专利名称：隔离式电流传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电功率测量领域，尤其涉及一种隔离式电流传感器。
背景技术：
电力是一种基本电源，它被广泛应用于居民用电和商业当中。测量用电总量则是决定对用户收取多少费用的重要工作。此外，用电量的历史走向是在任何给定的时间内确定电需求量的一个重要工具。电通常是以交流的形式在电力线上传送。电能够以单相、双相或三相的形式供应。 每一个附加相通常需要使用一根附加的电力线。附加相也能够通过附加线进行供应。电通常是根据功率消耗的总量来进行测量。总功耗包括在一个特定时间段内的功率和。功率是电压V和电流I的乘积。电表通过测量在一个时间点上电压和电流的即时值， 以及在一段时间内两者乘积的累积值(如，积分值)来测量总功耗。一种测试电流的方法是利用电流互感器。一个电流互感器通常包括一组绕在一个环形中心上的环形线圈。当加载上负载电阻，环形线圈就会产生一个与在电力线上传输的电流成比例的电压。由于电流互感器本身所固有的相相间的直流隔离特征，电流变换器通常更加适用于工业和商业领域的多相测量。第二种测量电流的方法是利用罗氏线圈。一个罗氏线圈通常包括一个环形线圈， 该环形线圈设置在一个电流待测的导体周围。一个电压通过感应在线圈内产生，该电压与导体中的电流变化率成比例。罗氏线圈的输出端通常连接到积分电路以便提供一个与电流成比例的输出信号。罗氏线圈通常较电流互感器便宜。另外一种测量电流的方法是利用分流器。一个分流器通常包括一个相对较小的电阻器，该电阻器串联设置于电力线上。电流流经分流器并在分流器两端形成一个微小电压。 然后电压表通过测量压降来确定流经分流器的电流量。分流器本身不与电力线相隔离，因此并不适用于多相电力测量，因为在功率测量装置的输入引脚上产生的相差电压能够轻易超出标准半导体产品的最大允许值。分流器通常比电流互感器和罗氏线圈便宜，然而，由于隔离问题，电流互感器更适于商业运用。
发明内容
本发明所公开的方面包括一个电流传感器和一个提供电气隔离的数字屏障。所述隔离使得分流电流传感器能够用于多相电力系统从而实现电流的精确测量。它也能够减轻由于能源窃取或篡改所带来的电磁干扰的影响。数字隔离也能够减轻交叉耦合干扰所带来的影响，并且能够提高电磁兼容性(EMC)以及电快速瞬变脉冲群(EFT)的免疫力。数字屏障隔离也能够通过对前端和主机端噪声源进行电气隔离来提高模数转换器(ADC)的信噪比 (SNR)0隔离屏障提供电力线的相间隔离或相与中性线之间的相相隔离。这使得电流传感器能够在一个性价比高的系统中利用中性电流测量多相电源或电流或单相电源或电流。此外，在许多情况下，利用数字屏障隔离能够减少计量器或电流保护装置(断路器)的整体尺
在一个实施例中，一电流传感器可用于测量电力线中的电流。在一个实施例中，电流传感器是一分流器、一电流互感器、一罗氏线圈，或其他用于测量电流的装置。电流传感器与一模数转换器进行通信。模数转换器与一屏障接口进行通信。屏障接口与一屏障隔离模组进行通信。屏障隔离模组包括，例如，一个相对较高频率的变压器(例如，一脉冲变压器)或一个电容器。屏障隔离模组与一第二屏障接口模组进行通信。第二屏障接口模组与一信号处理电路进行通信。信号处理电路确定电流和用电量指示，并将该指示传送到一显示装置或一第二处理器进行进一步分析。在一个实施例中，一个Σ-Δ转换器(SIGMA-DELTA converter)用于将由一个电流传感器产生的差分模拟信号转换成数字数据，根据欧姆定律，该数字数据代表流经传感器的电流。在一个实施例中，Σ-Δ转换器被分成与一个变压器(包括，例如，脉冲变压器) 或一个电容器至少部分电气隔离的两个电路。所述变压器在Σ-Δ转换器的两个部分之间提供单向和/或双向的数字数据传输和电力传输。在一个实施例中，第一电路，或者线路端电路(line-Side circuit)，包括一 Σ-Δ 调制器、一电压参考模组，以及一屏障接口模组。所述线路端电路负责传送数据并接收输入和输出隔离屏障的电能。在一个实施例中，线路端电路设置在一半导体装置中。在一个实施例中，线路端电路包括，例如，一完整的Σ-Δ转换器(例如，调制器和有限脉冲响应滤波器)或其他类型的模数转换器。在一个实施例中，Σ-Δ调制器或其他模数转换器位于所述线路端电路上。在一个实施例中，所述主机端电路(host-side circuit)包括通常被称作是有限脉冲响应滤波器或抽样滤波器的Σ-Δ转换器的第二部分，和一屏障接口模组。主机端装置负责传送输入和输出隔离屏障的数据和电能。在一个实施例中，主机端装置设置在一半导体装置内。在一个实施例中，主机端装置包括在进行电力测量或电路断路器/保护应用的常规职能方面有一些有用的功能，例如，电压感应、电流有效值测量、用电量计算、用电量显示，或类似功能。虽然描述的是指Σ-Δ转换器，但本领域技术人员通过本公开可以理解其他类型的转换器同样可以用于本公开。在一个实施例中，所述隔离屏障形成于一集成电路中。在一个实施例中，隔离屏障包括一高频变压器。在一个实施例中，隔离屏障与线路端装置和主机端装置中的一个或两者处于同一芯片上。在一个实施例中，隔离屏障处于一个与线路端装置和主机端装置中的一个或两者相互隔离的外壳中。在一个实施例中，电能从主机端装置通过隔离屏障传输到线路端装置。在一个实施例中，测量信息和/或其他通信从线路端装置通过隔离屏障传送到主机端装置。在一个实施例中，指令数据和/或其他通信从主机端装置通过隔离屏障传输到线路端装置。
图1是一电流测量装置的实施例； 图2是一电流测量装置的另一实施例；
图3A是一带有变压器的电流测量装置的实施例，该变压器用于一单相或两相测量仪或断路器或集成保护装置；图:3B是一带有变压器的电流测量装置的实施例，该变压器用于一三相测量仪或断路器或集成保护装置；
图3C是一带有用于三相测量仪的变压器的电流测量装置的另一实施例； 图4A是一带有外部变压器的电流测量装置的实施例，该外部变压器用于一单相或两相测量仪；
图4B是一带有用于三相测量仪的外部变压器的电流测量装置的实施例； 图5是电流测量过程流程图； 图6是一线路端装置的实施例； 图7是线路端和主机端通信时序图。
具体实施例方式图1显示了一电流传感器测量系统的实施例。一传感器101，例如，一分流器、一罗氏线圈、一电流变压器，或类似装置，用于感应通过电力线上的电流。传感器101与线路端装置103进行通信。线路端装置103与隔离屏障105进行通信，所述隔离屏障105与一主机端装置107进行通信。虽然被称为线路端装置和主机端装置，但这两个名称仅仅是代号并不用于限定装置的位置。此外，用于本文中的描述性词语，例如，装置、模组等，仅仅是用于描述整个系统的某些部件，而不是将系统部件限定于包含在相同或独立的外壳，或在相同或独立的芯片当中。作为本领域的普通技术人员，通过本公开可以理解，所述系统的各种部件能够集成在相同或相互隔离的外壳、电路板和/或芯片中。线路端装置103包括一模数转换器109和一屏障接口 111。所述模数转换器109， 将通过电流传感器的电流模拟量转换成数字值。然后数字值被传送到屏障接口，所述屏障接口将数字信息通过隔离屏障105传送到主机端装置107。隔离屏障105包括一高频变压器，例如一对主机端装置和线路端装置进行电气隔离的脉冲变压器。在一个实施例中，一电容器用于对除高频变压器之外的(其他部件)提供隔离或代替高频变压器。主机端装置107包括一屏障接口 113或一信号处理电路115。屏障接口 113将电能传送到线路端装置103，并从线路端装置103接收数据。在一个实施例中，屏障接口 113将数据传送到线路端装置，屏障接口 111则用于接收数据。屏障接口 113 与信号处理电路115进行通信。信号处理电路115用于确定用电量指示，并将用电量指示进一步用于通信，例如，通过显示装置显示或将其传送到一个电源供应器中。所述隔离屏障105在线路端装置103和主机端装置107之间提供直流和低频隔离。这很适合用于多相功率测量。在一个实施例中，数据率相对较�。庋梢约跎俟囊约凹跎俑衾肫琳�105的大小。在一个实施例中，电力从主机端装置107通过隔离屏障供应到线路端装置103。在一个实施例中，电功率值小于50mW。在一个实施例中，电功率值小于 5mW。在一个实施例中，数据从线路端装置103通过隔离屏障105传送到主机端装置107。 在一个实施例中，数据从主机端装置107通过隔离屏障105传送到线路端装置103。在一个实施例中，数据被双向传输，通过隔离屏障105输入和输出主机端装置107和线路端装置 103。继续参照图1，在运行过程中，电流流经电力线和传感器101。一代表电流的电压由传感器101产生并被传送到线路端装置103上的模数转换器(ADC)109。所述模数转换器109可以是，例如，一个Σ-Δ调制器(ASDM)。模数转换器109将电压转换成数字值并将数字值传送给屏障接口 111。屏障接口 111对通过隔离屏障105的数字值进行调制或者与其进行通信。通过屏障的信号可能以中频或高频的形式传送。将一个高频变压器作为隔离屏障使用能够带来额外的好处，可以减小变压器的尺寸。屏障接口 113解调或接收通过隔离屏障105的数字值，并将数字值传送到信号处理器115进行处理。信号处理器115利用数字值进行过滤、分析、处理，和/或确定功耗测量，并将测量结果输出。此外，屏障接口 113将电能从主机端装置通过隔离屏障传送到线路端装置来启动线路端装置。在一个实施例中， 电能通过隔离屏障111以在一个特定频率条件下的正弦波或脉冲信号的形式传输，该频率比电力线的频率要高。在一个实施例中，电能作为供应到模数转换器的一个时钟信号的一部分经由隔离屏障111进行传输。一包含在线路端装置中的电压转换器装置通过，例如，修正和过滤时钟脉冲信号的方式将时钟信号的一部分转换成所需的直流电压。然后直流电压被供应到线路端装置的不同组件。在一个实施例中，数据从线路端装置通过隔离屏障传送到主机端装置，用于提供，例如，时钟信息、配置数据、指令数据，或类似的参数。时钟信号和数据能够以相同频率或不同频率通过隔离屏障来回传送。图2显示了一带有变压器，例如一高频脉冲变压器，的电流传感器测量装置的实施例。流经电力线的电流通过一电流传感器201测量。测量装置包括一线路端装置203、一隔离屏障205，和一个主机端装置207。所述线路端装置203包括一模数转换器209、一屏障接口 211，和一电压参考210。模数转换器209将一代表流过电力线的电流的模拟输入量转换成数字值，并将数字值传送到屏障接口 211。屏障接口 211通过隔离屏障205与主机端装置207进行通信。经由屏障205的通信可以是单路或两路通信。在一个实施例中，模数转换器由一 Σ-Δ调制器组成。在一个实施例中，电能通过隔离屏障后被屏障接口 203接收。 电压参考210与从屏障接口 205接收到的交流电进行通信，并将交流电转换成所需电压的直流电。所述直流电被提供给线路端装置，包括模数转换器209。屏障接口 211通过与模数转换器209进行通信来接收数字电流信息，并且选择性地将采样、时钟或其他信息传送给模数转换器209。主机端装置207包括一屏障接口 213、一抽样滤波器214，和一信号处理电路215。 与线路端装置203中的隔离屏障211情况类似，屏障接口 213能够满足通过隔离屏障205 在主机端装置207和线路端装置203之间进行通信。屏障接口 213将从线路端装置中接收到的信息传送到抽样滤波器214。所述抽样滤波器214是一个数字滤波器，它对从线路端装置203接收到的数字信号进行滤波。然后抽样滤波器214将表征电压的滤波数字信号通过分流器201传送给信号处理电路215。信号处理电路分析经滤波后的数字信号，并输出电力线上电流或功率的指示。继续参考图2，在运行过程中，电流流经电力线和传感器201。一与电流成比例的电压由传感器201产生，并传送到线路端装置203上的模数转换器209中。模数转换器209 把电压转换成数字值，并将数字值传送给屏障接口 211。所述屏障接口 211对数字值进行调制或将数字值通过隔离屏障205进行传输。屏障接口 213解调或接收通过隔离屏障211传输的数字值，并将数字值传送到抽样滤波器214进行处理。然后抽样滤波器214将经滤波后的数字值传送给信号处理器作进一步处理。所述信号处理器215利用数字值过滤、分析、 处理，和/或确定功耗测量，并将测量结果输出。在一个实施例中，屏障接口 213从主机端装置207将电能通过隔离屏障205传送给线路端装置203以用于驱动线路端装置203。在一个实施例中，电能是一相对高频的正弦波或脉冲信号。在一个实施例中，电能作为供应到模数转换器的时钟信号的一部分经由隔离屏障111进行传输。一个包含在线路端装置中的电压转换器装置通过，例如，修正和过滤时钟脉冲信号的方式将时钟信号的一部分转换成所需的直流电压。然后直流电压被供应到线路端装置的不同组件。包含在线路端装置203 上的电压参考装置210将功率信号转换成所需直流电压。所述直流电压然后作为电能被提供给线路端装置203的不同组件。在一个实施例中，数据从线路端装置通过隔离屏障传送到主机端装置，用于提供，例如，时钟信息配置数据指令数据，或类似的参数。图3A显示了一带有内部变压器的电流传感器测量装置的实施例，该内部变压器用于单相和零或两相测量仪中。图3A包括两个电流传感器301 ；—线路端装置303，包括一模数转换器309和一屏障接口 311 ； —隔离屏障305 ；和一主机端装置307，包括一屏障接口 313，一多路器316，一抽样滤波器314，和一信号处理器315。所述模数转换器309，屏障接口 311、313，隔离屏障305，和抽样滤波器314的运行方式与图2中的相关装置相类似。除了这些组件之外，一第二电流传感器301和电压测量线被提供给主机端装置307。多路器 316将输入到信号处理电路315中的多种电流和电压进行多路复用。这种配置使得测量装置更为便宜，该测量装置通过利用较少的芯片组件就可以对单相和多相电源进行测量。该装置也选择性地包含包括电阻331和332的衰减网络。在一个实施例中，其中两相电源被测量，一第三中性线也包含在衰减网络中。在一个实施例中，模数转换器由一 Σ-Δ调制器组成。继续参考图3A，在运行过程中，电流流经电力线和传感器301。一与电流成比例的电压由传感器301产生，经由每条线路后传送到线路端装置303上的模数转换器309中。 模数转换器309把电压转换成数字值，并将数字值传送给屏障接口 311。所述屏障接口 311 对数字值进行调制或将数字值通过隔离屏障305进行传输。屏障接口 313解调或接收通过隔离屏障305传输的数字值，并将数字值传送到抽样滤波器314进行处理。然后抽样滤波器314将经滤波后的数字值传送给信号处理器作进一步处理。所述信号处理器315利用数字值过滤、分析、处理，和/或确定功耗测量，并将测量结果输出。在一个实施例中，屏障接口 313从主机端装置307将电能通过隔离屏障305传送给线路端装置303以用于驱动线路端装置303。在一个实施例中，电能以正弦波或脉冲功率信号或时钟信号的形式进行传输。 包含在线路端装置303中的电压参考装置将功率信号转换成所需的直流电压。然后所述直流电压作为电能被供应到线路端装置303的不同组件当中。在一个实施例中，数据从主机端装置通过隔离屏障传送到线路端装置，用于提供，例如，时钟信息、配置数据、指令数据， 或类似的参数。此外，每条电力线的电压等级和一条或多条电力线上的额外电流被传送到多路器 316。所述多路器316对每个电压和额外电流信号进行多路复用，并将它们一次一个或数个传送到处理器315进行处理。图;3B显示了一包含用于测量多相电源的三个相互独立的转换器的实施例。本领域的普通技术人员通过本公开将理解可以基于需要测量的电源相的数量使用一个、两个、 三个、四个，或多个相互隔离的转换器。此外，虽然图示中性线不带有数字隔离屏障，但本领域的普通技术人员可以通过本公开明白数字隔离也可以被用于测量中性线电流。图3B所示的实施例包括三个相互隔离的转换器，每个转换器包括一线路端装置359、一隔离屏障355，和一屏障接口 363。在图:3B所示的实施例中，抽样滤波器364包含在主机端装置 357中。可选地，在一个实施例中，一多路器能够用于对从所述三个屏障接口 363传输并经由抽样滤波器的信号进行多路复用，这样一次只有三个信号中的一个能够传送到抽样滤波器。在一个实施例中，相互独立的抽样滤波器被提供给每个转换器，并且三个信号均被传输到信号处理电路365。除测量每相电流，每相电压外，还选择性地包括对中性线电压以及通过中性线的电流的测量，以实现对功耗的精确计算。在一个实施例中，衰减网络被选择性地包含在每一相和中性线之间。图3B显示了一带有衰减网络的实施例，该衰减网络包括电阻 385、386、387、388、389，以及 390。继续参考图:3B，在运行过程中，电流流经电力线和传感器301。一与电流成比例的电压由传感器301产生，经由每条线路后传送到线路端装置359。模数转换器把电压转换成数字值，并将数字值传送给屏障接口。所述屏障接口对数字值进行调制并将其加载到一个或多个载频上，或将数字值通过隔离屏障355进行传输。屏障接口 363解调或接收通过隔离屏障355传输的数字值，并将数字值传送到抽样滤波器364进行处理。抽样滤波器364然后将经滤波后的数字值传送给信号处理器365作进一步处理。所述信号处理器365利用数字值过滤、分析、处理，和/或确定功耗测量，并将测量结果输出。在一个实施例中，屏障接口 363从主机端装置357将电能通过隔离屏障355传送给线路端装置359以用于驱动线路端装置359。在一个实施例中，电能以功率信号或时钟信号的形式进行传输。包含在线路端装置359中的电压参考装置将时钟脉冲转换成所需的直流电压。然后所述直流电压作为电能被供应到线路端装置359的不同组件当中。在一个实施例中，数据从主机端装置359通过隔离屏障355传送到线路端装置357，用于提供，例如，时钟信息、配置数据、指令数据，或类似的参数。此外，每条电力线的电压等级和一条或多条电力线上的额外电流被传送到多路器 366。所述多路器366对每个电压和额外电流信号进行多路复用，并将它们一次一个或数个传送到处理器365进行处理。在一个实施例中，多路器366是一模拟多路器，并且复用值在复用后从模拟值转换成数字值。在一个实施例中，多路器366是一数字装置，并且复用值是在复用前从模拟值转换成数字值。图3C显示了一带有数字多路器的功率测量装置的实施例。其运行和组件与图:3B 相类似，除了转换器307是用于将经过电力线的模拟电压转换成数字值以外。然后数字值被复用后传送到信号处理器365进行处理。在一个实施例中，电流传感器把电流信息传送给模拟多路器，该模拟多路器对电流信息进行多路复用后并在传输过隔离屏障之前通过一个或多个线路端装置对其进行转换。在一个实施例中，所述转换器包含在主机端装置中。图4A显示了类似于图3A的实施例，除了隔离屏障408设置于线路端和主机端装置403、407的外部。也就是说，所述隔离屏障没有与线路端装置403和主机端装置407设置在同一芯片上。虽然没有进行说明，但是衰减网络也能够像图3A所描述的那样用于本实施例。图4B显示了类似于图:3B的实施例，除了，如上所述，隔离屏障455设置于线路端和主机端装置459、457的外部。在一个实施例中，线路端装置与主机端装置相距较远。在一个实施例中，线路端装置与主机端装置相互独立。在一个实施例中，线路端装置设置于一个独立的芯片和/或电路板上。在一个实施例中，隔离屏障与线路端装置设于同一芯片和/或电路板和/或外壳内。在一个实施例中，隔离屏障与线路端装置设于同一芯片和/或电路板和/或外壳内。此外，线路端装置、主机端装置和隔离屏障位置的其他组合也是可能的。图5显示了测量电流过程的流程图。当电能通过电力线的时候，电流指示在方框 501中被感应出来。然后被感应出的电流指示在方框503中从模拟值被转换成数字值。如上所述，所述数字值通过方框505中的隔离屏障进行传输。一旦所述数字值通过了隔离屏障，它将会由方框507中的信号处理器和/或抽样滤波器来进行处理。然后流程再一次重复。并联电流感应过程，例如图5所描述的，也能够被用于每个附加相。类似地，一单一复合过程也能够如上述一样利用隔离屏障对电流进行测量。图6显示了线路端装置600的一实施例的方框图。线路端装置600包括一脉冲变压器601、一脉冲输入输出口 603、有源整流器605、模数转换调制器607、放大�？�608、温度(TEMP)电路609、熔断器611、带隙613、缓冲带隙615、偏置电流617、测试多路器(TMUX) 619，和接口�？�621。如上所述，线路端装置从电流传感器接收电流指示，并将数字化后的电流指示通过数字隔离屏障传送到主机端装置。电流指示在输入端623、625被接收。所述指示在放大�？�608中被放大，并通过模数转换调制器607被转换成数字值。在一个实施例中，放大�？�608的增益大约是8。转换后的数字值传送给接口�？�621进行缓冲和变形。接口�？榻种荡透龀迨淙胧涑龆�603以便将数字值通过数字隔离屏障传送给主机端装置。在一个实施例中，如图7进一步详细描述的那样，工作功率以功率脉冲的形式通过隔离屏障601后从主机端装置被接收。所述功率脉冲通过有源整流器605后被转换成工作功率(VDD)。在一个实施例中，当正向瞬时电流约为20ma时，所述有源整流器605会提供一个压降小于150mv的修正功能。在一个实施例中，主机端装置将控制指令通过隔离屏障 601传送给线路端装置。在一个实施例中，线路端装置将控制、测量和/或状态信息通过隔离屏障601传送给主机端装置。继续参考图6，温度电路609用于对温度进行测量。在一个实施例中，温度电路609 用于确定通过带隙613、缓冲带隙615，和偏置电流617传送到模数转换调制器的参考电压和偏置电流。在一个实施例中，温度电路609对从接口�？�621发出的使能信号处于等待状态。当使能信号被接收以后，打开电源，完成温度测量，然后断电。在一个实施例中，温度电路609只有在通信信号通过接口模块621，由主机端装置发出指令的情况下，才对温度进行测量。在一个实施例中，温度电路609进行16位温度测量。在一个实施例中，接口�？� 621对从温度电路609发出的数据进行缓冲。对数据实现缓冲，这样当主机端装置需要温度输出时，所述接口�？�621首先输出缓冲值，然后使得温度电路产生一个新值。在一个实施例中，温度电路是一个电压控制振荡器(VC0)，其时钟频率与温度成比例。在一个实施例中，最高时钟率是IOMHz。所述电压控制振荡器的输出脉冲数位P。在一个实施例中，P为 3800。计数器的最终值便是温度信息。在一个实施例中，熔断器611提供了一可编程存储器。在一个实施例中，8根熔断器被用于存储与线路端装置有关的信息。熔断器611在制造过程中就已程序化，例如，通过烧断一根或多根熔断器611来达到提供有关线路端装置的一些信息，例如，电压和电流参考信息、工作温度、制造信息或其他与线路端装置运行相关的信息。在一个实施例中，存储在熔断器中的信息被数字�？�621读�。⑼ü指衾肫琳�601传送到主机端装置。在一个实施例中，线路端装置600包括一用于测试线路端装置的6针测试模式。在一个实施例中，通过把INN输入端625接地来激活6针测试模式。在此模式中，电源输入端 (VDD)和地端(GND)直接上电，同时INP输入端623变成测试多路器(TMUX)619输出端。SP 和SN仍然作为串行接口使用。SP和SN也能够被提升到高于和低于供电电源从而来衡量有源整流器的性能。在一个实施例中，电流传感器600包括一 8针测试模式。可以通过在 TEST引脚输入端加上一个电压来进入此测试模式。在此模式下，所述INN和INP引脚625、 623保持正常功能。在一个实施例中，熔断器烧断是在6或8针测试模式下进行。在一个实施例中，在一个或所有测试模式下，VDD和GND由外部电源供电，以确保熔断器在进行写操作时所需的足够的电流。在一个实施例中，当一个熔断器的读请求被接收时，熔断器缓冲区的内容就会被输出。在一个实施例中，当读操作被完成，所述线路端装置600就会对一个内部读操作序列进行初始化，以达到刷新熔断器缓冲区的目的。在熔断器缓冲区被刷新后，所有的熔断器电路偏置电流就会关断，以实现对电源电流的保存。在一个实施例中，电流传感器600有核心供电。在一个实施例中，电流传感器600 没有核心供电。在一个实施例中，电路系统运行由VDD进行供电。在一个实施例中，VDD供电电压为3.3V。在一个实施例中，不包含用于VDD的调节器从而减少引脚的数量。在一个实施例中，一个局部调节器与带隙613、带隙缓冲区615，和/或模数转换调制器607的前置放大器增益一起使用。这具有将直流电和60Hz电源抑制比(PSRR)最大化的效果。在一个实施例中，当电源变化时，变压器匝数比的具体值要调整到与保持VDD在一个合理范围的状态相适应。例如，在一个实施例中，电源电压值从3. OV变化到3. 6V。在一个实施例中，匝数比是1:1. 3。在一个实施例中，所述功率测量装置精确到满刻度的1%左右。在一个实施例中，所述功率测量装置精确到满刻度的0. 1%左右。图7是一个时序图，反映通过脉冲变换器在主机端装置和线路端装置之间进行通信的过程。图750阐明了当测试输入710低时，或，换句话说，当线路端装置不在测试模式时的过程的实施例。在功率循环751的N阶段，一个写入信号(WR)753被线路端装置接收。 所述写入信号763对写入数据通信进行初始化。写入数据包括极性标识(CHOP POL)指令 741和一读代码指令(RD C0DE)743。在一个实施例中，所述WR信号对模数转换器时钟(ADC_ CLK) 755，读模数转换器(RD_ADC) 757和读数据(RD_DATA) 759进行再初始化。在一个实施例中，当测试输入711高时，或，换句话说，当所述线路端装置处于测试模式时，在所述写入数据字符串中，写入数据包括额外的TMUX和熔断器设置775信息。在一个实施例中，所述 CHOP POL指令741与运算放大器的极性反转同步。极性反转将RD_ADC 757的所有其他ADC 读代码761、761、763、765进行反转，以避免频率为60HZ的组件与ADC信息之间的通信。在一个实施例中，RD_DAT输出为即时波形，并且与脉冲时钟不同步。在一个实施例中，如时序图720所阐述的那样，每次功率循环当中，工作功率脉冲 701被线路端装置所接收。此外，在某些功率循环中，一读脉冲或一连串的读脉冲通过线路端装置进行传输，和/或一写脉冲或一连串的写脉冲被线路端装置所接收。在功率脉冲和读以及写脉冲之间存在高阻抗。高阻抗状态使得脉冲变压器能够快速回零，并且能够对通过脉冲感应的感应电流进行放电。虽然上述发明已经在某些优选的实施例方面做了相关描述，其他一些实施例对于本公开中所述的本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。例如，一个普通技术人员将会从本公开认识到各种不同的制造、设计方法，和材料能够被用于制造其中所述的各种组件。例如，本领域的普通技术人员可以理解，用于测量电流的其他装置，比如，一个电流变压器、罗氏线圈，或类似装置，也可以作为对分流器的替代应用到本发明当中。此外，其他的组合、删减、替换以及修改对于本公开领域内的普通技术人员而言将是显而易见的。可以预料到的是，本发明所描述的各个方面及特征可以单独、合并，或相互替代实施，所述特征和方面的各种组合和子组合能够被实施，并且仍然落到本发明的保护范围内。进一步，上述系统不需要在一个优选的实施例中包括所有的模组和功能。因此，本发明并不限于所述的优选实施例，但是对它的限定将会参考所附权利要求。
权利要求
1.一种电流测量系统，包括一电流感应装置，所述电流感应装置用于产生与从电源流出的电流成比例的电压；一与所述电流感应装置进行通信的模数转换器，所述模数转换器用于将所述电压转换成数字数据；一处理器，用于计算至少部分基于所述数字数据的功耗指示；以及一隔离屏障，用于在模数转换器和处理器之间提供至少部分电气隔离，其中工作功率通过隔离屏障提供给模数转换器，而数字数据则通过所述隔离屏障提供给所述处理器。
2.根据权利要求1所述的电流测量系统，进一步包括一个或多个通过隔离屏障进行通信的屏障接口装置。
3.根据权利要求2所述的电流测量系统，其中屏障接口装置用于将信息传送过隔离屏障。
4.根据权利要求3所述的电流测量系统，其中所述处理器运用所述传送过隔离屏障的信息来计算所述功耗。
5.根据权利要求1所述的电流测量系统，其中模数转换器包括一Σ-Δ转换器的调制器部分。
6.根据权利要求5所述的电流测量系统，其中Σ-Δ调制器包括一模拟Σ-Δ调制器。
7.根据权利要求5所述的电流测量系统，进一步包括一数字滤波器，用于在数字化电压被处理器接收之前对其进行过滤。
8.根据权利要求7所述的电流测量系统，其中所述滤波器包括一抽样滤波器。
9.根据权利要求1所述的电流测量系统，进一步包括两个或多个模数转换器以及两个或多个隔离屏障，用于测量经过两个或多个电流感应装置的两个或多个电源相。
10.根据权利要求1所述的电流测量系统，其中所述隔离屏障包括一脉冲变压器。
11.根据权利要求1所述的电流测量系统，其中时钟信号经由隔离屏障传送给模数调制器。
12.根据权利要求1所述的电流测量系统，其中工作功率通过隔离屏障传输。
13.一种功率计或断路器或集成保护装置，包括一模数转换器，用于将流经电源的电流指示从模拟值转换成数字值； 一抽样滤波器，用于抽取数字值；一处理器，用于接收被抽取的数字和电压指示以及计算用电量；和一隔离屏障，用于提供从模数转换器传送到抽样滤波器的信号之间的电气隔离。
14.根据权利要求13所述的功率计，其中隔离屏障包括一脉冲变压器。
15.根据权利要求13所述的功率计，进一步包括一分流器，用于提供经由电源流向模数调制器的电流指示。
16.根据权利要求13所述的功率计，其中模数转换器和抽样滤波器包括一Σ-Δ装置。
17.根据权利要求13所述的功率计，其中所述隔离屏障包括一脉冲变压器。
18.根据权利要求13所述的功率计，其中工作功率经由隔离屏障进行传送。
19.一种测量功率的方法，包括将从电源流过的电流指示在功率测试装置的线路端部分从模拟电流信号转变成数字电流信号；将所述数字信号从所述线路端部分经由电气隔离屏障传送到功率测量装置的主机端部分进行通信；对所述数字电流信号进行采样； 确认电源两端的电压指示；以及计算测量功耗。
20.根据权利要求19所述的方法，其中转换包括过采样。
21.根据权利要求19所述的方法，其中通信包括转换所有其他位。
22.根据权利要求19所述的方法，进一步包括将工作功率从所述主机端经由所述隔离屏障传送到所述线路端。
23.一种功率计或断路器或集成保护装置，包括一个或多个模数转换器，用于将流经多相电源的电流指示从模拟值转换成数字值；一个或多个抽样滤波器，用于对数字值进行采样；一个处理器，用于接收所述采样值和电压指示以及计算用电量；和一个或多个隔离屏障，用于提供从数转换器传送到抽样滤波器的信号之间的电气隔离。
24.根据权利要求23所述的功率计，其中所述一个或多个隔离屏障包括一脉冲变换器。
25.根据权利要求23所述的功率计，进一步包括一个或多个分流器，用于将流经电源的电流指示提供给模数调制器。
26.根据权利要求23所述的功率计，其中一个或多个模数转换器和一个或多个抽样滤波器包括一 Σ-Δ装置。
27.根据权利要求23所述的功率计，其中所述一个或多个隔离屏障包括一脉冲变压器。
28.根据权利要求23所述的功率计，其中工作功率经由一个或多个所述的隔离屏障进行传输。
29.一种在多相系统中所耗功率的测量方法，包括将从多相电源流过的两个或多个电流指示在一个或多个功率测试装置的线路端部分从模拟电流信号转变成数字电流信号；将所述数字信号从所述一个或多个线路端部分经由一个或多个电气隔离屏障传送到功率测量装置的一个或多个主机端部分进行通信； 对所述数字电流信号进行采样； 确认多相电源两端的电压指示；以及计算测量功耗。
30.根据权利要求四所述的方法，其中转换包括过采样。
31.根据权利要求四所述的方法，其中通信包括转换所有其他位。
32.根据权利要求四所述的方法，进一步包括将工作功率从所述主机端经由所述一个或多个隔离屏障传送到所述线路端。
全文摘要
本发明公开包括一电流测量仪、电路断路器或者集成保护系统，其包括在单相或多相电源系统中使用电流感应器，如，分流器测量电流的隔离的模数转换器。在一实施例中，调制器被分成带有模数调制器的线路端装置以及包括抽样滤波器和处理器的主机端装置。在一实施例中，隔离屏障，例如一脉冲变压器将线路端装置与主机端装置隔离起来。
文档编号G01R19/25GK102165323SQ200980137304
公开日2011年8月24日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年7月23日
发明者伯特·怀特, 库罗什·鲍托拉比 申请人:马克西姆综合产品公司
专业数控铣床产品供应商
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