JP4896150B2

JP4896150B2 - 電子式電力量計

Info

Publication number: JP4896150B2
Application number: JP2008539644A
Authority: JP
Inventors: 一憲呉; 法子吉川
Original assignee: Osaka Denki Co Ltd
Current assignee: Osaka Denki Co Ltd
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-10-18
Also published as: CN101542298B; JPWO2008047428A1; CN101542298A; SK50302009A3; WO2008047428A1

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換手段で変換されたデジタル信号に基づいて被計測対象の使用電力量を演算する電子式電力量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子式電力量計の計測精度保証範囲は、一般的に、電圧が定格値の±１０％程度であるのに対して、電流が定格値の６倍〜１／４０倍と広範囲である。このため、この計測精度保証範囲内にある電流を±１％の精度で計測するには、１／２４０×１％＝１／２４，０００、すなわち、２４，０００分の１の分解能が必要となり、Ａ／Ｄコンバータには約１５ビットの分解能が必要となる。しかしながら、演算処理装置として汎用されるマイクロコンピュータ（以下、マイコンと記す）に内蔵されるＡ／Ｄコンバータは、分解能が一般的に１０ビット、多くても１２ビットであり、このような汎用のマイコンを使用する電子式電力量計では分解能が不足してしまう。このため、従来の電子式電力量計では、マイコン内蔵Ａ／Ｄコンバータで不足する分解能を補うため、計測する電流をその大きさに応じた増幅率で増幅している。例えば、特許文献１に開示される従来の電子式電力量計では、整流・平均化された計測電流のレベルと増幅手段の定格レベルとに基づいて増幅率が自動的に調節され、増幅手段では、この調節された増幅率に基づいて電流センサの出力が増幅される。また、計測電流をその大きさに応じて種々の増幅率で増幅できるように、複数の増幅器が図１に示すように多段に設けられた従来の電子式電力量計もある。
【０００３】
この電子式電力量計は、汎用のマイコン１を備えて構成されている。マイコン１には、逐次比較型のＡ／Ｄコンバータ２、およびこのＡ／Ｄコンバータ２で変換されたデジタルデータに基づいて演算を行なうソフトウェア処理部３が設けられている。Ａ／Ｄコンバータ２には、選択スイッチ７を介して、入力信号を５倍に増幅する増幅器９，１０，１１，１２が４段に接続されている。１段目の増幅器９には、選択スイッチ８を介して電圧センサ１３および電流センサ１４が接続されている。選択スイッチ８は、端子８ａ，８ｂ，８ｃの中のいずれかの端子に接続が択一的に切り換えられる。端子８ａに切り換えられると電圧センサ１３からの電圧信号、端子８ｂに切り換えられると電流センサ１４からの電流信号、端子８ｃに切り換えられると各センサ１３，１４の検出出力の基準電位が選択されて計測される。選択スイッチ７は、電流センサ１４で検出された電流信号の増幅に用いる増幅器の段数を選択する際に、端子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの中のいずれかの端子に接続が択一的に切り換えられる。端子７ａに切り換えられると１段の増幅器９が選択され、入力信号は５倍に増幅される。また、端子７ｂに切り換えられると２段の増幅器９，１０、端子７ｃに切り換えられると３段の増幅器９〜１１、端子７ｄに切り換えられると４段の増幅器９〜１２が選択され、入力信号はそれぞれ５^２倍，５^３倍，５^４倍に増幅される。
【０００４】
ソフトウェア処理部３には、ＬＥＤ（発光ダイオード）１５および液晶表示部６の表示を制御する液晶ドライバ５が接続されている。ソフトウェア処理部３は、Ａ／Ｄコンバータ２でデジタルデータに変換された電圧値および電流値を乗算して電力を算出し、この電力を累積加算して電力量を算出する。算出した電力量は液晶表示部６に表示され、また、算出した電力量に基づいて、使用電力量に比例したパルス信号が生成されてＬＥＤ１５が点滅される。
【０００５】
図２は、上記のソフトウェア処理部３における電力量の算出処理の概略を示すフローチャートである。
【０００６】
この電力量の算出処理では、始めに、電流ダミーＡ／Ｄ変換処理が行なわれる（図２，ステップ（以下、Ｓと記す）１参照）。この処理では、選択スイッチ８が端子８ｂに切り換えられてＡ／Ｄコンバータ２によって最初に変換される電流値のデジタルデータが、電流計測精度を上げるために捨てられる。次に、電流プリＡ／Ｄ変換処理が行なわれる（Ｓ２）。この処理では、増幅器９〜１２の中から電流信号の増幅に用いる増幅器の最適な段数を決定するための測定処理が行なわれる。次に、電流本番Ａ／Ｄ変換処理が行なわれる（Ｓ３）。この処理では、Ｓ２で決定した段数の増幅器を選択スイッチ７の切り換えによって選択し、選択した増幅器で電流センサ１４から出力される検出信号を増幅した後、Ａ／Ｄコンバータ２によりデジタルデータに変換する処理が行なわれる。次に、電圧ダミーＡ／Ｄ変換処理が行なわれる（Ｓ４）。この処理では、Ｓ１の電流ダミーＡ／Ｄ変換処理と同様、選択スイッチ８が端子８ａに切り換えられてＡ／Ｄコンバータ２によって最初に変換される電圧値のデジタルデータが、電圧計測精度を上げるために捨てられる。次に、電圧本番Ａ／Ｄ変換処理が行なわれる（Ｓ５）。この処理では、選択スイッチ７の切り換えによって１段の増幅器９を選択し、この増幅器９で電圧センサ１３から出力される検出信号を増幅した後、Ａ／Ｄコンバータ２によりデジタルデータに変換する処理が行なわれる。
【０００７】
次に、Ｓ３で得られた電流値およびＳ５で得られた電圧値から、前回の後述するＳ１３の処理で得られたオフセットが除去され、電力（瞬時電力）が計算される（Ｓ６）。オフセットは、各増幅器９〜１２において入力が零であるときにＡ／Ｄコンバータ２から出力される電圧であり、Ｓ６における電力計算式は、（電圧値−オフセット）×（電流値−オフセット）と表わされる。
【０００８】
次に、ゲイン（利得）調整処理（Ｓ７）が行なわれる。すなわち、Ｓ６で得られる電力計算結果を、Ｓ２で決定された段数の増幅器による増幅率に応じて所定倍することで、ゲイン調整が行なわれる。続いて、ゲインエラー補正処理が行なわれる（Ｓ８）。すなわち、各増幅器９〜１２における増幅率を決める内部抵抗の誤差によって電力計算結果に生じる誤差を取り除く処理が行なわれる。次に、Ｓ６〜Ｓ８の処理によって得られた電力データを累積（積算）して電力量を算出する処理が行なわれる（Ｓ９）。この電力累積処理で算出された電力量に基づいて、使用電力量に比例したパルス信号がＬＥＤ１５へ出力され（Ｓ１０）、液晶表示部６には、算出された電力量が表示される。
【０００９】
次に、オフセットダミーＡ／Ｄ変換処理が行なわれる（Ｓ１１）。この処理では、選択スイッチ８が端子８ｃに切り換えられてＡ／Ｄコンバータ２によって最初に得られるオフセットデータが、各増幅器９〜１２のオフセット計測精度を上げるために捨てられる。次に、オフセット本番Ａ／Ｄ変換処理が行なわれる（Ｓ１２）。この処理では、選択スイッチ７の切り換えにより、増幅器９〜１２の各段毎のオフセットが順番に計測され、この計測されたオフセットがＡ／Ｄコンバータ２によってデジタルデータに変換される。このオフセットの計測は数回行なわれ、この計測結果に基づいてオフセットの平均値が算出される（Ｓ１３）。このようにして得られたオフセットに基づいて、次回の電力計算処理（Ｓ６）が上述したように行なわれる。
【特許文献１】
特開２００４−１７７２２８号公報（段落[００２５]〜[００３１]）
【発明の開示】
【００１０】
しかしながら、上記の図１に示す従来の電子式電力量計では、増幅器９〜１２を多段に接続した構成であるため、Ｓ２の電流プリＡ／Ｄ変換処理によって増幅器の最適な段数を決定したり、Ｓ１１のオフセットダミーＡ／Ｄ変換処理によって各段の増幅器９〜１２のオフセットを計測したり、Ｓ１２のオフセット本番Ａ／Ｄ変換処理によって計測した数回分のオフセット値を増幅器９〜１２の各段毎に記憶しなければならない。さらに、Ｓ７のゲイン調整処理によって各段の増幅器９〜１２毎にゲイン調整をしたり、Ｓ８のゲインエラー補正処理によって各段の増幅器９〜１２についての抵抗誤差を補正する必要がある。従って、上記の図１に示す従来の電子式電力量計では、多くの処理が必要になってソフトウェアの規模が大きくなり、大きなデータ記憶容量も必要になるので、メモリサイズの大きなマイコンが必要となる。
【００１１】
また、処理量が増大することで、マイコン１の動作クロック周波数を高めにして処理速度を向上させなければならず、マイコン１の消費電流が大きくなってしまう。また、増幅器９〜１２を多段に接続した構成であるため、アナログ回路部分の規模も大きくなって基板サイズが大型化すると共に、アナログ回路部分における消費電流も大きなものとなってしまう。従って、図１に示す従来の電子式電力量計では、小型電源を使用することができない。また、消費電流の増加に伴い、電源からの出力電圧の変動幅も大きくなるため、図１に示す従来の電子式電力量計では、電源の出力電圧を安定させるための回路部品が必要となり、コストアップを招いてしまう。また、マイコン１の動作クロック周波数を高くすると、マイコン１から発生する電磁ノイズによる放射電界強度の影響が大きくなる。このため、図１に示す従来の電子式電力量計では、耐ノイズ性能（ＥＭＣ）を高めるための電磁シールドなどの対策が必要となり、この点においてもコストがかかってしまう。
【００１２】
この結果、図１に示す従来の電子式電力量計では、製品の小型化およびコストダウンを十分に図ることができなかった。
【００１３】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
被計測対象の電圧を検出する電圧センサと、
被計測対象の電流を検出する電流センサと、
電圧センサの検出出力、電流センサの検出出力、および、この検出出力の基準電位のそれぞれを順次繰り返して、かつ、それぞれを択一的に選択して出力する選択スイッチと、
選択スイッチの出力信号の電位と基準電位とを差動増幅する差動増幅手段と、
差動増幅手段から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段、およびこのＡ／Ｄ変換手段から出力されたデジタル信号に基づいて被計測対象の使用電力量を演算する演算手段を内蔵した演算処理装置と、
を備えた電子式電力量計であって、
Ａ／Ｄ変換手段は、選択スイッチが切り換わるごとに、ΔΣ変調によるＡ／Ｄ変換を行うとともに、該変換の完了後に動作を停止し、かつ、
演算手段は、選択スイッチが電圧センサの検出出力および電流センサの検出出力のうち少なくとも一方の検出出力を選択したときのＡ／Ｄ変換手段の出力から、選択スイッチが基準電位を選択したときのＡ／Ｄ変換手段の出力を除去したデジタル信号に基づいて、被計測対象の使用電力量を算出することを特徴とする。
［００１４］
この構成によれば、電圧センサの検出出力、電流センサの検出出力、およびこれら検出出力の基準電位は、Ａ／Ｄ変換手段においてΔΣ変調によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された電圧センサおよび電流センサの各検出出力のうち少なくとも一方から、演算手段により、デジタル信号に変換された基準電位が除去されることにより、電圧センサおよび電流センサの各検出出力から差動増幅手段およびＡ／Ｄ変換手段のオフセットが除去される。被計測対象の使用電力量は、オフセットが除去された電圧センサおよび電流センサの各検出出力を用いて算出される。
［００１５］
Ａ／Ｄ変換手段におけるアナログ信号からデジタル信号への変換は、ΔΣ変調の際のオーバーサンプリングによって細かくサンプリングされて高い分解能で行なわれるので、従来の電子式電力量計のように、Ａ／Ｄ変換手段の分解能を補うために増幅手段を多段に構成する必要がなくなる。このため、増幅手段を多段に構成しなくても、広範囲の計測精度保証範囲を必要とする電流センサの検出出力を広範囲にわたって高精度に計測することができるようになる。また、増幅手段を多段に構成する必要がなくなるので、従来の電子式電力量計のように、増幅器の最適な段数を決定したり、各段の増幅器のオフセットを計測したり、計測した数回分のオフセット値を増幅器の各段毎に記憶する必要がなくなる。さらに、ゲイン調整処理によって各段の増幅器毎にゲイン調整をしたり、ゲインエラー補正処理によって各段の増幅器についての抵抗誤差を補正する必要が無くなる。従って、処理の量が少なくなってソフトウェアの規模が小さくなり、データ記憶容量も小さくなるので、演算処理装置に必要とされるメモリサイズが小さくて済むようになる。また、処理量が減少するので、演算処理装置の動作クロック周波数を低く抑えて、その消費電流を小さくすることができる。また、増幅手段を多段に構成する必要がないので、アナログ回路部分の規模も小さくなって基板サイズが小型化すると共に、アナログ回路部分における消費電流も小さくすることができる。従って、電子式電力量計の電源として小型電源を用いることが可能となる。また、消費電流を小さくして電源からの出力電圧の変動幅を小さくすることができるので、従来の電子式電力量計のような電源の出力電圧を安定させるための回路部品が不要となり、コストを抑えることができる。また、演算処理装置の動作クロック周波数を低く抑えることができるので、演算処理装置から発生する電磁ノイズによる放射電界強度の影響を小さくして、耐ノイズ性能の対策に係るコストを抑えることもできる。この結果、本発明による電子式電力量計によれば、製品の小型化およびコストダウンを十分に図ることが可能になる。
［００１６］
また、増幅手段に差動増幅手段を用いているため、増幅手段から出力される少なくとも電流センサからの検出信号にバイアス電圧を印加することができる。このため、電流センサの検出信号が負の範囲に振れるものであっても、バイアス電圧を印加することによって正の範囲で変動する信号にして、電流センサの検出信号を増幅手段によって増幅し、Ａ／Ｄ変換手段によってデジタル信号に変換できる。また、増幅手段に差動増幅手段を用いているため、その入力端子に雑音が乗っても相殺されて雑音の影響を排除できるので、入力信号を高い精度で増幅することができる。
また、電圧センサおよび電流センサの検出出力ならびにこの検出出力の基準電位に対する各変換が完了すると、Ａ／Ｄ変換手段の動作が停止し、Ａ／Ｄ変換手段による次の変換の開始準備が行なわれる。このため、Ａ／Ｄ変換手段による各変換は、Ａ／Ｄ変換手段が停止した状態から速やかに実行されるようになる。従って、Ａ／Ｄ変換手段の動作を停止させずに継続して変換する場合には、変換開始時にＡ／Ｄ変換手段の前の変換動作の完了を待つことなどにより次の変換の開始が遅延して、各変換の開始を一定周期で行なうことができないが、この構成によれば、一定周期で行なうことができる。この結果、被計測対象の電圧および電流の計測タイミングならびにオフセットの計測タイミングが一定周期で行なわれて、被計測対象の使用電力量の算出処理が正確に行なえるようになる。
［００１７］
また、本発明は、演算手段が、使用電力量を所定倍することで、または、使用電力量に応じたパルス出力のしきい値を調整することで、使用電力量の絶対誤差を補正することを特徴とする。
［００１８］
この構成によれば、算出した使用電力量を増幅手段の増幅率に応じて所定倍することで、算出した使用電力量の絶対誤差が補正される。また、算出した使用電力量に応じたパルス出力のしきい値を調整することによっても、パルス出力のタイミングが調整されて、パルスは実際の使用電力量に応じて出力されるようになり、算出した使用電力量の絶対誤差が補正される。このため、算出した使用電力量は、所定倍することによっても、パルス出力のしきい値を調整することによっても、その絶対誤差の補正が可能となり、電子式電力量計の設計の自由度が増す。
［００１９］
また、本発明は、
演算手段が、
電圧センサの検出出力の基準電位が電流センサの検出出力の基準電位とは異なる電位に設定されている場合に、
選択スイッチが電圧センサの検出出力および電流センサの検出出力のうちいずれか一方の検出出力を選択したときのＡ／Ｄ変換手段の出力のみから、選択スイッチが基準電位を選択したときのＡ／Ｄ変換手段の出力を除去したデジタル信号に基づいて、被計測対象の使用電力量を算出することを特徴とする。
［００２０］
この構成によれば、各センサの検出出力から算出される電力値は直流成分からなるが、基準電位の除去が行なわれなかった方の検出出力に現れる増幅手段およびＡ／Ｄ変換手段のオフセットは、電圧の正負均等に現れる交流成分となって、使用電力量の積算処理過程における積分処理で除去される。従って、Ａ／Ｄ変換手段で変換された基準電位の除去が、電流センサの検出出力または電圧センサの検出出力のいずれか一方に対してのみ行なわれるだけで、算出する使用電力量から増幅手段およびＡ／Ｄ変換手段のオフセットを除去することができる。このため、被計測対象の使用電力量の算出処理が簡略化されるようになり、ソフトウェアの規模がさらに小さくなって演算処理装置のメモリサイズがさらに小さくなると共に、動作クロック周波数をさらに低くして消費電流をさらに減少させることができる。
［００２１］
また、本発明は、演算処理装置が、電圧センサおよび電流センサの検出出力ならびにこの検出出力の基準電位のいずれかに対するＡ／Ｄ変換手段による変換の完了後即座に選択スイッチを切り換えて次の選択を行なわせた後、時間をおいてＡ／Ｄ変換手段による次の変換を行なわせることを特徴とする。
［００２２］
この構成によれば、電圧センサおよび電流センサの検出出力ならびにこの検出出力の基準電位のいずれかに対するＡ／Ｄ変換手段による変換が完了すると、即座に選択スイッチが切り換えられ、その後時間をおいて、切り換えられた選択スイッチによって入力される信号に対し、Ａ／Ｄ変換手段による変換が行なわれる。このため、Ａ／Ｄ変換手段による各変換は、選択スイッチが切り換えられてからある程度の時間が経過して、Ａ／Ｄ変換手段に入力される信号が安定した状態で開始されるようになる。従って、計測誤差の発生要因が取り除かれて、Ａ／Ｄ変換手段による各変換は正確に行なわれるようになる。
［００２３］
［００２４］
［００２５］
また、本発明は、Ａ／Ｄ変換手段の参照電圧が演算処理装置の動作電圧と同電位に設定されていることを特徴とする。
［００２６］
この構成によれば、Ａ／Ｄ変換手段にその参照電圧を供給する電源と、演算処理装置にその動作電圧を供給する電源とを共通化することができる。このため、Ａ／Ｄ変換手段にその参照電圧を供給する電源を別個に用意する必要がなくなり、さらに製品の小型化およびコストダウンを図ることができる。
［００２７］
本発明によれば、上記のように、製品の小型化およびコストダウンを十分に図ることができる電子式電力量計を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の電子式電力量計の回路構成の概略を示すブロック図である。
【図２】図１に示す電子式電力量計における電力量の算出処理の概略を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による電子式電力量計の回路構成の概略を示すブロック図である。
【図４】図３に示すブロック図の一部詳細回路図である。
【図５】図３に示す電子式電力量計における電力量の算出処理の概略を示すフローチャートである。
【図６】図５に示す電力量の算出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の変形例による電子式電力量計の回路構成の概略を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の変形例による電子式電力量計の回路構成の概略を示すブロック図である。
【図９】本発明の第３の変形例による電子式電力量計の回路構成の概略を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第４の変形例による電子式電力量計における、累積加算される使用電力量と生成されるパルス信号との関係を示す図である。
【図１１】本発明の第５の変形例による電子式電力量計に用いられるＡ／Ｄコンバータの内部回路図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００３０】
図３は、本実施形態による単相２線式の電子式電力量計の回路構成の概略を示すブロック図である。また、図４は、図３に示すブロック図の一部詳細回路図である。なお、図３および図４において図１と同一または相当する部分には同一の符号を付して説明する。
【００３１】
本実施形態による電子式電力量計は、電圧センサ１３、電流センサ１４、汎用のマイコン２１、および液晶表示部６を備えて構成されている。演算処理装置を構成しているマイコン２１は、選択スイッチ２２、差動増幅器２３、Ａ／Ｄコンバータ２４、ソフトウェア処理部２５、液晶ドライバ５、およびＬＥＤ１５を備えており、回路グランド（ＧＮＤ）は０[Ｖ]の基準電位Ｖ_ＳＳに接続されている。
【００３２】
電圧センサ１３は、電源端子Ｐ０，Ｐ１間に入力される電圧Ｖ・sinωtを抵抗１３ａ，１３ｂ，１３ｃで分圧する分圧回路から構成されており、抵抗１３ｃの両端に現れる分圧電圧Ｅ_Ｖ・sinωtを被計測対象の電圧として検出し、出力する。抵抗１３ｃが接続される信号グランドは、マイコン２１の動作電圧Ｖ_ＤＤ（３．６[Ｖ]）の１／２の電圧であるバイアス電圧Ｖ_ＣＯＭ（１．８[Ｖ]）が図４に示すように基準電位Ｖ_ＳＳに印加された電位にされている。電流センサ１４は、シャント抵抗１４ａから構成されており、負荷端子１Ｓ，１Ｌ間を流れる負荷電流Ｉ・sinωtによってシャント抵抗１４ａの両端間に現れる電圧Ｅ_Ｉ・sinωtを被計測対象の電流として検出し、出力する。電源端子Ｐ１および負荷端子１Ｓはマイコン２１の基準電位Ｖ_ＳＳと同じ０[Ｖ]に接続されており、この０[Ｖ]は、電流センサ１４の検出出力の基準電位となっている。このように、本実施形態では、電流センサ１４の検出出力の基準電位と電圧センサ１３の検出出力の基準電位とは、それぞれ０[Ｖ]と１．８[Ｖ]に設定されて異なっている。
【００３３】
選択スイッチ２２は、端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃの中のいずれかの端子に接続が択一的に切り換えられる。端子２２ａに切り換えられると電圧センサ１３の検出出力、端子２２ｂに切り換えられると電流センサ１４の検出出力、端子２２ｃに切り換えられると電流センサ１４の基準電位が選択される。従って、選択スイッチ２２は、電圧センサ１３もしくは電流センサ１４の検出出力またはこの検出出力の基準電位のいずれかを択一的に選択して出力する。
【００３４】
差動増幅器２３は、選択スイッチ２２を介して上記各センサ１３，１４と接続されており、その増幅出力をＡ／Ｄコンバータ２４へ出力する。差動増幅器２３およびＡ／Ｄコンバータ２４は、電源２６が発生するバイアス電圧Ｖ_ＣＯＭ（１．８[Ｖ]）が回路グランド（０[Ｖ]）に加算された電位を基準電位としており、それぞれ、マイコン２１の動作電圧Ｖ_ＤＤ（３．６[Ｖ]）が供給されて動作する。
【００３５】
図４に示すように、差動増幅器２３の反転入力端子（−）は、抵抗２３ａを介して選択スイッチ２２の出力端子と接続されており、選択スイッチ２２によって選択された各センサ１３，１４からの検出出力およびその基準電位が入力される。また、非反転入力端子（＋）は、抵抗２３ｂを介して電流センサ１４の０[Ｖ]の基準電位、抵抗２３ｃを介して電源２６に接続されている。また、差動増幅器２３の反転入力端子（−）と出力端子との間には抵抗２３ｄが設けられて負帰還がかけられている。差動増幅器２３は、選択スイッチ２２によって選択された少なくとも電流センサ１４の検出出力を増幅する増幅手段を構成しており、反転入力端子（−）および非反転入力端子（＋）に入力される入力信号を差動増幅する差動増幅手段を構成している。
【００３６】
差動増幅器２３の出力端子にはＡ／Ｄコンバータ２４が接続されている。マイコン２１は、選択スイッチ２２を一定時間間隔毎に切り換えて、電圧センサ１３および電流センサ１４の検出出力ならびにこの検出出力の基準電位に対する各変換をＡ／Ｄコンバータ２４に一定時間間隔毎に行なわせる。Ａ／Ｄコンバータ２４は、差動増幅器２３から入力される信号を、参照電圧Ｖ_ｒｅｆを参照してΔΣ変調によってアナログ信号からデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ２４は、電圧センサ１３および電流センサ１４の検出出力ならびに電流センサ１４の基準電位を、ΔΣ変調によってアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段を構成している。
【００３７】
Ａ／Ｄコンバータ２４の出力側には、ソフトウェア処理部２５が接続されている。ソフトウェア処理部２５には、使用電力量に比例したパルス信号が出力されるＬＥＤ１５および液晶表示部６の表示を制御する液晶ドライバ５が接続されている。ソフトウェア処理部２５は、Ａ／Ｄコンバータ２４でデジタル信号に変換された電圧センサ１３の検出出力および電流センサ１４の検出出力を乗算して電力を計算し、この計算した電力を累積加算して被計測対象の使用電力量を算出する。算出した使用電力量は、液晶ドライバ５の制御によって液晶表示部６に表示される。また、ソフトウェア処理部２５は、算出した使用電力量に比例したパルス信号を生成する。この生成したパルス信号が出力されているときにＬＥＤ１５に電流が流れ、ＬＥＤ１５が発光する。このＬＥＤ１５で発光する光は受光センサで検出され、使用電力量に比例したパルス信号が用いられて電力量計測精度の検定処理が行なわれる。ソフトウェア処理部２５は、Ａ／Ｄコンバータ２４で変換されたデジタル信号に基づいて被計測対象の使用電力量を演算する演算手段を構成している。
【００３８】
図５は、上記のソフトウェア処理部２５による使用電力量の算出処理の概略を示すフローチャートである。
【００３９】
本実施形態における使用電力量の算出処理では、まず始めに、電流Ａ／Ｄ変換処理が行なわれる（図５，Ｓ２１参照）。この処理では、選択スイッチ２２が端子２２ｂに接続を切り換えられ、差動増幅器２３で増幅された電流センサ１４の検出出力が、Ａ／Ｄコンバータ２４のΔΣ変調によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。続いて、電圧Ａ／Ｄ変換処理が行なわれる（Ｓ２２）。この処理では、選択スイッチ２２が端子２２ａに接続を切り換えられ、差動増幅器２３で増幅された電圧センサ１３の検出出力が、Ａ／Ｄコンバータ２４のΔΣ変調によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。
【００４０】
次に、Ｓ２１でデジタル信号に変換された電流値およびＳ２２でデジタル信号に変換された電圧値から、前回の後述するＳ２７の処理でデジタル信号に変換されたオフセットが除去され、オフセットが除去された電流値および電圧値から電力が計算される（Ｓ２３）。オフセットは、差動増幅器２３の入力が零のときにＡ／Ｄコンバータ２４の出力に現れる電圧であり、上記Ｓ２３の処理における電力計算式は、（電圧値−オフセット）×（電流値−オフセット）として表わされる。
【００４１】
次に、ゲイン調整処理が行なわれる（Ｓ２４）。この処理では、Ｓ２３で計算された電力データを、差動増幅器２３の増幅率に応じて予め決められた倍率で所定倍することで、瞬時電力の絶対誤差が補正される。次に、Ｓ２３およびＳ２４の処理で得られた電力データが累積加算されて使用電力量が算出され（Ｓ２５）、この算出された使用電力量が液晶表示部６に表示される。また、算出された使用電力量に比例したパルス信号が生成され、この生成されたパルス信号がＬＥＤ１５へ出力される（Ｓ２６）。
【００４２】
次に、オフセットＡ／Ｄ変換処理が行なわれる（Ｓ２７）。この処理では、選択スイッチ２２が端子２２ｃに接続を切り換えられ、差動増幅器２３に０[Ｖ]の基準電位が入力されて差動増幅される。そして、差動増幅された基準電位がＡ／Ｄコンバータ２４のΔΣ変調によってデジタル信号に変換されて、差動増幅器２３およびＡ／Ｄコンバータ２４のオフセットが算出される。次回のＳ２３の電力計算処理では、このＳ２７のオフセットＡ／Ｄ変換処理で得られたオフセットが上述したように電圧値および電流値から除去されて、電力が計算される。
【００４３】
図６は、上記の使用電力量の算出処理の詳細を示すフローチャートである。使用電力量の算出処理は、マイコン２１のタイマ割込処理として行なわれる。
【００４４】
タイマ割込処理の割込タイミングを計時するタイマの計時時間がＴ_ＳＳ（＝５００[μｓ]）に達すると、タイマ割込処理が開始される。このタイマ割込処理で、マイコン２１は、まず始めに、Ｔ_Ｓ２フラグがセットされているか否かを判別する（図６，Ｓ３１参照）。Ｔ_Ｓ２フラグは、電圧Ａ／Ｄ変換処理（図５，Ｓ２２参照）が行なわれる間、後述するようにＳ３９でセットされる。この判別が“Ｎｏ”である場合、次に、Ｖ_ＯＦＦ中フラグがセットされているか否か、すなわち、差動増幅器２３およびＡ／Ｄコンバータ２４のオフセットを計測している最中か否かを判別する（Ｓ３２）。Ｖ_ＯＦＦ中フラグは、オフセットＡ／Ｄ変換処理（図５，Ｓ２７参照）が行なわれる間後述するようにＳ４５でセットされる。オフセットＡ／Ｄ変換処理が行なわれていなくて、Ｓ３２の判別が“Ｎｏ”である場合、マイコン２１は、タイマにＴ_Ｓ１（＝９３[μｓ]）の時間をセットし（Ｓ３３）、時間Ｔ_Ｓ１の計時を開始させる。この時間Ｔ_Ｓ１の計時が行なわれる間に、以下に示すＳ３９までの一連の処理が行なわれる。また、Ｓ３３のタイマセットにより、Ｔ_Ｓ１の時間経過後、次のタイマ割込が発生してＳ４１の電圧ΔΣＡ／Ｄ変換が開始される。次に、マイコン２１は、電流Ａ／Ｄ変換処理（図５，Ｓ２１参照）を開始させる（Ｓ３４）。この際、選択スイッチ２２は、後述するＳ５６の処理で、電流センサ１４の検出出力がＡ／Ｄコンバータ２４へ出力される端子２２ｂに既に切り換えられている。次に、マイコン２１は、Ｓ３４で開始させた電流Ａ／Ｄ変換処理が完了したか否かを判別し（Ｓ３５）、この判別が“Ｙｅｓ”になると、Ａ／Ｄコンバータ２４の動作を即座に停止させる（Ｓ３６）。そして、選択スイッチ２２を端子２２ａに切り換えて、電圧センサ１３の検出出力が差動増幅器２３に入力される状態にセットし（Ｓ３７）、次の電圧ΔΣＡ／Ｄ変換（Ｓ４１参照）の開始準備を行なう。
【００４５】
次に、Ｓ３４およびＳ３５の処理でデジタル信号に変換された電流センサ１４の検出出力値（ＡＤ値）から、後述するＳ５５で既にデジタル信号に変換してあるオフセット値（Ｖ_ＯＦＦ値）を除去した値（電流値−オフセット）を、電力計算に用いる電流値としてマイコン２１が内蔵するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）の図示しない作業データ格納領域にセットする（Ｓ３８）。次に、マイコン２１は、Ｔ_Ｓ２フラグをセットして（Ｓ３９）、タイマ割込処理を終了する。
【００４６】
また、Ｔ_Ｓ２フラグがセットされていてＳ３１の判別が“Ｙｅｓ”である場合、マイコン２１は、タイマにＴ_Ｓ２（＝Ｔ_ＳＳ−Ｔ_Ｓ１＝５００−９３＝４０７[μｓ]）の時間をセットし（Ｓ４０）、この時間Ｔ_Ｓ２の計時を開始させる。この時間Ｔ_Ｓ２の計時が行なわれる間に、以下に示すＳ４９までの一連の処理が行なわれる。また、Ｓ４０のタイマセットにより、Ｔ_Ｓ２の時間経過後、次のタイマ割込が発生してＳ５２のＶ_ＯＦＦΔΣＡ／Ｄ変換が開始される。次に、マイコン２１は、電圧Ａ／Ｄ変換処理（図５，Ｓ２２参照）を開始させる（Ｓ４１）。この際、選択スイッチ２２は、Ｓ３７の処理で、電圧センサ１３の検出出力がＡ／Ｄコンバータ２４へ出力される端子２２ａに既に切り換えられている。次に、マイコン２１は、Ｓ４１で開始させた電圧Ａ／Ｄ変換処理が完了したか否かを判別し（Ｓ４２）、この判別が“Ｙｅｓ”になると、Ａ／Ｄコンバータ２４の動作を即座に停止させる（Ｓ４３）。そして、選択スイッチ２２を端子２２ｃに切り換えて、電流センサ１４の基準電位が差動増幅器２３に入力される状態にセットし（Ｓ４４）、Ｖ_ＯＦＦ中フラグをセットして（Ｓ４５）、次のＶ_ＯＦＦΔΣＡ／Ｄ変換（Ｓ５２参照）の開始準備を行なう。
【００４７】
次に、Ｓ４１およびＳ４２の処理でデジタル信号に変換された電圧センサ１３の検出出力値（ＡＤ値）から、後述するＳ５５で既にデジタル信号に変換してあるオフセット値（Ｖ_ＯＦＦ値）を除去した値（電圧値−オフセット）を、電力計算に用いる電圧値としてマイコン２１が内蔵するＲＡＭの図示しない作業データ格納領域にセットする（Ｓ４６）。次に、Ｓ３９でセットしたＴ_Ｓ２フラグをクリアし（Ｓ４７）、引き続いて、Ｓ３８で作業データ格納領域にセットした電流値とＳ４６で作業データ格納領域にセットした電圧値とを乗算して電力を計算する（Ｓ４８）。このＳ４８で算出した電力データに対しては、上述したゲイン調整処理（図５，Ｓ２４参照）および電力累積処理（図５，Ｓ２５参照）が行なわれ、使用電力量が算出されると共にその絶対誤差が補正される。次に、算出した使用電力量に基づいて、使用電力量に比例したパルス信号を生成し（Ｓ４９）、タイマ割込処理を終了する。生成したパルス信号は上述したようにＬＥＤ１５へ出力される（図５，Ｓ２６参照）。
【００４８】
また、Ｖ_ＯＦＦ中フラグがセットされていてＳ３２の判別が“Ｙｅｓ”である場合、マイコン２１は、タイマにＴ_ＳＳ（＝５００[μｓ]）の時間をセットし（Ｓ５１）、時間Ｔ_ＳＳの計時を開始させる。この時間Ｔ_ＳＳの計時が行なわれる間に、以下に示すＳ５７までの一連の処理が行なわれる。また、Ｓ５１のタイマセットにより、Ｔ_ＳＳの時間経過後、次のタイマ割込が発生してＳ３４の電流ΔΣＡ／Ｄ変換が開始される。次に、マイコン２１は、オフセットＡ／Ｄ変換処理（図５，Ｓ２７参照）を開始させる（Ｓ５２）。この際、選択スイッチ２２は、Ｓ４４の処理で、電流センサ１４の基準電位がＡ／Ｄコンバータ２４へ出力される端子２２ｃに既に切り換えられている。次に、マイコン２１は、Ｓ５２で開始させたオフセットＡ／Ｄ変換処理が完了したか否かを判別し（Ｓ５３）、この判別が“Ｙｅｓ”になると、Ａ／Ｄコンバータ２４の動作を即座に停止させる（Ｓ５４）。続いて、Ｓ５２およびＳ５３の処理でデジタル信号に変換されたオフセット値（Ｖ_ＯＦＦ値）を、マイコン２１が内蔵するＲＡＭの作業データ格納領域にセットする（Ｓ５５）。そして、選択スイッチ２２を端子２２ｂに切り換えて、電流センサ１４の検出出力が差動増幅器２３に入力される状態にセットし（Ｓ５６）、次の電流ΔΣＡ／Ｄ変換（Ｓ３４参照）の開始準備を行なう。次に、Ｓ４５でセットしたＶ_ＯＦＦ中フラグをクリアして（Ｓ５７）、タイマ割込処理を終了する。
【００４９】
本実施形態による電子式電力量計によれば、上述したように、電圧センサ１３の検出出力、電流センサ１４の検出出力、およびこれら検出出力の基準電位は、Ａ／Ｄコンバータ２４においてΔΣ変調によってアナログ信号からデジタル信号に変換される（図５，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２７、図６，Ｓ３４，Ｓ４１，Ｓ５２参照）。そして、ソフトウェア処理部２５における演算により、デジタル信号に変換された電圧センサ１３および電流センサ１４の各検出出力から、デジタル信号に変換された基準電位が除去されることにより（図６，Ｓ３８，Ｓ４６参照）、電圧センサ１３および電流センサ１４の各検出出力から差動増幅器２３およびＡ／Ｄコンバータ２４のオフセットが除去される。被計測対象の使用電力量は、オフセットが除去された電圧センサ１３および電流センサ１４の各検出出力を用いて算出される（図５，Ｓ２３，Ｓ２５、図６，Ｓ４８参照）。
【００５０】
Ａ／Ｄコンバータ２４におけるアナログ信号からデジタル信号への変換は、ΔΣ変調の際のオーバーサンプリングによって細かくサンプリングされて高い分解能で行なわれるので、従来の電子式電力量計のように、Ａ／Ｄコンバータ２４の分解能を補うために増幅手段を多段に構成する必要がなくなる。このため、増幅手段を多段に構成しなくても、広範囲の計測精度保証範囲を必要とする電流センサ１４の検出出力を広範囲にわたって高精度に計測することができるようになる。また、増幅手段を多段に構成する必要がなくなるので、従来の電子式電力量計のように、増幅器の最適な段数を決定したり、各段の増幅器のオフセットを計測したり、計測した数回分のオフセット値を増幅器の各段毎にＲＡＭに記憶する必要がなくなる。さらに、ゲイン調整処理によって各段の増幅器毎にゲイン調整をしたり、ゲインエラー補正処理によって各段の増幅器についての抵抗誤差を補正する必要が無くなる。従って、処理の量が少なくなってソフトウェア処理部２５におけるソフトウェアの規模が小さくなり、マイコン２１に内蔵されるＲＡＭのデータ記憶容量も小さくなるので、マイコン２１に必要とされるＲＡＭのメモリサイズが小さくて済むようになる。また、処理量が減少するので、マイコン２１の動作クロック周波数を低く抑えて、その消費電流を小さくすることができる。また、増幅手段を多段に構成する必要がないので、アナログ回路部分の規模も小さくなって電子式電力量計に内蔵する電子回路基板の基板サイズが小型化すると共に、アナログ回路部分における消費電流も小さくすることができる。従って、電子式電力量計の電源として小型電源を用いることが可能となる。また、消費電流を小さくして電源からの出力電圧の変動幅を小さくすることができるので、従来の電子式電力量計のような電源の出力電圧を安定させるための回路部品が不要となり、コストを抑えることができる。また、マイコン２１の動作クロック周波数を低く抑えることができるので、マイコン２１から発生する電磁ノイズによる放射電界強度の影響を小さくして、耐ノイズ性能の対策に係るコストを抑えることもできる。この結果、本実施形態による電子式電力量計によれば、製品の小型化およびコストダウンを十分に図ることが可能になる。
【００５１】
また、増幅手段に差動増幅器２３を用いているため、差動増幅器２３から出力される電圧センサ１３および電流センサ１４からの検出信号にバイアス電圧Ｖ_ＣＯＭを印加することができる。このため、電圧センサ１３および電流センサ１４の検出信号が電圧の負の範囲に振れるものであっても、バイアス電圧Ｖ_ＣＯＭを印加することによって正の範囲で変動する信号にして、電圧センサ１３および電流センサ１４の検出信号を差動増幅器２３によって増幅し、Ａ／Ｄコンバータ２４によってデジタル信号に変換できる。また、増幅手段に差動増幅器２３を用いているため、その反転入力端子（−）および非反転入力端子（＋）に雑音が乗っても相殺されて雑音の影響を排除できるので、各センサ１３，１４の検出信号を高い精度で増幅することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、図６，Ｓ３４の電流ΔΣＡ／Ｄスタート、Ｓ４１の電圧ΔΣＡ／Ｄスタート、Ｓ５２のＶ_ＯＦＦΔΣＡ／Ｄスタートは、それぞれ、Ｔ_Ｓ１＋Ｔ_Ｓ２＋Ｔ_ＳＳ（＝１０００[μｓ]）の一定時間間隔で行なわれる。そして、電圧センサ１３および電流センサ１４の検出出力ならびにこの検出出力の基準電位のいずれかに対するＡ／Ｄコンバータ２４による変換が完了すると、即座に選択スイッチ２２が切り換えられ（図６，Ｓ３７，Ｓ４４，Ｓ５６参照）、その後時間をおいて、切り換えられた選択スイッチ２２によって入力される信号に対し、Ａ／Ｄコンバータ２４による変換が行なわれる（図６，Ｓ３４，Ｓ４１，Ｓ５２参照）。このため、Ａ／Ｄコンバータ２４による各変換は、選択スイッチ２２が切り換えられてからある程度の時間が経過して、Ａ／Ｄコンバータ２４に入力される信号が安定した状態で開始されるようになる。従って、計測誤差の発生要因が取り除かれて、Ａ／Ｄコンバータ２４による各変換は正確に行なわれるようになる。
【００５３】
また、本実施形態では、電圧センサ１３および電流センサ１４の検出出力ならびにこの検出出力の基準電位に対する各変換が完了すると、Ａ／Ｄコンバータ２４の動作が即座に停止し（図６，Ｓ３６，Ｓ４３，Ｓ５４参照）、Ａ／Ｄコンバータ２４による次の変換の開始準備が行なわれる。このため、Ａ／Ｄコンバータ２４による各変換は、Ａ／Ｄコンバータ２４が停止した状態から速やかに実行されるようになる。従って、Ａ／Ｄコンバータ２４の動作を停止させずに継続して変換する場合には、変換開始時にＡ／Ｄコンバータ２４の前の変換動作の完了を待つことなどにより次の変換の開始が遅延して、各変換の開始を一定周期で行なうことができないが、本実施形態によれば、１０００（＝９３＋４０７＋５００）[μｓ]毎の一定周期で行なうことができる（図６，Ｓ３４，Ｓ４１，Ｓ５２参照）。この結果、被計測対象の電圧および電流の計測タイミングならびにオフセットの計測タイミングが一定周期で行なわれて、被計測対象の使用電力量の算出処理が正確に行なえるようになる。
【００５４】
なお、上記実施形態では、電力計算が、式（電圧値−オフセット）×（電流値−オフセット）によって行なわれる場合を説明したが（図５，Ｓ２３、図６，Ｓ３８，Ｓ４６，Ｓ４８参照）、本発明はこれに限られるものではない。上記実施形態のように、電流センサ１４の検出出力の基準電位（０[Ｖ]）と電圧センサ１３の検出出力の基準電位（１．８[Ｖ]）とを異ならせた場合に、ソフトウェア処理部２５における演算が、Ａ／Ｄコンバータ２４で変換された電流センサ１４の検出出力の基準電位を、Ａ／Ｄコンバータ２４で変換された電流センサ１４の検出出力のみから除去（オフセットキャンセル）する構成とすることも可能である。
【００５５】
つまり、この構成では、電圧センサ１３で検出した電圧値からオフセットを除去する図６，Ｓ４６の処理は行なわれず、電力は、式（電圧値）×（電流値−オフセット）によって計算される。このように電流側のオフセットキャンセルのみ行ない、電圧側のオフセットキャンセルを行なわなくても、以下に示すように、使用電力量は正確に算出される。
【００５６】
図４における電源端子Ｐ０，Ｐ１間の電圧をＶ・sinωt、電圧センサ１３の信号グランドをＶ_ＣＯＭ、差動増幅器２３およびＡ／Ｄコンバータ２４によるオフセットをＶ_ＯＦＦ、抵抗１３ａ，１３ｂ，１３ｃの抵抗値をそれぞれＲ_１，Ｒ_２，Ｒ_３、α＝Ｒ_３／（Ｒ_１＋Ｒ_２＋Ｒ_３）とすると、抵抗１３ｃの両端に現れる電圧Ｅ_Ｖ・sinωtに基づいて電圧センサ１３で計測される電圧のＡ／Ｄ変換結果は、
Ｅ_Ｖ・sinωt ＋Ｖ_ＯＦＦ
＝（Ｖ・sinωt − Ｖ_ＣＯＭ）×α ＋Ｖ_ＯＦＦ
となる。また、負荷端子１Ｌ，１Ｓ間を流れる電流Ｉ・sinωtによってシャント抵抗１４ａの両端に電圧Ｅ_Ｉ・sinωtが現れるので、電流センサ１４で計測される電流のＡ／Ｄ変換結果は、
Ｅ_Ｉ・sinωt ＋Ｖ_ＯＦＦ
となる。従って、電力は、以下に示すように計算される。
電力
＝（電圧値）×（電流値−オフセット）
＝（Ｅ_Ｖ・sinωt ＋Ｖ_ＯＦＦ）×（Ｅ_Ｉ・sinωt ＋Ｖ_ＯＦＦ − Ｖ_ＯＦＦ）
＝｛（Ｖ・sinωt − Ｖ_ＣＯＭ）×α ＋Ｖ_ＯＦＦ｝×（Ｅ_Ｉ・sinωt ＋Ｖ_ＯＦＦ − Ｖ_ＯＦＦ）
＝（α・Ｖ・sinωt − α・Ｖ_ＣＯＭ＋Ｖ_ＯＦＦ）×Ｅ_Ｉ・sinωt
＝α・Ｖ・Ｅ_Ｉ・sin^２ωt − Ｅ_Ｉ（α・Ｖ_ＣＯＭ − Ｖ_ＯＦＦ）sinωt
【００５７】
この場合、各センサ１３，１４の検出出力から算出される電力値は、第１項の直流成分（α・Ｖ・Ｅ_Ｉ・sin^２ωt）からなるが、基準電位の除去が行なわれなかった電圧センサ１３の検出出力に現れる差動増幅器２３およびＡ／Ｄコンバータ２４のオフセットＶ_ＯＦＦは、第２項の正負に振れる交流成分Ｅ_Ｉ（α・Ｖ_ＣＯＭ − Ｖ_ＯＦＦ）sinωtとなって、図５，Ｓ２５の電力累積処理における積分処理により零になる。従って、電圧側のオフセットキャンセルを行なわなくとも、Ｖ_ＯＦＦの影響は電力計算の際に自動的に除去されることになる。つまり、上記の式でα・Ｖ＝Ｅ_Ｖとすると、時刻０〜ｔの間に算出される使用電力量は、以下の式で計算される。ここで、sin^２ωt＝−（cos２ωt−１）／２と変換される。また、ω＝２πｆ＝２π／ｔであるので、ｔ＝２π／ωと変換される。
【数１】

【００５８】
ここで、Ｅ_Ｖ，Ｅ_Ｉはピーク値であるので、実効値で上記の使用電力量を表わすと以下の式となる。
【数２】

【００５９】
このように、電圧側のオフセットキャンセルを行なわなくとも、Ｖ_ＯＦＦの影響は電力計算の際に自動的に除去される。
【００６０】
上記の構成によれば、Ａ／Ｄコンバータ２４で変換された基準電位の除去が、電流センサ１４の検出出力に対してのみ行なわれるだけで、算出する使用電力量から差動増幅器２３およびＡ／Ｄコンバータ２４のオフセットを除去することができる。このため、被計測対象の使用電力量の算出処理が簡略化されるようになり、ソフトウェアの規模がさらに小さくなってマイコン２１のメモリサイズがさらに小さくなると共に、動作クロック周波数をさらに低くして消費電流をさらに減少させることができる。
【００６１】
また、上記構成では、図３および図４に示すように、電流センサ１４の検出出力の基準電位と電圧センサ１３の検出出力の基準電位とが、それぞれ０[Ｖ]と１．８[Ｖ]に設定され、Ａ／Ｄコンバータ２４で変換された電流センサ１４の検出出力の基準電位を、Ａ／Ｄコンバータ２４で変換された電流センサ１４の検出出力のみから除去する場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、電流センサ１４の検出出力の基準電位を信号グランドの基準電位（例えば１．８[Ｖ]）、電圧センサ１３の検出出力の基準電位を回路グランドの基準電位Ｖ_ＳＳ（例えば０[Ｖ]）に設定すると共に、選択スイッチ２２の端子２２ｃをこの回路グランドの基準電位Ｖ_ＳＳに接続して、Ａ／Ｄコンバータ２４で変換された電圧センサ１３の検出出力の基準電位を、Ａ／Ｄコンバータ２４で変換された電圧センサ１３の検出出力のみから除去する構成とすることもできる。
【００６２】
上記のように、各センサ１３，１４の検出出力から算出される電力値は直流成分からなるが、基準電位の除去が行なわれなかった方の検出出力に現れる差動増幅器２３およびＡ／Ｄコンバータ２４のオフセットは、電圧の正負均等に現れる交流成分となって、使用電力量の積算処理過程における積分処理（図５，Ｓ２５参照）で除去される。従って、Ａ／Ｄコンバータ２４で変換された基準電位の除去が、電流センサ１４の検出出力または電圧センサ１３の検出出力のいずれか一方に対してのみ行なわれるだけで、算出する使用電力量から差動増幅器２３およびＡ／Ｄコンバータ２４のオフセットを除去することができる。このため、被計測対象の使用電力量の算出処理が簡略化されるようになり、ソフトウェアの規模がさらに小さくなってマイコン２１のメモリサイズがさらに小さくなると共に、動作クロック周波数をさらに低くして消費電流をさらに減少させることができる。
【００６３】
また、上記の実施形態においては、１組の電圧センサ１３および電流センサ１４が選択スイッチ２２を介して差動増幅器２３に接続されて構成されている場合を説明したが、複数組の電圧センサおよび電流センサを備えた多素子計器の構成とすることも可能である。
【００６４】
図７は、３組の電圧センサおよび電流センサを備えた電子式電力量計の回路構成の概略を示すブロック図である。なお、同図において図３と同一または相当する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００６５】
本構成による多素子の電子式電力量計では、マイコン４１に内蔵された差動増幅器２３に、選択スイッチ４２を介して電圧センサ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ、および電流センサ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが接続されている。各電流センサ１４Ａ〜１４Ｃは電流トランスまたはロゴスキーコイルで構成されており、ソフトウェア処理部２５ａによる電力計算は各組の素子毎に行なわれる。これらの点以外については、上記実施形態と同一の構成となっている。この構成においても、上記実施形態における電子式電力量計と同様の作用効果が奏される。
【００６６】
また、上記実施形態においては、電圧センサ１３および電流センサ１４の両方のセンサの検出出力が差動増幅器２３によって増幅される場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。被計測対象となる電圧は、被計測対象となる電流と比べて計測精度保証範囲は広範囲ではなく、また、被計測対象となる電流と比べて検出信号の振幅も大きい。このため、図８に示すように、電圧センサ１３を差動増幅器２３を介さずに直接Ａ／Ｄコンバータ２４に接続する構成とすることも可能となる。なお、同図において図３と同一または相当する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００６７】
本構成においては、２つの選択スイッチ２２，５２を使って電圧センサ１３が差動増幅器２３を介さずにＡ／Ｄコンバータ２４に接続される点、これら構成に応じてソフトウェア処理部２５ｂにおける処理が異なっている点以外、上記実施形態と同一の構成となっている。
【００６８】
電圧センサ１３の検出出力がＡ／Ｄコンバータ２４に入力されてデジタル信号に変換される際には、選択スイッチ２２，５２が、それぞれ図８に示すように端子２２ａ，５２ａに切り換えられ、電圧センサ１３の検出出力は、選択スイッチ２２，５２を介して直接Ａ／Ｄコンバータ２４に入力される。また、電流センサ１４の検出出力がＡ／Ｄコンバータ２４に入力されてデジタル信号に変換される際には、選択スイッチ２２，５２が、端子２２ｂ，５２ｂに切り換えられ、電流センサ１４の検出出力は、差動増幅器２３で増幅されてからＡ／Ｄコンバータ２４に入力される。また、電流センサ１４の基準電位がＡ／Ｄコンバータ２４に入力されてデジタル信号に変換される際には、選択スイッチ２２，５２が、それぞれ端子２２ｃ，５２ｂに切り換えられ、電流センサ１４の基準電位は、差動増幅器２３において差動増幅されてからＡ／Ｄコンバータ２４に入力される。従って、この構成においても、上記実施形態における電子式電力量計と同様の作用効果が奏される。
【００６９】
また、上記実施形態においては、差動増幅器２３が、マイコン２１の内部の、Ａ／Ｄコンバータ２４の前段に内蔵されている場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。差動増幅器２３は、マイコン２１に内蔵されていても、また、マイコン２１の外部に設けられていても構わない。
【００７０】
図９は、差動増幅器２３がマイコン２１の外部に設けられて構成された電子式電力量計の回路構成の概略を示すブロック図である。なお、同図において図３と同一または相当する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００７１】
本構成におけるマイコン６１は、増幅器６３を備えた汎用のマイコンであり、増幅器６３は、選択スイッチ６２を介してＡ／Ｄコンバータ２４と接続されている。また、電流センサ１４は、マイコン６１の外部に設けられた選択スイッチ６５および差動増幅器６４を介してマイコン６１内部の選択スイッチ２２に接続されている。これらの点、およびこれら構成に応じてソフトウェア処理部２５ｃにおける処理が異なっている点以外については、上記実施形態と同一の構成となっている。
【００７２】
電圧センサ１３の検出出力がＡ／Ｄコンバータ２４に入力されてデジタル信号に変換される際には、選択スイッチ２２，６２が、それぞれ図９に示すように端子２２ａ，６２ａに切り換えられる。電圧センサ１３の検出出力は、選択スイッチ２２，６２を介して直接Ａ／Ｄコンバータ２４に入力される。また、電流センサ１４の検出出力がＡ／Ｄコンバータ２４に入力されてデジタル信号に変換される際には、選択スイッチ６５，２２，６２がそれぞれ端子６５ａ，２２ｂ，６２ｂに切り換えられる。電流センサ１４の検出出力は、差動増幅器２３および増幅器６３でそれぞれ増幅されてからＡ／Ｄコンバータ２４に入力される。また、電流センサ１４の基準電位がＡ／Ｄコンバータ２４に入力されてデジタル信号に変換される際には、選択スイッチ６５，２２，６２が、それぞれ端子６５ｂ，２２ｃ，６２ｂに切り換えられる。電流センサ１４の基準電位は、差動増幅器２３および増幅器６３でそれぞれ増幅されてからＡ／Ｄコンバータ２４に入力される。従って、この構成においても、上記実施形態における電子式電力量計と同様の作用効果が奏される。
【００７３】
また、上記実施形態においては、ゲイン調整処理（図５，Ｓ２４参照）において瞬時電力を所定倍することで使用電力量の絶対誤差を補正する場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。
【００７４】
図１０は、累積加算される使用電力量（図５，Ｓ２５参照）とソフトウェア処理部２５からＬＥＤ１５へ出力されるパルス信号との関係を示す図である。同図（ａ）は、時間の経過に応じて累積加算される使用電力量、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示す使用電力量が一定値（しきい値）に達すると出力されるパルス信号の出力タイミングを、それぞれ示している。なお、同図（ａ），（ｂ）において横軸は時間軸を表している。
【００７５】
使用電力量の絶対誤差を補正する必要がない場合には、同図（ａ）において実線で示すように、パルス出力のしきい値がαに設定されている。ソフトウェア処理部２５において累積加算される使用電力量がαに達すると、同図（ｂ）に示すようにパルス信号が出力され、累積加算された使用電力量が“０”にリセットされる。以後同様に、時間ｔが経過して使用電力量がしきい値αに達する度にパルス信号が出力される。しきい値αは、電子式電力量計に定格電圧および定格電流が印加された場合、時間ｔが一定になってパルス信号周波数が例えば６．４[Hz]になるように調整される。しかしながら、実際に累積加算される使用電力量の増加率は、各センサ１３，１４の感度や内部抵抗の値、Ａ／Ｄコンバータ２４に印加される参照電圧Ｖ_ｒｅｆの値、差動増幅器２３におけるゲインエラーといった、各部品の精度などに応じて、同図（ａ）に点線や一点鎖線で示すのこぎり歯状波形のように小さくなったり、大きくなったりして変化する。このように増加率が変化すると使用電力量がしきい値αに達するタイミングも変化してしまうため、使用電力量に応じたパルス出力のしきい値を調整することで、使用電力量の絶対誤差を補正する。具体的には、同図（ａ）において点線で示すように使用電力量の増加率が小さくなる場合には、しきい値をαからβ（α>β）に変更する。また、一点鎖線で示すように使用電力量の増加率が大きくなる場合には、しきい値をαからγ（α<γ）に変更する。このように、しきい値を調整することで、パルス出力のタイミングが調整されるので、パルス信号は実際の使用電力量に応じて出力されるようになり、算出した使用電力量の絶対誤差が補正される。
【００７６】
算出した使用電力量の絶対誤差は、図５，Ｓ２４のゲイン調整によって差動増幅器２３の増幅率に応じて所定倍することで補正されるが、上記のように、パルス出力のしきい値を調整することによっても、補正される。このため、電子式電力量計の設計の自由度は増す。
【００７７】
また、上記実施形態においては、差動増幅器２３を用いて各センサ１３，１４の検出信号や基準電位を増幅する場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図３および図４に示す電子式電力量計において、差動増幅器２３の代わりにＡ／Ｄコンバータ２４の入力コンデンサ比によって各センサ１３，１４の検出信号や基準電位を増幅するようにしてもよい。図１１は、Ａ／Ｄコンバータ２４の内部に構成されるスイッチトキャパシタ積分回路を示す回路図である。
【００７８】
Ａ／Ｄコンバータ２４は、演算増幅器７１およびその出力側に接続されたコンパレータ７２を備えて構成されている。演算増幅器７１の入力側と出力側とは、ホールドコンデンサ７９，８０によって帰還接続されている。また、演算増幅器７１の入力側には、入力信号のサンプリングを行なう容量Ｃｉのサンプリングコンデンサ７３，７４、およびフィードバックを行なう容量Ｃｒのフィードバックコンデンサ７５，７６が、接続されている。フィードバックコンデンサ７５，７６には、切換スイッチ７７，７８がそれぞれ接続されており、これらスイッチ７７，７８はコンパレータ７２の出力によって切り換えられ、フィードバックコンデンサ７５，７６に参照電圧＋Ｖ_ｒｅｆまたは−Ｖ_ｒｅｆが印加される。サンプリングコンデンサ７３は上述した選択スイッチ２２に接続され、サンプリングコンデンサ７３には選択スイッチ２２の切り換えに応じて各センサ１３，１４の検出出力や基準電位が入力される。また、サンプリングコンデンサ７４は電流センサ１４の基準電位に接続され、サンプリングコンデンサ７４には０[Ｖ]の基準電位が入力される。
【００７９】
上記構成において、サンプリングコンデンサ７３，７４に入力される信号は、それぞれ入力コンデンサ比Ｃｉ／Ｃｒの増幅率で差動増幅されてΔΣ変調され、アナログ信号からデジタル信号に変換される。従って、この構成においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏されることになる。
【００８０】
また、上記の実施形態においては、電圧センサ１３が分圧抵抗１３ａ〜１３ｃから構成され、電流センサ１４がシャント抵抗１４ａから構成される場合を説明したが、電圧センサ１３や電流センサ１４の種類は適宜変更可能である。例えば、電流センサ１４として、図７に示した電流トランス（ＣＴ）やロゴスキーコイルなどを用いることも可能である。
【００８１】
また、上記実施形態においては、選択スイッチ２２の切り換えにより、電流センサ１４の検出出力、電圧センサ１３の検出出力、および電流センサ１４の基準電位の順番で、Ａ／Ｄコンバータ２４においてＡ／Ｄ変換処理が行なわれる場合を説明したが（図５，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２７参照）、これら各信号に対するＡ／Ｄ変換処理の順番は適宜変更可能である。
【００８２】
また、上記実施形態においては、Ａ／Ｄコンバータ２４に印加される参照電圧Ｖ_ｒｅｆがマイコン２１の動作電圧Ｖ_ＤＤとは別に用意される場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、Ａ／Ｄコンバータ２４の参照電圧Ｖ_ｒｅｆをマイコン２１の動作電圧Ｖ_ＤＤと同電位に設定し、Ａ／Ｄコンバータ２４に参照電圧Ｖ_ｒｅｆを供給する電源と、マイコン２１に動作電圧Ｖ_ＤＤを供給する電源とを共通化することができる。この構成によれば、Ａ／Ｄコンバータ２４に参照電圧Ｖ_ｒｅｆを供給する電源を別個に用意する必要がなくなり、さらに製品の小型化およびコストダウンを図ることができる。
【００８３】
また、上記実施形態のタイマ割込処理においては、Ｔ_Ｓ１，Ｔ_Ｓ２，Ｔ_ＳＳの時間を、それぞれ、９３[μｓ]，４０７[μｓ]，５００[μｓ]とすると共に、バイアス電圧Ｖ_ＣＯＭ，マイコン２１の動作電圧Ｖ_ＤＤを、それぞれ、１．８[Ｖ]，３．６[Ｖ]として説明したが、Ｔ_Ｓ１，Ｔ_Ｓ２，Ｔ_ＳＳやＶ_ＣＯＭ，Ｖ_ＤＤはこれらの値に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【００８４】
また、上記実施形態においては、電圧センサ１３の耐電圧性能の向上を図るため、電源端子Ｐ０と抵抗１３ｃとの間に２つの抵抗１３ａ，１３ｂを直列に接続した場合を説明したが、電源端子Ｐ０と抵抗１３ｃとの間に接続される抵抗は１つでもよく、その個数は適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
上記実施形態においては、本発明を単相２線式の電子式電力量計に適用した場合を説明したが、Ａ／Ｄ変換手段で変換されたデジタル信号に基づいて被計測対象の使用電力量を演算する、単相３線式や三相３線式などの種々の電子式電力量計に適用することも可能である。このような種々の電子式電力量計に本発明を適用した場合においても、上記実施形態と同様な作用効果が奏される。

Claims

被計測対象の電圧を検出する電圧センサと、
被計測対象の電流を検出する電流センサと、
前記電圧センサの検出出力、前記電流センサの検出出力、および、この検出出力の基準電位のそれぞれを順次繰り返して、かつ、それぞれを択一的に選択して出力する選択スイッチと、
前記選択スイッチの出力信号の電位と前記基準電位とを差動増幅する差動増幅手段と、
前記差動増幅手段から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段、およびこのＡ／Ｄ変換手段から出力されたデジタル信号に基づいて被計測対象の使用電力量を演算する演算手段を内蔵した演算処理装置と、
を備えた電子式電力量計であって、
前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記選択スイッチが切り換わるごとに、ΔΣ変調によるＡ／Ｄ変換を行うとともに、該変換の完了後に動作を停止し、かつ、
前記演算手段は、前記選択スイッチが前記電圧センサの検出出力および前記電流センサの検出出力のうち少なくとも一方の検出出力を選択したときの前記Ａ／Ｄ変換手段の出力から、前記選択スイッチが前記基準電位を選択したときの前記Ａ／Ｄ変換手段の出力を除去したデジタル信号に基づいて、被計測対象の使用電力量を算出することを特徴とする電子式電力量計。
前記演算手段は、前記使用電力量を所定倍することで、または、前記使用電力量に応じたパルス出力のしきい値を調整することで、前記使用電力量の絶対誤差を補正することを特徴とする請求項１に記載の電子式電力量計。
前記演算手段は、
前記電圧センサの検出出力の基準電位が前記電流センサの検出出力の基準電位とは異なる電位に設定されている場合に、
前記選択スイッチが前記電圧センサの検出出力および前記電流センサの検出出力のうちいずれか一方の検出出力を選択したときの前記Ａ／Ｄ変換手段の出力のみから、前記選択スイッチが前記基準電位を選択したときの前記Ａ／Ｄ変換手段の出力を除去したデジタル信号に基づいて、被計測対象の使用電力量を算出することを特徴とする請求項１に記載の電子式電力量計。
前記演算処理装置は、前記電圧センサおよび前記電流センサの検出出力ならびにこの検出出力の基準電位のいずれかに対する前記Ａ／Ｄ変換手段による変換の完了後即座に前記選択スイッチを切り替えて次の選択を行わせた後、時間をおいて前記Ａ／Ｄ変換手段による次の変換を行わせることを特徴とする請求項１に記載の電子式電力量計。
前記Ａ／Ｄ変換手段の参照電圧は前記演算処理装置の動作電圧と同電位に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電子式電力量計。