TWI494572B - Power consumption of the measurement circuit - Google Patents

Description

節電電能值之量測電路

本發明係關於一種電能量測電路，特別是一種節電電能值之量測電路。

在習用之電氣技術中，若要得知一電器負載之用電狀況，一般都必需要以專用電表或習用之三用電表來作實際之量測。例如，要得知家庭用插座之電壓狀況時，需使用三用電壓或電壓表，首先正確地選擇到交流電壓檔位，再小心地以兩支測試棒插入插座孔中，再予以讀取電壓值。再例如，要得知一家用電鍋之電流量時，需另外使用一電流表(例如一勾式電表)來作電流之量測。這些量測之方式，只有熟悉於電氣常識或從事電氣工作者才得以進行，而對於一般家庭用戶或非電氣專業人員而言，實際上不易達成。更者，如果要得知該電器負載之用電量(仟瓦/小時)、功率因數、瓦特數....等用電數據時，對於一般人員而言，更為不易。

為因應上述的需求，同一申請人乃設計出可量測電器負載在工作狀態時用電狀況的量測裝置，且已獲准專利。

然而，業者在設計電器負載時，為了要兼顧使用者在使用時開機/關機的方便性以及能達到快速開機的功能，大多數家庭用電器負載設計有待機功能。由於大部份電器負載設有待機功能，故一般使用者在不使用這些電器負載時，雖然認為已關閉了電器負載，但實際上該電器負載仍保持待機狀態。在待機狀態的電器負載仍會消耗電力。雖然每一電器負載在未使用時電力消耗不多，但各件家電於待機狀態所耗費之電力，累積下來仍十分可觀。

因應電器負載在待機狀態時仍會消耗大量累積電能的問題，業者另設計出具有可在待機狀態時進一步能自動斷電的節能控制器，以便於電器負載在進行待機狀態時，可切斷電器負載與電源間之連線，以達到更佳節能的目的。

然而，不論是電器負載是受自動斷電節能控制器的控制斷電、或是受到使用者手動操作斷電或其它控制信號斷電，究竟是節省了多少電力，使用者卻完全無法得知。這在現今處處講求節能減碳的需求下，使得整個節能規劃環節中，雖然掌握了電器負載在工作狀態時的電能量測及規劃，但卻完全無法掌握電器負載在斷電狀態、節能狀態等狀況時之節能電量。

緣此，本發明之一目的即是提供一種節電電能值之量測電路，用以在感測到電器負載呈節電狀態時，依據該電器負載在工作狀態時之電量消耗值及時間，計算出該電器負載於該節電狀態時之節電電能值。

本發明為達成述目的，係在以一電量消耗值量測電路連接於供電迴路，以量測電器負載操作於該工作狀態時之電量消耗值。一電量消耗值記憶單元連接於該控制單元，用以儲存該電量消耗值。一迴路斷路狀態信號產生電路可產生一迴路斷路狀態信號送至該控制單元。控制單元在接收到該迴路斷路狀態信號產生電路所產生的迴路斷路狀態信號時，依據該電量消耗值及該控制單元在接收到該迴路斷路狀態信號之後的延續時間，計算出該電器負載於該節電狀態時之節電電能值。

在本發明另一實施例中，迴路斷路狀態信號產生電路亦可以一操作信號產生電路取代，該操作信號產生電路在操作下可產生一迴路斷路操作信號送至該控制單元，再由控制單元控制一連接於供電迴路的開關單元呈開路狀態。以使控制單元依據該電量消耗值及該控制單元在接收到該迴路斷路操作信號之後的延續時間，計算出該電器負載於該節電狀態時之節電電能值。

在效果方面，本發明透過簡易的電路設計即可達到量測電器負載於節電狀態時之節電電能值，如此可使使用者更能精確掌握電器負載的電能消耗狀況及節電狀況。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。

參第1圖所示，其係顯示本發明第一實施例之電路圖。如圖所示，本發明節電電能值之量測電路1係連接在一電源2與一電器負載3之間。藉由本發明之節電電能值之量測電路1可量測出電器負載3由工作狀態轉變為節電狀態時的節電電能值。

電器負載3係經由一供電迴路L連接於一電源2。該電器負載3可操作在一工作狀態T1或節電狀態T2(同時參閱第2圖所示)。本說明書中所定義的工作狀態T1含蓋了電器負載處於工作狀態(例如運作狀態、待機狀態等狀態)。電器負載3操作於工作狀態時，在運作狀態係消耗運作電量，而在待機狀態時僅消耗少量的待機電量。本說明書中所定義的節電狀態T2含蓋了電器負載處於非工作狀態(例如斷電狀態、節能狀態等狀態)。電器負載3操作在節電狀態T2時，完全不消耗電能。

本發明節電電能值之量測電路1包括有一控制單元11，該控制單元11連接有一時基信號產生電路12，可產生一時基信號S1至該控制單元11。控制單元11可依據該時基信號S1作為時間計時的依據。

一電量消耗值量測電路13連接於該供電迴路L，以量測該電器負載3操作於該工作狀態T1時之電流值I，並將該電流值I送至該控制單元11。

本發明實施例中，電量消耗值量測電路13包括一電流感測元件131，串聯在該供電迴路L。一電流放大器132的兩輸入端132a、132b係分別連接在該電流感測元件131兩端，以在其輸出端132c產生一類比電流信號。一類比至數位轉換器133連接於該電流放大器132的輸出端132c，可接收該電流放大器132所產生之類比電流信號，並將該類比電流信號轉換成數位型態之電流值I’，再送至該控制單元11。

控制單元11依據該電流值I、電源電壓值(已知值)可計算出該電器負載3操作於該工作狀態T1時之電量消耗值W1。電量消耗值W1可儲存在一電量消耗值記憶單元14中。控制單元11依據電量消耗值W1及使用時間可計算出電器負載3操作於工作狀態T1時之電能消耗值WHon，亦可進一步計算出電費及二氧化碳排放量，這些數值也可以儲存在電量消耗值記憶單元14中。電費的計算為電量(KW)乘以時間得到電能量(KWH，仟瓦小時)，再乘以費率，而二氧化碳排放量的計算為電能(KWH)乘以二氧化碳(CO₂ )係數。一迴路斷路狀態信號產生電路15連接於該供電迴路L，該迴路斷路狀態信號產生電路15在迴路L斷路時，產生一迴路斷路狀態信號S2送至該控制單元11。

迴路斷路狀態信號產生電路15更包括有一迴路控制單元151，用以產生一迴路控制信號S3，用以控制該迴路斷路狀態信號產生電路15產生該迴路斷路狀態信號S2送至該控制單元11。而該迴路控制單元151係可為一手動操作單元151a、一計時器151b、一紅外線人體感測器(PIR)151c、遙控器151d(例如紅外線遙控器或RF遙控器)之一。

控制單元11在接收到該迴路斷路狀態信號產生電路15所產生的迴路斷路狀態信號S2時，依據該電量消耗值W1及該控制單元11在接收到該迴路斷路狀態信號S2之後的延續時間，可計算出該電器負載3於節電狀態T2時之節電電能值WHoff。控制單元11依據節電電能值WHoff亦可進一步計算出節電電費及減少的二氧化碳排放量。

本發明中，更可包括有一顯示單元16，連接於該控制單元11，用以顯示該電能消耗值WHon及該節電電能值WHoff，也可以顯示工作狀態T1時之電費及二氧化碳排放量、以及節電狀態T2時所節省的節電電費及減少的二氧化碳排放量。

本發明中，更可包括有一電壓量測電路17，其包括有一電壓分壓器171及一類比至數位轉換器172，而該電壓分壓器171可由兩個分壓電阻171a、171b所組成。兩個分壓電阻171a、171b串聯連接後再跨接於供電迴路L。

經由電壓量測電路17可量測電源2供應至電器負載3的精確電壓值，並由類比至數位轉換器172供應一數位型態之電壓值V至控制單元11。若不考慮精確計算電量值(W)，則電量值(W)等於電壓乘電流(W=VA)，但若需要精確計算電量值時，則電量值(W)應等於電壓乘電流再乘功率因數。經由電壓值與電流值的量測，控制單元11即可計算出功率因數，以作為精確計算電量值的參數。由於增加了電壓量測電路，故可以同時取樣電壓值與電流值，控制單元11即可精確計算出電量值(W)。

第3圖顯示本發明第二實施例之電路圖。此實施例中，大部份的組成元件與第一實施例相同，其差異在於一操作信號產生電路18連接於控制單元11，可在操作下產生一迴路斷路操作信號S4送至該控制單元11。而該操作信號產生電路18亦可為一手動操作單元、一計時器、一紅外線人體感測器、遙控器之一。

控制單元11在接收到該迴路斷路操作信號S4時，可產生一迴路斷路控制信號S5控制一連接在供電迴路L的開關單元19呈開路狀態。此時，控制單元11亦可依據如同第一實施例中所述的該電量消耗值W1及該控制單元11在接收到該迴路斷路操作信號S4之後的延續時間，可計算出該電器負載3於節電狀態T2時之節電電能值WHoff。控制單元11依據節電電能值WHoff亦可進一步計算出節電電費及減少的二氧化碳排放量。

以上實施例僅為例示性說明本發明之結構設計，而非用於限制本發明。任何熟於此項技藝之人士均可在本發明之結構設計及精神下，對上述實施例進行修改及變化，唯這些改變仍屬本發明之精神及以下所界定之專利範圍中。因此本發明之權利保護範圍應如後述之申請專利範圍所列。

1．．．節電電能值之量測電路

2．．．電源

3．．．電器負載

11．．．控制單元

12．．．時基信號產生電路

13．．．電量消耗值量測電路

131．．．電流感測元件

132．．．電流放大器

132a．．．輸入端

132b．．．輸入端

132c．．．輸出端

133．．．類比至數位轉換器

14．．．電量消耗值記憶單元

15．．．迴路斷路狀態信號產生電路

151．．．迴路控制單元

151a．．．手動操作單元

151b．．．計時器

151c．．．紅外線人體感測器

151d．．．遙控器

16．．．顯示單元

17．．．電壓量測電路

171．．．電壓分壓器

171a．．．分壓電阻

171b．．．分壓電阻

172．．．類比至數位轉換器

18．．．操作信號產生電路

19．．．開關單元

L．．．供電迴路

I．．．電流值

I’．．．數位型態之電流值

V．．．數位型態之電壓值

S1．．．時基信號

S2．．．迴路斷路狀態信號

S3．．．迴路控制信號

S4．．．迴路斷路操作信號

S5．．．迴路斷路控制信號

T1．．．工作狀態

T2．．．節電狀態

W1．．．電量消耗值

第1圖顯示本發明第一實施例之電路圖；

第2圖顯示電器負載可操作在工作狀態或節電狀態之示意圖；

第3圖顯示本發明第二實施例之電路圖。

1．．．節電電能值之量測電路

2．．．電源

3．．．電器負載

11．．．控制單元

12．．．時基信號產生電路

13．．．電量消耗值量測電路

131．．．電流感測元件

132．．．電流放大器

132a．．．輸入端

132b．．．輸入端

132c．．．輸出端

133．．．類比至數位轉換器

14．．．電量消耗值記憶單元

15．．．迴路斷路狀態信號產生電路

151．．．迴路控制單元

151a．．．手動操作單元

151b．．．計時器

151c．．．紅外線人體感測器

151d．．．遙控器

16．．．顯示單元

17．．．電壓量測電路

171．．．電壓分壓器

171a．．．分壓電阻

171b．．．分壓電阻

172．．．類比至數位轉換器

L．．．供電迴路

I．．．電流值

I’．．．數位型態之電流值

V．．．數位型態之電壓值

S1．．．時基信號

S2．．．迴路斷路狀態信號

S3．．．迴路控制信號

W1．．．電量消耗值

Claims (9)

1. 一種節電電能值之量測電路，用以量測一電器負載在節電狀態的節電電能值，該電器負載係經由一供電迴路連接於一電源，該電器負載可操作在工作狀態或節電狀態，該量測電路包括有：一控制單元；一時基信號產生電路，連接於該控制單元，用以產生一時基信號至該控制單元；一電量消耗值量測電路，連接於該供電迴路，以量測該電器負載操作於該工作狀態時之電量消耗值；一電量消耗值記憶單元，連接於該控制單元，用以儲存該電量消耗值；一迴路斷路狀態信號產生電路，連接於該供電迴路，該迴路斷路狀態信號產生電路在該迴路斷路時，產生一迴路斷路狀態信號送至該控制單元；一迴路控制單元，連接於該迴路斷路狀態信號產生電路，用以產生一迴路控制信號至該迴路斷路狀態信號產生電路，以控制該迴路斷路狀態信號產生電路產生該迴路斷路狀態信號送至該控制單元；其中該控制單元在接收到該迴路斷路狀態信號產生電路所產生的該迴路斷路狀態信號時，依據該電量消耗值及該控制單元在接收到該迴路斷路狀態信號之後的延續時間，計算出該電器負載於該節電狀態時之節電電能值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之節電電能值之量測電路，更包括有一顯示單元，連接於該控制單元，用以顯示該電量消耗值及該節電電能值之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之節電電能值之量測電路，其中該電量消耗值量測電路包括：一電流感測元件，串聯在該供電迴路；一電流放大器，其兩輸入端係分別連接在該電流感測元件兩端，以在其輸出端產生一類比電流信號；一類比至數位轉換器，接收該電流放大器所產生之類比電流信號，並將該類比電流信號轉換成數位型態之電流值，再送至該控制單元。
4. 如申請專利範圍第1項所述之節電電能值之量測電路，其中該迴路控制單元係為一手動操作單元、一計時器、一紅外線人體感測器、遙控器之一。
5. 如申請專利範圍第1項所述之節電電能值之量測電路，更包括有一電壓量測電路，用以量測該電源供應至該電器負載的電壓值，該電壓量測電路包括：一電壓分壓器，跨接於該供電迴路；一類比至數位轉換器，連接於該電壓分壓器，可產生一數位型態之電壓值送至該控制單元。
6. 一種節電電能值之量測電路，用以量測一電器負載在節電狀態的節電電能值，該電器負載係經由一供電迴路連接於一電源，該電器負載可操作在工作狀態或節電狀態，該量測電路包括有： 一控制單元；一時基信號產生電路，連接於該控制單元，用以產生一時基信號至該控制單元；一電量消耗值量測電路，連接於該供電迴路，以量測該電器負載操作於該工作狀態時之電量消耗值；一電量消耗值記憶單元，連接於該控制單元，用以儲存該電量消耗值；一開關單元，連接於該供電迴路；一操作信號產生電路，連接於該控制單元，該操作信號產生電路在操作下可產生一迴路斷路操作信號送至該控制單元，使該開關單元呈開路狀態，該操作信號產生電路係為一手動操作單元、一計時器、一紅外線人體感測器、遙控器之一；其中該控制單元在接收到該操作信號產生電路，所產生的該迴路斷路操作信號時，依據該電量消耗值及該控制單元在接收到該迴路斷路操作信號之後的延續時間，計算出該電器負載於該節電狀態時之節電電能值。
7. 如申請專利範圍第6項所述之節電電能值之量測電路，更包括有一顯示單元，連接於該控制單元，用以顯示該電量消耗值及該節電電能值之一。
8. 如申請專利範圍第6項所述之節電電能值之量測電路，其中該電量消耗值量測電路包括：一電流感測元件，串聯在該供電迴路；一電流放大器，其兩輸入端係分別連接在該電流感測元 件兩端，以在其輸出端產生一類比電流信號；一類比至數位轉換器，接收該電流放大器所產生之類比電流信號，並將該類比電流信號轉換成數位型態之電流值，再送至該控制單元。
9. 如申請專利範圍第6項所述之節電電能值之量測電路，更包括有一電壓量測電路，用以量測該電源供應至該電器負載的電壓值，該電壓量測電路包括：一電壓分壓器，跨接於該供電迴路；一類比至數位轉換器，連接於該電壓分壓器，可產生一數位型態之電壓值送至該控制單元。