TWI407112B - 電源量測裝置 - Google Patents

Description

電源量測裝置

本發明係相關於電源量測裝置，尤指可任意安裝之家用電源量測裝置。

隨著各式電器產品的研發與普及，電源對現代化的發展與生活來說，已是不可或缺的資源，現代人不論何時何地，在享受著電器產品為生活所帶來的便利的同時，都需要電源的供應，因此伴隨而生的，便是用電量資訊的計算與量測，而所獲得的電源資訊可作為電源供應者所需要的計價依據，或是監控消費者所在意的功率消耗，甚至可用以作為節約能源的輔助。

然而電源量測裝置雖然發展已久，但就目前習知的電源量測裝置如台灣專利TW357268的三相電錶來說，無論將其區分為數位式或是類比式，可上網或不可上網，皆具有一.個缺點，也就是僅能將其安裝於電源端，且安裝時避免不了剪線與割線的施工方式，才得以進行安裝與電源資訊的量測，因此安裝人員必須具備相關的知識才有能力進行安裝與施工。因為在安裝與使用上不夠人性化，因此維護上並不方便，且其傳統結構均將量測電流與量測電壓的裝置結合在一起，故安裝與應用方式也因此受到限制。

而台灣專利公開號200702670提供用於家庭的顯示電費資訊的延長線，雖然於安裝上較為便利，可直接連接於家用插座，但也因此僅能量測連接於該插座上的分支電源的電源資訊，而無法量測該插座上游的電源資訊，因此雖然此延長線可任意移置，但其應用範圍仍受限制。

職是之故，申請人經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終構思出本案「電源量測裝置」，以下為本案之簡要說明。

本發明提出一種電源量測裝置，該裝置內部之電氣特性量測裝置如感應電流計與用電量顯示器可相互分離設置於電源迴路中的不同待測處，並利用無線通訊及訊號同步校正技術交換所測得之電器特性如電壓或電流資訊，以達成一般數位/類比的家用電錶功能，在安裝及維護上更簡易。若將多組感應電流計設置於相同電源迴路內的任意電源分支，則亦可透過分時多工技術，量測並顯示所有用電狀況的資訊。因感應電流計是以感應的方式或其他免拆板、割線之設計來獲得用電量資訊，而用電量顯示器可任意設置於電源迴路中的任一分支插座上，因此使用者安裝無須進行繁複拆線動作與專業的安裝技術，進而解決安裝與維護不便的缺點，而感應電流計與用電量顯示器可分離設置於不同待測處，因此用電量顯示器可以盡可能地設置於使用者視線範圍內，以方便使用者讀取。此外，其供電來源可藉由待測處之線路源源不絕地供應，使用者無須自行進行置換。

根據本發明的一構想，提供一種電源量測裝置，用於一電源迴路，其中該電源迴路具有一主電源迴路及複數個分支電源迴路，該主電源迴路電連接於該些相互並聯的分支電源迴路，該電源量測裝置包含：一感應電流計，設置於該些分支電源迴路之一待測電源迴路或該主電源迴路，用以量測該待測電源迴路之一第一電流資訊或該主電源迴路的一第二電流資訊並且輸出；以及一用電量顯示器，與該些分支電源迴路之一並聯式相互電連接，用以與該感應電流計通訊，並接收該感應電流計所輸出之該第一電流資訊或該第二電流資訊，該用電量顯示器用以量測該些分支電源迴路之一的一電壓資訊，且依據該第一電流資訊與該電壓資訊計算一第一用電量資訊，或依據該第二電流資訊與該電壓資訊計算一第二用電量資訊，該用電量顯示器用以顯示該第一用電量資訊或該第二用電量資訊；其中該感應電流計與該用電量顯示器相互分離設置，且同步開始分別擷取該第一電流資訊與該電壓資訊，或同步開始分別擷取該第二電流資訊與該電壓資訊。

根據本發明的又一構想，提供一種電源量測裝置，包含：一第一電氣特性量測裝置，設置於一分支電源迴路或該分支電源迴路上游的一主電源迴路其中之一，感應式地量測該分支電源迴路或該主電源迴路其中之一的一第一電氣特性並且輸出；以及一第二電氣特性量測裝置，設置於與該分支電源迴路並聯的任一插座，量測該分支電源迴路的一第二電氣特性，並與該第一電氣特性量測裝置通訊，且接收該第一電氣特性，以計算一用電量資訊；其中該第一電氣特性量測裝置與該第二電氣特性量測裝置相互分離設置，且同步開始分別擷取該第一電氣特性與該第二電器特性。

請參考第1圖，其係部署本發明之電源量測裝置之第一實施方式示意圖，該電源量測裝置包括第一電氣特性量測裝置，例如感應電流計10，以及第二電氣特性量測裝置，例如用電量顯示器20。感應電流計10可以是夾式電流計或是採用其他免拆板、割線的設計之電流量測裝置。第1圖尚包含代表本發明所應用之電源迴路環境的電源迴路30，電源迴路30具有主電源迴路33及複數個分支電源迴路31、32，主電源迴路33電連接於該些相互並聯的分支電源迴路31、32，且該主電源迴路33位於該些分支電源迴路31、32的上游。該些分支電源迴路31、32具有插座42用以提供電源。舉例來說，電源迴路30較佳是家用電源迴路，主電源迴路33與分支電源迴路31、32較佳分別是家用總電源與其分支迴路，而插座42可以是一般家用提供110伏特(V)電壓之常見插座。於本實施例中，感應電流計10可用不拆板或不割線的技術，如夾式等方式設置於所要量測之處，以第1圖為例，為量測主電源迴路33的用電量資訊，因此將感應電流計10設置於主電源迴路33，並且以感應方式獲得電氣特性的相關資訊，例如獲得主電源迴路33上的電流資訊(如電流值等)。而用電量顯示器20具有插頭41，藉以用拔插方式電連接至插座42，使用電量顯示器20與該些分支電源迴路31、32之一並聯式相互電連接，以量測插座42或分支電源迴路31、32所提供的電壓資訊(如電壓值等)。用電量顯示器20與感應電流計10可透過各種通訊方式進行通訊，較佳的是透過無線通訊技術例如：透過藍芽(Blue Tooth)、ZigBee、IEEE 802.11系列等無線通訊技術或模組，以交換量測得的電壓與電流資訊，進而計算用電量資訊。

請繼續參考第2圖，其為感應電流計10的內部結構示意圖，感應電流計10包括感應線圈11、類比數位轉換器12、通訊模組131、控制器(MCU)132、可充放電電池14與交流/直流(AC/DC)電源轉換模組15，而類比數位轉換器12包括訊號準位調整器121。其中感應線圈11電連接至交流/直流電源轉換模組15與類比數位轉換器12，而交流/直流電源轉換模組15分別電連接至類比數位轉換器12、訊號準位調整器121、通訊模組131與控制器132，類比數位轉換器12與通訊模組131與控制器132相互電連接，其中控制器132可用以控制通訊模組131。感應線圈11經由電磁感應的原理，感應獲得一感應電流，該感應電流可作為量測電流資訊的依據，交流/直流電源轉換模組15將該感應電流轉為直流電流作為感應電流計10的電源並供應至類比數位轉換器12、通訊模組131與控制器132，此外感應電流計10的電源來源也可僅由可充放電電池14提供或由該感應電流與可充放電電池14共同提供；而類比數位轉換器12接收該電流資訊後，由訊號準位調整器121將該電流資訊的準位作適當調整，以便類比數位轉換器12進行後續取樣與量化，使該電流資訊數位化，通訊模組131可收發訊號並輸出該數位化後的電流資訊，通訊模組131可支援各式通訊技術與規範，較佳的是支援藍芽(Blue Tooth)、ZigBee、IEEE 802.11系列等無線通訊技術或通訊規範。而可以為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解的是，第2圖中分別設置的兩組感應線圈11可僅用一組感應線圈11取代，同時提供電源與獲得電流資訊。

請參考第3圖，其為用電量顯示器20的內部結構示意圖，用電量顯示器20包括控制器(MCU)211、通訊模組212、類比數位轉換器22、交流/直流(AC/DC)電源轉換模組23、顯示模組24以及感應線圈25，其中類比數位轉換器22具有訊號準位調整器221，而感應線圈25與第1圖中的插座41電連接。感應線圈25分別電連接至交流/直流電源轉換模組23與類比數位轉換器22，類比數位轉換器22電連接至控制器211與通訊模組212，而控制器211與通訊模組212電連接至顯示模組24，其中控制器211可用以控制通訊模組212。感應線圈25的線圈感應獲得一感應電流或電壓以作為量測電壓資訊以及電源供給之用，所獲得的電源經由交流/直流電源轉換模組23轉換為直流電源後，供用電量顯示器20運作，而該電壓資訊透過類比數位轉換器22中的訊號準位調整器221適當地調整準位後，再經由類比數位轉換器22進行取樣與量化而數位化。通訊模組21可收發訊號並接收感應電流計10所輸出的電流資訊。用電量顯示器20接收該數位化的電流資訊後，控制器211依據數位化的電壓資訊與數位化的電流資訊計算出一用電量資訊，例如：瞬間功率、有效功率、無效功率、功率因數、電流或與電壓之至少一者以上或任意組合，而計算獲得的用電量資訊可透過顯示模組24顯示。

請繼續參考第4圖，在感應電流計10與用電量顯示器20使用無線傳輸的情況下，因裝置間存在訊號傳遞的時間延遲，當用電量顯示器20開始擷取電壓波形以量測電壓資訊，並傳遞一訊號使感應電流計10啟動擷取電流波形以量測電流資訊時，感應電流計10與用電量顯示器20無法同時啟動進行擷取動作，使得擷取到的電壓與電流間的相位關係失去意義。因此，在進行電氣特性或用電量資訊的量測之前，必須透過一同步校正來補償時間延遲，使感應電流計10與用電量顯示器20得以同步進行擷取與量測，以獲取正確相位。

請參考第5圖，同步校正的概念即是補償感應電流計10與用電量顯示器20間的時間延遲(Time Delay)，其較佳的實施方式是透過一計時器(Timer)，以計算感應電流計10與用電量顯示器20間的時間延遲，藉以進行補償。其較佳校正步驟如下：

1.　自用電量顯示器20發送一校正訊號給感應電流計10，並同時紀錄「發送時間」。

2.　感應電流計10接收到該校正訊號的同時，發送一確認訊號給用電量顯示器20，用電量顯示器20接收該確認訊號並紀錄接收到的「回覆時間」。

3.　用電量顯示器20中的控制器211計算發出該校正訊號的時間與接收該確認訊號之時間的一訊號發收時間差：(回覆時間一發送時間)，且據以計算時間延遲並紀錄之其中Δt為時間延遲(Time Delay)

4.　重複Step步驟1~3，n次，可得n組Δt 。

5.　將n組Δt ，透過計算後即可得同步校正值

所獲得的同步校正值，即可用於補償時間延遲所造成的電壓及電流波形擷取不同步的問題，而獲得近似於實際同步擷取的效果。

而除了上述實施方式之外，能為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所能理解的是，本發明的部署方式並不限於第1圖所示的實施方式，而可依量測需求作變化，請參考第6圖，係為本發明量測電源迴路30中的分支電源迴路32的一實施方式，其中電源迴路環境與第1圖相同。為了量測分支電源迴路32的用電量資訊，感應電流計10可設置於分支電源迴路32，以量測其第一電氣特性(如電流資訊)，而因第6圖中的該些插座42皆為並聯關係(如家用電源迴路)，因此無論用電量顯示器20設置於第6圖中的任一插座42，皆可量測分支電源迴路32的第二電氣特性(如電壓資訊)。因此藉由第6圖的部署與前一實施例所述的方式即可量測電源迴路30中的分支電源迴路32的用電量資訊。

此外，如第7圖所示，使用者可將感應電流計10分別設置於電源迴路30中的主電源迴路33、分支電源迴路31與分支電源迴路32，而用電量顯示器20除本身量測電氣特性或電壓資訊外，尚可透過分時多工的方式依一預定順序跳選第6圖中的三個感應電流計10，以依序輪流啟動感應電流計10量測主電源迴路33、分支電源迴路31與分支電源迴路32的電氣資訊或電流資訊，而據以計算用電量資訊，並可藉以檢測主電源迴路33、分支電源迴路31與分支電源迴路32的使用狀況，例如量測不到電流資訊即代表迴路狀況可能為斷路等。

而可以為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解的是，上述任一實施例中用電量顯示器20所量測到的電壓資訊也可以傳送至感應電流計10，而由感應電流計10的控制器132計算出該用電量資訊；或是將電壓資訊與電流資訊傳送至一裝置如：計算顯示器，由該計算顯示器進行資料統整與統計並顯示用電量資訊。而上述所揭露的任一方式或任一裝置所計算出的該用電量資訊，亦可透過電子郵件或簡訊形式傳送至使用者端。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．感應電流計

11．．．感應線圈

12．．．類比數位轉換器

121．．．訊號準位調整器

131．．．通訊模組

132．．．控制器

14．．．可充放電電池

15．．．交流/直流電源轉換模組

20．．．用電量顯示器

211．．．控制器

212．．．通訊模組

22．．．類比數位轉換器

221．．．訊號準位調整器

23．．．交流/直流電源轉換模組

24．．．顯示模組

25．．．感應線圈

30．．．電源迴路

31、32．．．分支電源迴路

33．．．主電源迴路

41．．．插頭

42．．．插座

第1圖是部署本發明之電源量測裝置之第一實施方式示意圖。

第2圖是感應電流計10的內部結構示意圖。

第3圖是用電量顯示器20的內部結構示意圖。

第4圖說明感應電流計10與用電量顯示器20在無線傳輸的情況下，裝置間存在訊號傳遞的時間延遲。

第5圖說明同步校正所要補償的時間延遲。

第6圖為本發明的又一實施方式。

第7圖為本發明的再一實施方式。

10．．．感應電流計

20．．．用電量顯示器

30．．．電源迴路

31、32．．．分支電源迴路

33．．．主電源迴路

41．．．插頭

42．．．插座

Claims (20)

1. 一種電源量測裝置，用於一電源迴路(30)，其中該電源迴路(30)具有一主電源迴路(33)及相互並聯的複數個分支電源迴路，該主電源迴路(33)電連接於該些分支電源迴路(31、32)，該電源量測裝置包括：一感應電流計(10)，設置於該些分支電源迴路(31、32)之一待測電源迴路或該主電源迴路(33)，用以量測該待測電源迴路(31、32)之一第一電流資訊或該主電源迴路(33)的一第二電流資訊並且輸出；以及一用電量顯示器(20)，與該些分支電源迴路(31、32)之一並聯式相互電連接，用以與該感應電流計通訊，並接收該感應電流計所輸出之該第一電流資訊或該第二電流資訊，該用電量顯示器用以量測該些分支電源迴路(31、32)之一的一電壓資訊，且依據該第一電流資訊與該電壓資訊計算一第一用電量資訊，或依據該第二電流資訊與該電壓資訊計算一第二用電量資訊，該用電量顯示器用以顯示該第一用電量資訊或該第二用電量資訊；其中該感應電流計(10)與該用電量顯示器(20)相互分離設置，且同步開始分別擷取該第一電流資訊與該電壓資訊，或同步開始分別擷取該第二電流資訊與該電壓資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該用電量顯示器(20)及該感應電流計(10)執行一同步校正，使該感應電流計(10)與該用電量顯示器(20)同步開始擷取該第一電流資訊與該電壓資訊，或同步開始擷取該第二電流資訊與該電壓資訊。
3. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中該用電量顯示器(20)發送一校正訊號給該感應電流計(10)，該感應電流計(10)接收該校正訊號後並回傳一確認訊號給該用電量顯示器(20)，該用電 量顯示器依據該校正訊號及該確認訊號計算該用電量顯示器(20)發出該校正訊號的時間與接收該確認訊號之時間的一訊號發收時間差，以進行該同步校正。
4. 如申請專利範圍第3項所述的裝置，其中該感應電流計(10)包括：一第一通訊模組(13)，將該第一電流資訊或該第二電流資訊發送至該用電量顯示器(20)，並接收該校正訊號，該第一通訊模組用以發送該確認訊號至該用電量顯示器(20)；以及一第一控制器(13)，電連接至該第一通訊模組(13)，用以控制該第一通訊模組(13)。
5. 如申請專利範圍第4項所述的裝置，其中該感應電流計(10)更包括一感應線圈(11)，電連接於該第一控制器，該感應線圈用以感應獲得該第一電流資訊或該第二電流資訊，並產生一感應電流，以作為該感應電流計(10)之電源。
6. 如申請專利範圍第4項所述的裝置，其中該用電量顯示器(20)包括：一第二通訊模組(21)，用以接收該第一電流資訊或該第二電流資訊，並發送該校正訊號，該第二通訊模組用以接收該確認訊號；以及一第二控制器(21)，電連接至該第二通訊模組(21)，用以控制該第二通訊模組(21)，並計算該訊號發收時間差以進行該同步校正，且依據該電壓資訊與該第一電流資訊計算該第一用電量資訊，或依據該電壓資訊與該第二電流資訊計算該第二用電量資訊，其中該第一用電量資訊或該第二用電量資訊包括瞬間功率、有效功率、無效功率、功率因數、電流與電壓之至少一者以上或任意組合。
7. 如申請專利範圍第6項所述的裝置，其中該第一通訊模組與該第二通訊模組支援藍芽(Blue Tooth)、ZigBee或IEEE 802.11系列至少其中之一或任意組合的無線通訊規範。
8. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該用電量顯示器(20)具有一插頭(41)，該些分支電源迴路(31、32)之一具有一插座(42)，而該插頭(41)以插拔方式電連接至該插座(42)，使該用電量顯示器(20)與該些分支電源迴路(31、32)之一並聯式相互電連接。
9. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該感應電流計(10)為夾式電流計。
10. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該感應電流計(10)包括一可充放電電池(14)以作為該感應電流計(10)之電源。
11. 一種電源量測裝置，包括：一第一電氣特性量測裝置(10)，設置於一分支電源迴路(31)或該分支電源迴路(31)上游的一主電源迴路(33)其中之一，感應式地量測該分支電源迴路(31)或該主電源迴路(33)其中之一的一第一電氣特性並且輸出；以及一第二電氣特性量測裝置(20)，設置於與該分支電源迴路(31)並聯的任一插座(42)，量測該分支電源迴路的一第二電氣特性，並與該第一電氣特性量測裝置通訊，且接收該第一電氣特性，以計算一用電量資訊；其中該第一電氣特性量測裝置(10)與該第二電氣特性量測裝置(20)相互分離設置，且同步開始分別擷取該第一電氣特性與該第二電器特性。
12. 如申請專利範圍第11項所述的裝置，其中該第一電氣特性量測裝置(10)及該第二電氣特性量測裝置(20)執行一同步校正， 使該該第一電氣特性量測裝置(10)與該第二電氣特性量測裝置(20)同步開始擷取該第一電氣特性與該第二電氣特性。
13. 如申請專利範圍第12項所述的裝置，其中該第二電氣特性量測裝置(20)發送一校正訊號給該第一電氣特性量測裝置(10)，該第一電氣特性量測裝置(10)接收該校正訊號後並回傳一確認訊號給該第二電氣特性量測裝置(20)，該第二電氣特性量測裝置依據該校正訊號及該確認訊號計算該第二電氣特性量測裝置(20)發出該校正訊號的時間與接收該確認訊號之時間的一訊號發收時間差，以進行該同步校正。
14. 如申請專利範圍第13項所述的裝置，其中該第一電氣特性量測裝置(10)包括：一第一通訊模組(13)，將該第一電氣特性發送至該第二電氣特性量測裝置(20)，並接收該校正訊號，該第一通訊模組用以發送該確認訊號至該第二電氣特性量測裝置(20)；以及一第一控制器(13)，電連接至該第一通訊模組(13)，用以控制該第一通訊模組(13)。
15. 如申請專利範圍第14項所述的裝置，其中該第一電氣特性量測裝置(10)更包括一感應線圈(11)，電連接於該第一控制器，該感應線圈用以感應獲得該第一電氣特性，並產生一感應電流，以作為該第一電氣特性量測裝置(10)之電源。
16. 如申請專利範圍第14項所述的裝置，其中該第二電氣特性量測裝置(20)包括：一第二通訊模組(21)，用以接收該第一電氣特性，並發送該校正訊號，該第二通訊模組用以接收該確認訊號；以及一第二控制器(21)，電連接至該第二通訊模組(21)，用以控制該第二通訊模組(21)，並計算該訊號發收時間差以進行該同步校正，且依據該第二電氣特性與該第一電氣特性計算該用電量資訊，其中該用電量資訊包括瞬間功率、有效功率、無效功率、功率因數、電流與電壓之至少一者以上或任意組合。
17. 如申請專利範圍第16項所述的裝置，其中該第一通訊模組與該第二通訊模組支援藍芽(Blue Tooth)、ZigBee或IEEE 802.11系列至少其中之一或任意組合的無線通訊規範。
18. 如申請專利範圍第11項所述的裝置，其中該第二電氣特性量測裝置(20)具有一插頭(41)，而該插頭(41)以插拔方式電連接至該插座(42)，使該第二電氣特性量測裝置(20)與該分支電源迴路(31)之一並聯式相互電連接。
19. 如申請專利範圍第11項所述的裝置，其中該第一電氣特性量測裝置(10)為夾式電流計。
20. 如申請專利範圍第11項所述的裝置，其中該第一電氣特性量測裝置(10)包括一可充放電電池(14)以作為該第一電氣特性量測裝置(10)之電源。