 않는다. 상관없이 회로에 둘 다를 포함하고 무선과 광 네트워크로 평행하게 작동하는 것은 중요하다.

양방향 버퍼(52)는 많은 반도체 생산자의 작은 표면에 마운트된 IC 패키지에서 가능한, 잘 알려진 증폭기-버퍼이다. 그것의 목적은 신호들과 그들의 수준에 접속하고 트랜시버(53, 56)와 CPU(50) I/O T와 I/O R포트 사이에서 양방향 신호를 공급하는 것이다. 선택된 CPU와 아날로그/디지털 프로세서(50)에 따라, CPU와 트랜시버 사이에서 교환된 신호와 어울리는 변화하는 신호를 수신하고 출력하도록 프로그램된 추가적인 버퍼를 요구하지 않는 I/O 포트를 포함하는 많은 장치들이 있다. 그런 장치들에게 양방향 버퍼(52)는 필요하지 않고 사용되지 않는다.

도 6b의 블록 다이어그램은 전원 장치와 감지 변압기(TB)를 제외하고는 도 6a의 회로와 블록 다이어그램과 비슷하다. 위에 설명된 변압기(TB)는 와이어(10)를 통과하거나 1차코일을 위해 저옴 와이어를 사용하고 1차 코일이나 와이어(10)에 의한 전류 드레인에 반응하는 TB에 의해 생선된 2차(SB) 출력 신호에 적용한다.

도 6b의 블록 다이어그램은 도 3b에 도시된 것과 비슷한 작은 플러그-인 전류 감지 어댑터에 사용하기 위한 100W 까지의 저전류 소비 부하를 위한 바람직한 실시예이다.

도 6c는 말 그대로 도 3a, 4a, 5a의 단자(21, 31, 41)을 통한 전류 드레인을 측정하기 위해 사용되는 전압 강하를 제공하기 위한 저옴 합금으로 만들어진 구조화된 단자(RS)에 의해 교체된 변류기(6B)를 제외하고는 도 6b의 블록 다이어그램과 동일하다. 모든 다른 회로는 도 6a와 6b의 회로가 동일하다. 전원 장치 회로는 위에 설명된 도 6b의 전원 장치와 동일하다.

도 6c는 구조화된 단자와 함금 재료와 두께의 선택이 30A 이상의 단자 전류에 의한 드레인을 실현가능하게 해서, 높은 전류와 높은 전력 소모 보고를 제공받는다. 열은 저옴 저항에서의 전력 낭비에 의한 1W 이하에서 남아있고 연결된 플러그에서 소멸된다. 전류 감지 장치와 부품에서 저옴 합금을 사용하는 것이 저비용, 믿을 수 있는, 쉽게 다루는 전력 소비 보고 장치의 도입에 새로운 전망을 제공해준다는 것은 명백하다.

도 7a는 몇 mA와 몇 암페어까지의 낮은 전류 드레인에서 설명한, 전류 감지 범위를 확장하는 것을 가능하게 하기 위한 다중 n개의 와인딩이나 n개의 탭과 변류기(T11)를 포함하기 위해 수정된 도 6a의 블록 다이어그램을 도시한다. 탭 A, B, C와 n은 캐패시터(C11~n)을 셀렉터(53)로 확장된 I/O포트와 함께 CPU(50A)의 I/O포트(I/O 1~n)으로 필터되고 다이오드(D1, 2 3 ~ n)에 의해 정류된, 정류된 출력에 공급해주는 것으로 보인다. 출력 셀렉터(63)는 Maxim, JRC, Texas Instrument나 그 외 등에서 생산가능하고 아날로그 스위치라 알려져 있는 저비용 다중 출력 아날로그 멀티플렉서(multiplexer)가 될 수 있다.

그런 멀티플렉서들이 신호 선택을 위해 디자인되었더라도, 신호들은 그런 아날로그 스위치나 멀티플렉서(63)에 보통인 18V나 25V이하의 전압과, 2차 코일(S)의 각 탭으로부터 공급받는 작은 mA DC이상의, 25mA이상의 전류와 18V로 구체화된다. CPU의 I/O S는 CPU가 식별된 출력(A, B, C, n)을 멀티플렉서 출력 단자를 통해 조절기 입력으로 연결하도록 프로그램된 주어진 수준 이상으로 측정한 최소의 전압을 선택는 제어 단자를 통해 멀티플렉서를 제어한다.

멀티플렉서 제어의 기본 설정은 고전압을 출력하는 탭(A)이다. 이것은 1차(P)에 의한 최소의 전류 드레인을 위해 충분한 전원을 공급하도록 디자인된 출력이나 탭이다. 중간 범위의 전류는 탭(B)에 할당되고 디자인된다. 예시된 높은 범위의 전류는 탭(C)이다. 탭(n)은 초과된 전류 드레인 출력이다.

출력 A만이 전류 감지 범위의 최소의 전류 드레인을 위해 디자인된 AC 수준 출력에 도달할 수 있다는 것은 명백하다. 1차를 통한 전류 드레인이 명시된 전류 감지의 중간 범위일 때, 두 탭 A와 B 모두는 프로그램된 수준을 초과하는 전압 수준을 출력한다. 탭(A)의 전압은 프로그램된 수준보다 훨씬 높다. 이런 이유로 수준 선택은 멀티플렉서 입력(B)과 조절기(57)에 전원을 공급하는 출력을 연결해준다. 입력(C)이 멀티플렉서를 통해 전원을 조절기(57)로 공급한다는 점에서, 동일한 것이 최대의 명시된 전류 드레인에 적용된다. 만약 1차 코일(P)에 많은 전류 드레인이 생긴다면, 탭(n)은 입력(n)에 의해 전원을 조절기(57)로 공급하고 같은 때, CPU가 초과 전류가 감지된 시스템의 컨트롤러에 경고해주고 바로잡는 측정을 하도록 시스템의 사용자에게 LED의 불빛과 부저소리를 내거나 부하의 전원을 끈다.

다중 탭 해결책에 의한 전류 감지 범위확대 밖에는, 도 6a와 7a의 회로와 그들의 블록 다이어그램은 동일하고, 그들은 증폭 제어를 통해 같은 방법으로 전력 소비 처리와 보고를 동작한다. 세 개의 2차 출력 탭이 도 7a에 도시되어있고 명시된 전류 감지 범위에 따라서, 작동 환경과 부하 선택, 어떤 수의 탭이 도입될 수 있다.

50A와 함께 등의 더 큰 부하에 사용되는 플러그-인 타입, AC 아웃렛 타입이나 플러그 타입 등의 더 큰 전류 센서엔, 저옴 합금의 사용이 선호된다. 그런 큰 전류엔 전류 센서와 함께 있는 산업 타입의 AC 아웃렛이나 전류 센서와 함께 있는 고전력 플러그나 도 3b에 도시된 것과 비슷하지만 더 큰 단자에 맞추기 위해 더 큰 플러그-인 전류 센서나 본 발명을 구현한 더 큰 변류기가 도 3b, 4b, 5b에 도시된 저옴 합금으로 만들어진 저항 소자로 된 구조화된 단자 대신에 사용될 수 있다.

도 7b는 다중 AC 전원 아웃렛을 위한 다중 전류 감지 회로와 AC 아웃렛 어댑터와 다수의 AC 아웃렛의 케이블 조립 확장자를 제외하고는 도 6c의 블록 다이어그램과 비슷한 블록 다이어그램을 도시한다. 도 7b의 기본 회로는 저옴 합금(RS)으로 만들어진 라이브 AC 단자의 구조화된 저항을 사용하는, 도 6c에 도시된 회로와 동일하다.

RS-1, RS-2, RS-n으로 도시된 구조화된 저항을 포함하는 각각의 단자 소켓과 함께 n개의 부하를 위한 n개의 아웃렛이 추가되었다는 것이 차이점이다. 확장된 CPU(50A)는 증폭이 I/O A-1, I/O A-2, I/O A-n 각각에 의해 제어되는 증폭기(51-1, 51-2, 51-n)로 출력을 공급하는 구조화된 저항(RS-1, RS-2, RS-n)각각을 제공한다.

이런 회로 배열에 의해, 각 아웃렛이 전류 드레인을 감지하는 것을 제공하고 개인적으로 전력 소비를 보고한다는 점에서, 단일 결합 확장 회로가 단일 전기 배선 장치의 다중 AC 아웃렛이나 다중 출력(도시되지 않음)의 어댑터나 다수의 AC 아웃렛(도시되지 않음)을 가진 케이블 어셈블리 확장자에 사용될 수 있다는 것은 명백하다.

광케이블을 통해 RF 신호를 수신하는 전류 데이터 수신기와 같은, 네트워크장치를 통하거나 직접 컨트롤러로 전력 소모를 보고하는 것은 확인 데이터를 포함해야한다. 데이터는 부하(58)나 가전기기의 식별이나 가족이나 가전기기의 종류를 포함한다.

데이터는 또한 아파트, 상점, 학교, 공장 등의 구내에서의 가전기기의 위치를 포함해야한다. 데이터가 AC 아웃렛의 식별이나, 전류 송신기 아웃렛이 어디에 연결되고 어디로 보고하는지를 포함하는 것이 선호된다. 위에 언급된 대로 회로에 전원을 공급하기 위해 변류기를 사용하는 것은 5mA~6mA등의 범위의 전류를 소비하는 LED나 특히 광 송신기, 트랜시버에 전원을 공급하기 위한 충분한 용량을 공급하기 위해 위에 언급된 커패시터(C2), 저장 커패시터의 사용을 요구한다. 게다가, 커패시터는 전원이 차단되었을 때 데이터를 전송하기 위해 충분한 전하를 저장해야한다. 또는 전원이 차단되거나 부하가 꺼진 후에 컨트롤러에 의해 적어도 하나의 요청에 더 반응하기 위해 충분한 전하를 저장하는 것이 선호된다.

C2에 저장된 전하의 드레인을 최소화하기 위한 또 다른 중요한 요소는 보고 시간과 데이터 내용과 구조이다. 회전식 스위치, RF나 IR이나 광 다운로드 신호 등을 통한 데이터 로딩 방법은 모두 위에 언급된 특허, 출판물, 출원에 공개되어있다. 매우 짧은 데이터 내용과 구조는 참조된 출원 13/086,610에 공개되어있고 모든 특허와 출판물과 출원은 여기에 참조되어 포함되어있다.

참조된 출원 13/086,610에 공개되어있는 그런 짧은 데이터는 시작 비트, 끝 비트, 체크 합과 질문의 본질 등의 요청을 수신하고 보고하는 처리를 위한 필요한 데이터나 어드레싱, 소비된 전력, 가전기기 식별, 위치를 포함하는 오직 다섯 바이트로 구조화되어있다.

모든 방과 일반적인 거주지의 지역으로부터의, 가전기기의 전체 범위를 포함하는 미리 정의된 프로토콜의 이런 세부사항을 가지는 것은 거주지에서 사용되는 가전기기와 전기기기의 관리를 위한 단순화와 표준화를 제공한다. 우선되는 보고의 지속시간은 20mSec이고 한 명령(전원이 차단되었을 때)을 전파하고 처리하기 위해 드레인되는 DC 전류는 5~6mA이다. 본 발명의 전류 센서에 의한 전력 소비나 전류 드레인의 보고를 위한 20mSec의 지속시간은 통신이 900~1200 보드의 비율로 느릴 때이다. 광전송 동안의 DC 전류 드레인은 5~6mA이고 RF 전송 동안엔 2~3mA이다. 전력 소모나 부하의 상태에 대한 요청 프로토콜을 수신하는 것은 RF나 광 요청 프로토콜인지에 상관없이 대략 1mA를 드레인 한다. 이것은 60mSec또는 0.06Sec동안 최대 6mA의 전하를 저장할 수 있는 커패시터와, 6.3V면 충분한, 작은 표면에 마운트된 200~470 마이크로패럿의 전해질이나 탄탈룸의 커패시터를 요구한다. 본 발명의 전력 소모 보고나 전류 센서를 작동하기 위한 전원 공급 해결책과 변류기와 구조화된 전원 핀을 위한 합금 소재나 소켓이나 그것들의 조합에 합금 와이어를 사용하는 것이 전력을 거의 또는 완전히 낭비하지 않고 제작하고 설치하고 사용하기 쉬운 저비용 전류 센서의 새로운 세대를 제공한다는 것은 명백하다.

물론, 앞서 말한 밝혀진 사실이 발명의 바람직한 실시예에만 연관되어있고 발명의 범위나 정신에서 멀리 떨어져있지 않다고 여겨지는, 공개된 사실을 목적으로 여기에 골라진 발명의 예시들의 수정이나 변경을 포함하는 것을 의도한다는 것을 이해해야한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이므로, 본 발명의 범위는 상기에서 설명된 실시 예에 국한되어서 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들을 포함하여 결정되어야 한다.

5A, 6A, 6B, 5C: 코어 10: 전류 전송 와이어
5B: C 코어 1B: C 코어 코일 어셈블리
5A, 5B, 6C: 코일 11A, 1B, 11B, 11C: 1차 코일
57: 조절기 12R, 21R, 31R, 41R: 저항
21P, 22P, 23P: 플러그 21S, 23S: 소켓
20: 전류 감지 어댑터 21: 결합체
24: PCB 1A, 2A, 2B: 도넛형 코일 어셈블리, 전류 센서
52: 양방향 버퍼 41P, 42P, 43P: 전원 핀 단자
53, 56: 트랜시버 21, 31, 41: 단자
6B: 변류기 12A, 12B, 12C: 2차 코일 57: 조절기
50: CPU, 아날로그/디지털 프로세서

Claims

스텝-업 변류기로 전류 감지 회로에 전원을 공급하는 방법에 있어서,
상기 변류기는 저옴 합금 와이어로 감겨진(wound) 1차 코일과 구리 와이어로 감겨진 2차 코일을 포함하여 구성되며, 상기 전류 감지 회로는 전류 신호 증폭기, CPU, 상기 2차 코일에 접속된 DC 컨버터를 포함하여 구성되며; 상기 1차 코일은 상기 증폭기의 입력 및 부하와 AC 전원 사이에 접속되고, 상기 방법은,
상기 부하를 동작시키기 위해 AC 전원을 공급하며 상기 1차 코일을 가로질러 전류 드레인과 전압 강하를 유발시키는 단계;
상기 전압강하에 의해 증가된 스텝-업된 2차 출력 전압을 출력하는 단계;
상기 전류 감지 회로에 전원을 공급하기 위해 상기 스텝-업된 출력 전압을 DC로 변환하는 단계;
상기 전압강하를 증폭시키는 단계; 및
상기 CPU가 프로세싱하도록 드레인된 전류와 관련한 증폭된 신호를 공급하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스텝-업 변류기로 전류 감지 회로에 전원을 공급하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전류 감지 회로는 각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 드레인된 전류와 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스텝-업 변류기로 전류 감지 회로에 전원을 공급하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전류 감지 회로는 상기 부하에 의해 소비되는 전력을 유도하기 위한 전압 참조와 일치하는 상기 증폭된 전류 드레인 신호를 처리하기 위한 상기 AC 전원의 전압 참조로 구동되는 것을 특징으로 하는 스텝-업 변류기로 전류 감지 회로에 전원을 공급하는 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 전류 감지 회로는 각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 소비된 전력과 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스텝-업 변류기로 전류 감지 회로에 전원을 공급하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 2차 코일은 주어진 범위의 상기 전류 드레인에 각각 상응하는 여러 가지의 전압을 출력하기 위한 복수의 탭을 더 포함하여 구성되고, 상기 전류 감지 회로는 상기 컨버터에 상기 여러 가지의 전압 중 하나의 전압을 연결하기 위한 셀렉터를 더 포함하여 구성되며, 상기 전압 강하와 상기 여러 가지 전압 중 적어도 어느 하나에 의해서 선택적으로 동작 가능한 것을 특징으로 하는 스텝-업 변류기로 전류 감지 회로에 전원을 공급하는 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 여러 가지의 전압 중 하나는 과부하 경고를 생성하기 위한 상기 주어진 범위 이상인 과전류 드레인에 상응하는 것을 특징으로 하는 스텝-업 변류기로 전류 감지 회로에 전원을 공급하는 방법.
전류 센서에 포함된 변류기의 전류 감지 출력 신호를 증가시키는 방법에 있어서,
상기 전류 센서는 전류 신호 증폭기와 CPU를 포함하여 구성되며, 상기 변류기는 구리 와이어로 감겨진 2차 코일과 저옴 합금 와이어로 감겨진 1차 코일을 포함하여 구성되며, 상기 1차 코일은 부하와 AC 전원 사이에서 접속되며, 상기 2차 코일은 상기 증폭기의 입력에 접속되며, 상기 방법은,
상기 부하를 동작시키기 위해 AC 전원을 공급하며 상기 1차 코일을 가로질러 전류 드레인과 증가된 전압 강하를 유발시키는 단계;
상기 전압 강하에 의해 증가된 스텝-업된 2차 출력 전압을 출력하는 단계;
상기 전압 강하를 증폭시키는 단계; 및
상기 CPU가 프로세싱하도록 드레인된 전류와 관련한 증폭된 신호를 공급하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전류 센서에 포함된 변류기의 전류 감지 출력 신호를 증가시키는 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 전류 센서는 각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 드레인된 전류와 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전류 센서에 포함된 변류기의 전류 감지 출력 신호를 증가시키는 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 전류 센서는 상기 부하에 의해 소비되는 전력을 유도하기 위한 전압 참조와 일치하는 상기 증폭된 전류 드레인 신호를 처리하기 위한 상기 AC 전원의 전압 참조로 구동되는 것을 특징으로 하는 전류 센서에 포함된 변류기의 전류 감지 출력 신호를 증가시키는 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 전류 센서는 각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 소비된 전력과 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전류 센서에 포함된 변류기의 전류 감지 출력 신호를 증가시키는 방법.
전원 핀, 전원 소켓 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 저옴 합금에 기반한 단자의 구조화된 부분에서 발생하는 전압 강하를 처리하여 부하의 전류 드레인을 감지하기 위한 방법에 있어서,
상기 단자는 상기 전류 드레인에 상응하는 전압 강하를 전류 센서의 전류 신호 증폭기의 입력으로 연결하고 공급하기 위하여 크기, 모양 및 주어진 저옴 값에 맞게 구조화된 상기 부분을 통해 상기 부하와 AC 전원 사이에 접속하며; 상기 증폭기는 상기 전류 센서에 포함된 CPU에 접속하고,
상기 방법은,
상기 부하를 동작시키기 위해 AC 전원을 공급하며, 저옴 합금에 기반한 단자의 상기 구조화된 부분을 가로질러 전류 드레인과 전압 강하를 유발시키는 단계;
상기 전압강하를 증폭시키는 단계; 및
상기 CPU가 프로세싱하도록 드레인된 전류와 관련한 증폭된 신호를 공급하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부하의 전류 드레인을 감지하기 위한 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 전류 센서는 각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 드레인된 전류와 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부하의 전류 드레인을 감지하기 위한 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 전류 센서는 상기 부하 중 각각에 의해 소비되는 전력을 유도하기 위한 전압 참조와 일치하는 각 상기 증폭된 전류 드레인 신호를 처리하기 위한 상기 AC 전원의 전압 참조로 구동되는 것을 특징으로 하는 부하의 전류 드레인을 감지하기 위한 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 전류 센서는 각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 상기 소비된 전력과 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부하의 전류 드레인을 감지하기 위한 방법.
전원 핀, 전원 소켓 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 저옴 합금에 기반한 단자의 구조화된 부분에서 발생하는 전압 강하를 처리하여 부하의 전류 드레인을 감지하기 위한 방법에 있어서,
상기 단자는 멀티 AC 전원 아웃렛에서 사용하기 위한 복수의 소켓으로 구조화되며, 각 상기 소켓은 복수의 전류 센서의 전류 신호 증폭기 중 하나의 입력에 전압 강하를 연결하고 공급하기 위해 하나의 상기 구조화된 부분을 포함하며; CPU에 포함된 복수의 입력 중 하나의 입력에 상기 복수의 전류 신호 증폭기의 각 출력을 접속하고, 상기 단자는 AC 전원에 접속되며, 상기 방법은,
복수의 부하 중 하나의 부하에 각 상기 소켓을 접속하는 단계;
상기 단자에 전원을 공급시키는 단계; 및
각 증폭된 신호를 개별적으로 처리하기 위해서 각 상기 부하에 의해서 드레인된 전류와 관련한 증폭된 신호를 상기 CPU에 공급하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부하의 전류 드레인을 감지하기 위한 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 전류 센서는 각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 각 개별 부하에 의한 전류 드레인과 모든 부하에 의해서 결합된 전류 드레인 중 적어도 하나에 의해서 드레인된 전류와 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부하의 전류 드레인을 감지하기 위한 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 전류 센서는 각 개별 부하에 의해 소비된 전력과 모든 부하에 의해 결합된 소비 전력 중 적어도 하나에 의해 소비된 전력을 유도하기 위한 전압 참조와 일치하는 각 상기 증폭된 전류 드레인 신호를 처리하기 위한 상기 AC 전원의 전압 참조로 구동되는 것을 특징으로 하는 부하의 전류 드레인을 감지하기 위한 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 전류 센서는 각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 상기 각 개별 부하에 의해 소비되는 전력과 모든 부하에 의해 상기 결합되어 소비되는 전력 중 적어도 어느 하나에 의해 소비되는 전력과 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부하의 전류 드레인을 감지하기 위한 방법.
스텝 업 전류 감지 컨버터로서, 상기 컨버터는,
저옴 합금 와이어로 감긴 1차 코일을 통해 드레인되는 전류로 1차 단자를 가로지르는 전압 강하를 증가시키기 위해 저옴 합금 와이어로 감긴 1차 코일과
상기 드레인된 전류를 측정하기 위해 상기 전압 강하에 의해 증진된(augmented) 증가된 신호 레벨과 상기 저옴 합금 와이어로 감긴 1차 코일을 통한 전류 흐름의 주어진 범위에 의해 회로에 전원을 공급하기 위해 주어진 전압 범위 중 하나를 출력하기 위한 구리 와이어로 감긴 2차 코일을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스텝 업 전류 감지 컨버터.
청구항 19에 있어서,
상기 전압 강하는 상기 드레인된 전류를 측정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 스텝 업 전류 감지 컨버터.
청구항 19에 있어서,
상기 2차 코일은 상기 주어진 전류 흐름의 범위를 확장하기 위해 여러 가지의 전압을 출력하기 위한 복수의 탭을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스텝 업 전류 감지 컨버터.
전류 감지 저 옴 합금 단자로서,
상기 단자는 전원 핀, 전원 소켓 및 이들의 조합을 포함하여 구성된 그룹에서 선택된 것이며,
전원 플러그, 전원 소켓, 플러그-인 전류 센서, 전원 아웃렛 및 전원 플러그와 전원 소켓 중 적어도 하나로 된 케이블 어셈블리를 포함하여 구성되는 그룹에서 선택된 전류 센서 어셈블리에 의한 전류 감지를 위해 크기, 모양 및 주어진 저옴 값으로 구조화된 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 감지 저옴 합금 단자.
청구항 22에 있어서,
상기 단자는 복수의 소켓을 포함하여 구성되며, 각각의 소켓은 월 마운트된 전원 아웃렛, 플러그-인 전원 어댑터 및 확장 전원 케이블 어셈블리를 포함하여 구성되는 그룹에서 선택된 멀티 전원 아웃렛 장치에 포함된 복수의 저원 소켓에 의해 전류를 감지하기 위한 상기 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 감지 저옴 합금 단자.
AC 전류 센서에 있어서,
상기 AC 전류 센서는 스텝 업 변류기, DC 컨버터, 전류 신호 증폭기와 CPU를 포함하여 구성되며,
상기 변류기는 구리 와이어로 감긴 2차 코일과, 1차 단자를 통해 드레인되는 전류로 1차 단자를 가로지르는 전압 강하를 측정 가능한 수준으로 증가시키고 상기 2차 코일에 의한 스텝 업된 출력 전압을 증가시키기 위해 저옴 합금 와이어로 감긴 1차 코일을 포함하여 구성되고;
상기 1차 코일은 AC 전원과 부하 사이에서와 상기 증폭기의 입력에 접속되며, 상기 2차 코일은, 전류가 상기 부하에 의해 드레인되고 증폭된 전류 드레인 신호가 CPU가 프로세싱하도록 상기 CPU에 공급될 때, 상기 전류 센서에 전원을 공급하기 위해 출력을 DC로 변환하기 위해 상기 DC 컨버터에 접속되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 24에 있어서,
각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 드레인된 전류와 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 24에 있어서,
상기 CPU는 상기 부하에 의해 소비된 전력을 유도하기 위한 전압 참조와 일치하는 상기 증폭된 전류 드레인 신호를 처리하기 위한 상기 AC 전원의 전압 참조로 구동되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 26에 있어서,
각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 소비된 전력과 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 24에 있어서,
상기 2차 코일은 주어진 범위의 상기 전류 드레인에 각각 상응하는 여러 가지의 전압을 출력하기 위한 복수의 탭을 더 포함하여 구성되고, 상기 전류 센서는 상기 컨버터에 상기 여러 가지의 전압 중 하나의 전압을 연결하기 위한 셀렉터를 더 포함하여 구성되며, 상기 전압 강하와 상기 여러 가지 전압 중 적어도 어느 하나에 의해서 선택적으로 동작 가능한 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 28에 있어서,
상기 여러 가지의 전압 중 하나는 과부하 경고를 생성하기 위한 상기 주어진 범위 이상인 과전류 드레인에 상응하는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 28에 있어서,
각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 드레인된 전류와 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 28에 있어서,
상기 CPU는 상기 부하에 의해 소비된 전력을 유도하기 위한 전압 참조와 일치하는 상기 증폭된 전류 드레인 신호를 처리하기 위한 상기 AC 전원의 전압 참조로 구동되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 31에 있어서,
각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 소비된 전력과 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
AC 전류 센서에 있어서,
상기 AC 전류 센서는 스텝 업 변류기, 전류 신호 증폭기 및 CPU를 포함하여 구성되며,
상기 변류기는 저옴 합금 와이어로 감긴 1차 코일을 가로지르는 전압 강하를 증가시키고, 그 결과로 구리 와이어로 감긴 2차 코일에 의한 스텝 업된 전압 레벨의 상승을 증진시키기(augmenting) 위해, 상기 2차 코일과 상기 1차 코일을 포함하여 구성되고,
상기 1차 코일은 AC 전원과 부하 사이에 접속되며, 상기 2차 코일은, 전류가 상기 부하에 의해 드레인될 때, CPU가 프로세싱하도록 상기 CPU로 증폭된 전류 드레인 신호를 출력하기 위해 상기 증폭기의 입력에 접속되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 33에 있어서,
각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 드레인된 전류와 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 33에 있어서,
상기 CPU는 상기 부하에 의해 소비된 전력을 유도하기 위한 전압 참조와 일치하는 상기 증폭된 전류 드레인 신호를 처리하기 위한 상기 AC 전원의 전압 참조로 구동되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 35에 있어서,
각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 소비된 전력과 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
AC 전류 센서에 있어서,
상기 AC 전류 센서는 저옴 합금으로 만들어진 단자, 전류 신호 증폭기 및 CPU를 포함하여 구성되며,
상기 단자는 상기 전류 센서에 저옴 감지 소자를 도입하기 위한 크기, 모양 및 저옴 값에 맞도록(fit) 구조화된 부분을 포함하는, 전원 핀, 전원 소켓 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 것이며;
상기 단자는 상기 감지 소자를 통해서 부하와 AC 전원 사이에 접속되고, 그리고 상기 부하에 의해 드레인된 전류에 의한 상기 감지 소자에 걸쳐서 발생된 전압 강하를 증폭시키기 위한 상기 증폭기의 입력에 접속되며, 상기 증폭기는 CPU 프로세싱을 위해 상기 CPU에 증폭된 전류 드레인 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 37에 있어서,
각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 드레인된 전류와 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 37에 있어서,
상기 CPU는 상기 부하에 의해 소비된 전력을 유도하기 위한 전압 참조와 일치하는 상기 증폭된 전류 드레인 신호를 처리하기 위한 상기 AC 전원의 전압 참조로 구동되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 39에 있어서,
각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 소비된 전력과 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 37에 있어서,
상기 단자는 멀티 AC 전원 아웃렛에서 사용하기 위한 복수의 소켓으로 구조화되며, 각 상기 소켓은 상기 전류 센서에 포함된 복수의 전류 신호 증폭기 중 하나의 입력에 소켓에 걸쳐서 발생된 전압 강하를 연결하기 위해 상기 구조화된 부분의 하나의 상기 감지 소자를 포함하며;
상기 단자는 AC 전원에 접속하고 상기 전원 아웃렛의 각 상기 소켓은 하나의 부하에 접속하며, 상기 복수의 전류 신호 증폭기 중 각 증폭기는 자신의 증폭된 전류 드레인 신호를 각각의 전류 드레인을 개별적으로 처리하기 위해 상기 CPU에 공급하는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 41에 있어서,
각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 각 개별 부하에 의한 전류 드레인과 모든 부하에 의해서 결합된 전류 드레인 중 적어도 하나에 의해서 드레인된 전류와 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 41에 있어서,
상기 CPU는 각 개별 부하에 의해 소비된 전력과 모든 부하에 의해 결합된 소비 전력 중 적어도 하나에 의해 소비된 전력을 유도하기 위한 전압 참조와 일치하는 각 상기 증폭된 전류 드레인 신호를 처리하기 위한 상기 AC 전원의 전압 참조로 구동되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 43에 있어서,
각각 공기중에서 및 광케이블을 통해서 중 적어도 하나를 통해서 각 개별 부하에 의해 소비된 전력과 모든 부하에 의해서 결합되어 소비된 전력 중 적어도 하나에 의해서 소비된 전력과 관련한 처리된 데이터를 전파하기 위해 RF 트랜시버 및 광 트랜시버 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 24에 있어서,
상기 AC 전류 센서는 전력 소모 범위, 전력 소모 값, 전류 드레인 범위, 전류 드레인 값, 전력 전압 범위, 전력 전압 값, 컬러로된 전면 커버, 컬러로된 후면 커버, 컬러로된 프레임, 컬러로된 전체 몸체 및 이들의 조합을 포함하여 구성되는 그룹에서 선택된 가시 컬러 코드화된 정격을 가진 몸체와 커버 중 하나에 둘러싸인 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 28에 있어서,
상기 AC 전류 센서는 전력 소모 범위, 전력 소모 값, 전류 드레인 범위, 전류 드레인 값, 전력 전압 범위, 전력 전압 값, 컬러로된 전면 커버, 컬러로된 후면 커버, 컬러로된 프레임, 컬러로된 전체 몸체 및 이들의 조합을 포함하여 구성되는 그룹에서 선택된 가시 컬러 코드화된 정격을 가진 몸체와 커버 중 하나에 둘러싸인 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 33에 있어서,
상기 AC 전류 센서는 전력 소모 범위 코드, 전류 드레인 범위 코드, 전력 전압 코드, 컬러로된 전면 커버, 컬러로된 후면 커버, 컬러로된 프레임, 컬러로된 전체 몸체 및 이들의 조합을 포함하여 구성되는 그룹에서 선택된 몸체와 커버 중 하나에 둘러싸인 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 37에 있어서,
상기 AC 전류 센서는 전력 소모 범위 코드, 전류 드레인 범위 코드, 전력 전압 코드, 컬러로된 전면 커버, 컬러로된 후면 커버, 컬러로된 프레임, 컬러로된 전체 몸체 및 이들의 조합을 포함하여 구성되는 그룹에서 선택된 몸체와 커버 중 하나에 둘러싸인 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.
청구항 41에 있어서,
상기 AC 전류 센서는 전력 소모 범위 코드, 전류 드레인 범위 코드, 전력 전압 코드, 컬러로된 전면 커버, 컬러로된 후면 커버, 컬러로된 프레임, 컬러로된 전체 몸체 및 이들의 조합을 포함하여 구성되는 그룹에서 선택된 몸체와 커버 중 하나에 둘러싸인 것을 특징으로 하는 AC 전류 센서.