WO2008047428A1

WO2008047428A1 - COMPTEUR ÉLECTRONIQUE DE kWh

Info

Publication number: WO2008047428A1
Application number: PCT/JP2006/320773
Authority: WO
Inventors: Kazunori Go; Noriko Yoshikawa
Original assignee: Osaki Electric Co., Ltd.
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2008-04-24
Also published as: JP4896150B2; JPWO2008047428A1; CN101542298B; SK50302009A3; CN101542298A

Description

電子式電力量計

技術分野

[0001] 本発明は、 A/D (アナログ Z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〜 1Z40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 X 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。し力しながら、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 AZD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 AZD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 AZD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、て演算を行なうソフトウェア処理部 3が設けられて、る。 AZDコンバータ 2には、選択スィッチ 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、選択スィッチ 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。選択スィッチ 8は、端子 8a, 8b, 8 c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力もの電流信号、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。選択スィッチ 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 5²倍， 5³倍， 5⁴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、 AZD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ノ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一チャートである。

[0006] この電力量の算出処理では、始めに、電流ダミー AZD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、選択スィッチ 8が端子 8bに切り換えられて AZD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 AZD変換処理が行なわれる（S2)。この処理では、増幅器 9〜12の中力も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 AZD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ィッチ 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、 AZD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 AZD変換処理が行なわれる（S4)。この処理では、 S1の電流ダミー AZD変換処理と同様、選択スィッチ 8が端子 8aに切り換えられて AZD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力電圧計測精度を上げるために捨てられる。次に、電圧本番 AZD変換処理が行なわれる（S5)。この処理では、選択スィッチ 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、 AZD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 AZD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） X (電流値ーォフセット）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力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 AZD変換処理が行なわれる（Sll)。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 AZD変換処理が行なわれる（S 12)。この処理では、選択スイツチ 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 AZD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、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] し力しながら、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 AZD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 AZD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、 S 12のオフセット本番 AZD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エ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つてしまう。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、電源力も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、耐ノィズ性能 (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

V、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力つた。

[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、

電圧センサもしくは電流センサ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選択スィッチと、

少なくとも電流センサの検出出力を増幅する増幅手段と、

選択スィッチによって出力される電圧センサおよび電流センサの検出出力ならびに上記基準電位をアナログ信号力デジタル信号に変換する AZD変換手段、およびこの AZD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において、

増幅手段は、入力信号を差動増幅する差動増幅手段から構成され、

AZD変換手段は、 Δ∑変調によって入力信号をアナログ信号力デジタル信号に変換し、

演算手段は、 AZD変換手段で変換された電圧センサおよび電流センサの検出出力から AZD変換手段で変換された上記基準電位をそれぞれ除去し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、 AZD変換手段において Δ∑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 AZD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] AZD変換手段におけるアナログ信号力デジタル信号への変換は、 Δ Σ変調の際のオーバーサンプリングによって細力べ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、 AZD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つ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つ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力も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力も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つて増幅し、 AZD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、精度で増幅することができる。

[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ノルス出力のしき!/ヽ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つても、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、電流センサの検出出力の基準電位と電圧センサの検出出力の基準電位とを異ならせた場合に、 AZD変換手段で変換された基準電位を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のみから除去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力なる力基準電位の除去が行なわれな力つた方の検出出力に現れる増幅手段および

AZD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、 AZD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力増幅手段および AZD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つ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 AZD変換手段による変換の完了後即座に選択スィッチを切り換えて次の選択を行なわせた後、時間をお!/、て AZ 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 AZD変換手段による変換が完了すると、即座に選択スィ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ィッチによつて入力される信号に対し、 AZD変換手段による変換が行なわれる。このため、 A ZD変換手段による各変換は、選択スィッチが切り換えられて力ある程度の時間が経過して、 AZD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、 AZD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] また、本発明は、演算処理装置が、 AZD変換手段による各変換の完了後即座に AZD変換手段の動作を停止させて、 AZD変換手段による次の変換の開始準備を行なわせることを特徴とする。

[0024] 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に対する各変換が完了すると、 AZD変換手段の動作が即座に停止し、 AZD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、 AZD変換手段による各変換は、 AZD変換手段が停止した状態力速やかに実行されるようになる。従って、 AZD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 AZD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。

[0025] また、本発明は、 AZD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ヽることを特徴とする。

[0026] この構成によれば、 AZD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ヤートである。

[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ヤートである。

[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 AZD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、選択スィッチ 22、差動増幅器 23、 AZD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 に接続されている。

ss

[0032] 電圧センサ 13は、電源端子 PO, P1間に入力される電圧 V'sin cot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 'sin cot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

V

グランドは、マイコン 21の動作電圧 V (3. 6[V])の 1Z2の電圧であるバイアス電圧

DD

V (1. 8[V])が図 4に示すように基準電位 V に印加された電位にされている。電

COM SS

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 IS, 1L間を流れる負荷電流 I · sin ω tによってシャント抵抗 14aの両端間に現れる電圧 E · sin ω tを被計

I

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 2 1の基準電位 V 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

SS

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] 選択スィッチ 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、選択スィッチ 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、選択スィッチ 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 AZDコンバータ 24へ出力する。差動増幅器 23および AZDコンバータ 24は、電源 26が発生するバイアス電圧 V (1. 8[V])が回路グランド (0[V])

COM

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 (3.

DD

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を介して選択スィッチ 22の出力端子と接続されており、選択スィッチ 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（一）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、選択スイツチ 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（一）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、る。

[0036] 差動増幅器 23の出力端子には AZDコンバータ 24が接続されている。マイコン 21 は、選択スィッチ 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 AZDコンパータ 24に一定時間間隔毎に行なわせる。 AZD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 を参照して Δ∑変調によってアナログ信号力デ

ref

ジタル信号に変換する。 AZD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、 Δ∑変調によってアナログ信号カゝらデジタル信号に変換する AZD変換手段を構成している。

[0037] AZD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、る。ソフトウェア処理部 25は、 AZD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、液晶ドラィバ 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、 AZD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 AZD変換処理が行なわれる（図 5, S21参照)。この処理では、選択スィッチ 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の検出出力力 A/D コンバータ 24の Δ∑変調によってアナログ信号力も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（S 22)。この処理では、選択スィッチ 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、 AZDコンバータ 24の Δ∑変調によってアナログ信号力も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力電力が計算される ( S23)。オフセットは、差動増幅器 23の入力が零のときに AZD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 ) X (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 AZD変換処理が行なわれる（S27)。この処理では、選択スィッチ 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 AZDコンバータ 24の Δ∑ 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 AZD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 ZD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 ( = 500[^ ₅])

SS

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 フラグがセットされている力否かを判別する（図 6, S31参照)。 T フラ

S2 S2 グは、電圧 AZD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 中フラグがセットされているか

OFF

否力すなわち、差動増幅器 23および AZD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 中フラグは、オフセット AZD変換処理（図 5,

OFF

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 AZD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 ( = 93 3])の時間をセットし（S33)、時間 T の計時を開始させる。この時間 T

SI SI 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 の時間経過後、次のタイマ割込が発生して S41の電圧

S1

Δ∑AZD変換が開始される。次に、マイコン 21は、電流 AZD変換処理（図 5, S21 参照）を開始させる（S34)。この際、選択スィッチ 22は、後述する S56の処理で、電流センサ 14の検出出力が AZD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、 S 34で開始させた電流 AZD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、 AZDコンバータ 24の動作を即座に停止させる（S36)。そして、選択スィッチ 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 Δ ∑AZD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 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

OFF

コン 21が内蔵する RAM (ランダム ·アクセス 'メモリ）の図示しなヽ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 フラグをセットして（S39)、タイマ割

S2

込処理を終了する。 [0046] また、 T 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、

S2

タイマに T (=T — Τ = 500— 93=407[ 5])の時間をセットし（S40)、この時

S2 SS S1

間 T の計時を開始させる。この時間 T の計時が行なわれる間に、以下に示す S49

S2 S2

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 の時間経過後

S2

、次のタイマ割込が発生して S52の V Δ∑AZD変換が開始される。次に、マイコ

OFF

ン 21は、電圧 AZD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 AZD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 AZD変換処理が完了したか否かを判別し (S42)、この判別カ 'Yes"になると、 AZDコンバータ 24の動作を即座に停止させる（S43)。そして、選択スィッチ 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 中フラグをセットして（S45)、次の V Δ ΣΑ/D変換（

OFF OFF

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 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

OFF

コン 21が内蔵する RAMの図示しな、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 フラグをクリアし（S47)、引き続いて、 S38で作業データ格納

S2

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 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

OFF

は、タイマに T ( = 500[ 3])の時間をセットし (S51)、時間 T の計時を開始させる

SS SS

。この時間 T 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 の時間経過後、次のタイマ割込が発生し

SS

て S34の電流 Δ∑AZD変換が開始される。次に、マイコン 21は、オフセット AZD 変換処理（図 5, S27参照）を開始させる（S52)。この際、選択スィッチ 22は、 S44の処理で、電流センサ 14の基準電位が AZD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 AZD変換処理が完了した力否かを判別し (S53)、この判別カ 'Yes"になると、 AZDコンパータ 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 値)を、マイコン 21が内蔵する RAMの作業

OFF

データ格納領域にセットする（S55)。そして、選択スィッチ 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 Δ∑AZD変換 (S34参照）の開始準備を行なう。次に、 S45でセットした V 中フラグをクリアして（S57)、タイマ割込処理を終了する。

OFF

[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、 AZDコンバータ 24において Δ∑変調によってアナログ信号力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、ソフ卜ウェア処理部 2 5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 1 4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の各検出出力力も差動増幅器 23および AZD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] AZDコンバータ 24におけるアナログ信号力デジタル信号への変換は、 Δ Σ変調の際のオーバーサンプリングによって細力べ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、 AZD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つ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 RA M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 2 1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つ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、ァ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。

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力もの検出信号にバイアス電圧 V を印加する

COM

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 を印加することによって正の範囲

COM

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、 AZD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（一）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!、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 Δ ΣΑ/Dスタート、 S41の電圧 Δ ΣΑ/ Dスタート、 S52の V Δ∑AZDスタートは、それぞれ、 T +T +T (= 1000[

OFF SI S2 SS μ s])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 AZDコンバータ 2 4による変換が完了すると、即座に選択スィッチ 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ィッチ 22によって入力される信号に対し、 AZD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、 AZDコンバータ 24による各変換は、選択スィッチ 22が切り換えられて力ある程度の時間が経過して、 AZD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 ZD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、 AZDコンバータ 24の動作が即座に停止し（図 6, S36, S43, S54参照）、 AZD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、 AZDコンバータ 24による各変換は、 AZDコンバータ 24が停止した状態力も速やかに実行されるようになる。従って、 AZDコンパータ 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 AZD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) [ /z s]毎の一定周期で行なうこと力 S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） X (電流値オフセット）によって行なわれる場合を説明した力 S (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における演算力 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、 AZD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で検出した電圧値力も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） X (電流値オフセット）によつて計算される。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 PO, P1間の電圧を V'sincot、電圧センサ 13の信号グランドを V 、差動増幅器 23および AZDコンバータ 24によるオフセットを V 、抵抗 13

COM OFF

a, 13b, 13cの抵抗値をそれぞれ R， R， R、 a =R Z(R +R +R )とすると、抵

1 2 3 3 1 2 3

抗 13cの両端に現れる電圧 E 'sinc tに基づいて電圧センサ 13で計測される電圧の

V

AZD変換結果は、

E 'sinc t + V

V OFF

= (V'sincot - V ) X α + V

COM OFF

となる。また、負荷端子 1L, IS間を流れる電流 I'sincotによってシャント抵抗 14aの両端に電圧 E 'sin cotが現れるので、電流センサ 14で計測される電流の AZD変換

I

結果は、

E 'sinc t + V

I 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） X (電流値オフセット）

=(E 'sinc t + V ) X (E ^ίηωΐ + V - V )

V OFF I OFF OFF

= {(V'sino>t - V ) X α + V } X (Ε ^ίηωΐ + V - V )

COM OFF I OFF OFF

=( a•V'sinc t ― a ⁹V + V ) XE 'sinc t

COM OFF I

= a ·ν·Ε ^esin ωΐ ― E ( a ^eV ― V ) sin cot

I I COM OFF

[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 ·ν·Ε 'sin² cot)力もなる力基準電位の除去が行なわれな力つた電圧センサ 1

I 3の検出出力に現れる差動増幅器 23および AZDコンバータ 24のオフセット V は

OFF

、第 2項の正負に振れる交流成分 E 'V - V ) sin cotとなって、図 5, S25

I COM OFF

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ヤンセルを行なわなくとも、 V の影響は電力計算の際に自動的に除去されることにな

OFF

る。つまり、上記の式で α ·ν = Εとすると、時刻 0〜tの間に算出される使用電力量

V

は、以下の式で計算される。ここで、 sin²cot=— (cos2cot— 1)/2と変換される。また、 ω = 2 π f = 2 π Ztであるので、 t = 2 π Ζ ωと変換される。

[数 1]

tv-Ei 「t

~~

F^j」 ί'Λ t i

2 I - in 2uJt ― t S )i 2 )

.

― El (0 - VCOM一 . 27L — I

こ +' ώ

2一

ここで、 E , E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

V I

の式となる。

[数 2]

二 £v · Ei - t

[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 の影響は電力計

OFF

算の際に自動的に除去される。

[0060] 上記の構成によれば、 AZDコンバータ 24で変換された基準電位の除去力電流センサ 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力も差動増幅器 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つてマイコン 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、 AZD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 ZD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 (例えば 0[V])に設定すると共に、選

SS

択スィッチ 22の端子 22cをこの回路グランドの基準電位 V に接続して、 AZDコン

SS

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、 AZDコンバータ 2 4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力つた方の検出出力に現れる差動増幅器 23 および AZD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つて、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、 AZDコンバータ 24で変換された基準電位の除去力電流センサ 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力も差動増幅器 23および AZD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ィ匕されるようになり、ソフトウェアの規模がさらに小さくなつてマイコン 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が選択スィッチ 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、選択スィッチ 42を介して電圧センサ 13A, 13B, 13C、および電流センサ 14 A, 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口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つている。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ぐまた、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 AZD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つの選択スィッチ 22, 52を使って電圧センサ 13が差動増幅器 23を介さずに AZD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ゥェァ処理部 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つている。

[0068] 電圧センサ 13の検出出力が AZD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、選択スィッチ 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、選択スィッチ 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、選択スィッチ 22, 52が、端子 22 b, 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 AZD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 AZD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、選択スィッチ 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 AZD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、 AZD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、ても構わな、。

[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 6 3は、選択スィッチ 62を介して AZD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ィッチ 65および差動増幅器 64を介してマイコン 61内部の選択スィッチ 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 AZD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、選択スィッチ 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、選択スィッチ 22, 62を介して直接 AZD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 AZDコンパ一タ 24に入力されてデジタル信号に変換される際には、選択スィッチ 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 AZD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 AZD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 ίま、選択スィッチ 65 , 22, 62力それぞれ端子 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力も AZD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, S 24参照）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, S 25参照）とソフトウェア処理部 25から LED 15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 a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 oc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、 AZDコンバータ 24に印加される参照電圧 V の値、差動増幅器 23〖こ

ref

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つたり、大きくなつたりして変化する。このように増加率が変化すると使用電力量がしきい値 a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 a力ら 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く 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 2 3の増幅率に応じて所定倍することで補正される力上記のように、パルス出力のしきい値を調整することによつても、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 AZD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、 AZDコンバータ 24の内部に構成されるスィッチトキャパシタ積分回路を示す回路図である。

[0078] AZD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。フイードバックコンデンサ 75, 76には、切換スィッチ 77, 78がそれぞれ接続されており、これらスィッチ 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 または一 V が印加される。サンプリングコン ref ref

デンサ 73は上述した選択スィッチ 22に接続され、サンプリングコンデンサ 73には選択スィッチ 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 CiZCrの増幅率で差動増幅されて Δ∑変調され、アナログ信号カゝ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力電圧センサ 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、選択スィッチ 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、 AZDコンバータ 24において AZD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 AZD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、 AZDコンバータ 24に印加される参照電圧 V が ref マイコン 21の動作電圧 V とは別に用意される場合を説明したが、本発明はこれに

DD

限られるものではない。例えば、 AZDコンバータ 24の参照電圧 V をマイコン 21の ref

動作電圧 V と同電位に設定し、 AZDコンバータ 24に参照電圧 V を供給する電

DD ref

源と、マイコン 21に動作電圧 V を供給する電源とを共通化することができる。この構

DD

成によれば、 AZDコンバータ 24に参照電圧 V を供給する電源を別個に用意する ref

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、 Τ , Τ , T の時間を、それ

SI S2 SS

ぞれ、 93 [ s]， 407[ μ s]， 500 [ s]とすると共に、バイアス電圧 V ，マイコン 21

COM

の動作電圧 V を、それぞれ、 1. 8[V], 3. 6[V]として説明した力 Τ , Τ , T や

DD SI S2 SS V , V はこれらの値に限定されるものではなぐ適宜変更可能である。

COM DD

[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 PO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つでもよぐ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、 AZD変換手段で変換されたデジタル信号に基づヽ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

請求の範囲

[1] 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、

前記電圧センサもしくは前記電流センサ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選択スィッチと、

少なくとも前記電流センサの検出出力を増幅する増幅手段と、

前記選択スィッチによって出力される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前記基準電位をアナログ信号力デジタル信号に変換する AZD変換手段、およびこの AZD変換手段で変換されたデジタル信号に基づ、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において、

前記増幅手段は、入力信号を差動増幅する差動増幅手段から構成され、前記 AZD変換手段は、 Δ∑変調によって入力信号をアナログ信号力デジタル信号に変換し、

前記演算手段は、前記 AZD変換手段で変換された前記電圧センサおよび前記電流センサの検出出力から前記 AZD変換手段で変換された前記基準電位をそれぞれ除去し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。

[2] 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。

[3] 前記演算手段は、前記電流センサの検出出力の前記基準電位と前記電圧センサの検出出力の前記基準電位とを異ならせた場合に、前記 AZD変換手段で変換された前記基準電位を前記電流センサの検出出力または前記電圧センサの検出出力のいずれか一方のみから除去することを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の電子式電力量計。

[4] 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 AZD変換手段による変換の完了後即座に前記選択スィッチを切り換えて次の選択を行なわせた後、時間をおいて前記 AZD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請求項 1から請求項 3のいずれか 1項に記載の電子式電力量計。

[5] 前記演算処理装置は、前記 AZD変換手段による各変換の完了後即座に前記 A

ZD変換手段の動作を停止させて、前記 AZD変換手段による次の変換の開始準備を行なわせることを特徴とする請求項 4に記載の電子式電力量計。

[6] 前記 AZD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から請求項 5のいずれか 1項に記載の電子式電力量計。