智能功率感测设备制造技术

功率感测设备包括与电流感测电路和电压感测电路电通信的功率输入接口。电流感测电路与负载连接。电压感测电路与负载并联连接。包括计量集成电路(IC)和微控制器单元(MCU)。计量集成电路接收来自电流感测电路的指示负载电流值的第一模拟信号和来自电压感测电路的指示负载电压值的第二模拟信号。计量集成电路分别将第一和第二模拟输入信号转换为第一和第二数字信号，并且生成第一和第二数字信号作为到MCU的数字通信脉冲。解码器电路包括用以发送和接收与感测出的电流参数和感测出的电压参数相关联的数据的通信端口。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请一般涉及功率感测设备。本申请尤其涉及用于感测功率并且提供与感测出的功率有关的隔离数据(isolated data)的设备。
技术介绍
配电网络或者电网已经变成很大、成熟和高度互连的功率网络。智能电网指代对电网数字处理和通信以允许与配电网络相关联的数据流和信息管理的应用。作为下一代电功率网络系统的智能电网通过向电功率的电力生产、传送和消耗的现有处理应用电信技术，改进系统的效率。电功率供应商可以与消费者接口，以改进系统的效率。作为结果，电力可以按照需要生产，或者可以依赖于生产使用。也依据公共策略观点期望能够通过融合数据技术与智能网络检测电力的消耗和供应和功率线路的状况的智能网络。正在开发很多产品用于与智能网络和智能功率应用兼容。为了获得与电功率相关的数据，当前有必要涉及需要大量的开发时间、使用印刷电路板(PCB)空间和组装期间的大量校准的定制计量解决方案。
技术实现思路
本公开的系统和/或方法的意图优点满足这些需要的一个或者多个或者提供其他有利特征。将使得其他特征和优点从本说明显而易见。公开的教导延伸到落入权利要求的范围的那些实施例，无论它们是否达到一个或者多个上述需要。通过功率感测设备提供解决方案。功率感测设备包括与电流感测电路和电压感测电路电通信的功率输入接口。电流感测电路与负载串联连接。电压感测电路与负载并联连接。包括计量集成电路(IC)和微控制器单元(MCU)。计量集成电路接收来自电流感测电路的指示负载电流值的第一模拟信号和来自电压感测电路的指示负载电压值的第二模拟信号。计量集成电路分别将第一和第二模拟输入信号转换为第一和第二数字信号，并且跨越隔离屏障与MCU通信，隔离屏障包括用以发送和接收与感测出的电流参数和感测出的电压参数相关联的数据的通信端口。附图说明将参考附图通过示例的方式描述本专利技术，在附图中：图1是功率感测设备的示例性实施例。图2是示例性计量集成电路(IC)的实施例。图3示出示例性数字隔离电路。图4示出使用通用异步接收和传送(UART)接口的示例性通信管理示意图。图5示出功率感测设备的示例性平面磁基底的截面视图。图6是包括功率感测设备的墙壁插座适配器。具体实施方式一个实施例涉及功率感测设备。功率感测设备包括与电流感测电路和电压感测电路电通信的功率输入接口。电流感测电路与负载串联连接。电压感测电路与负载并联连接。包括计量集成电路(IC)和微控制器单元(MCU)。计量集成电路接收来自电流感测电路的指示负载电流值的第一模拟信号和来自电压感测电路的指示负载电压值的第二模拟信号。计量集成电路分别将第一和第二模拟输入信号转换为第一和第二数字信号，并且跨越隔离屏障与MCU通信，隔离屏障包括用以发送和接收与感测出的电流参数和感测出的电压参数相关联的数据的通信端口。另一实施例涉及墙壁插座适配器。墙壁插座适配器包括用于对电池充电的第一电路路径、和第二电路路径。第二电路路径与第一电路路径并联连接。第二电路路径包括功率感测设备、微控制器和无线收发器。功率感测设备与电池电通信并且与微控制器数据通信。微控制器将隔离数据通信到远程设备。提供功率端子用于将适配器连接到线路电压功率输入以向适配器和负载提供功率，并且提供输出端子用于输出线路电压到负载。应用包括环境高效功率管理和预测性健康和诊断。一个方面是用以高精度连续感测功率使用的能力。定制功率感测可以包括电流传感器、计量IC、用以隔离计量IC与设备MCU的电路和在产品组装期间电路的参数的校准。本文描述的实施例的特定优点是以低成本提供高级别精度的标准化电功率传感器。另一优点是容易地连接到各种产品的小型化部件。另一优点是用以在不需要执行冗长校准的情况下以容易实现的格式提供隔离数据的能力。参考图1，公开了功率感测设备10的一个实施例。功率感测设备10包括功率输入接口12，用于接收线路电压(line voltage)L和AC电源11的中性点电压N。电流感测电路14与负载16串联连接并且电压感测电路18与负载16并联连接。电流感测电路14包括一个或者多个线路端口15，用于到负载16的输出连接。电流感测电路14可以是集成电路，具有电流互感器(transformer)、分流电阻器、线圈和模拟换能器(transducer)和平面磁元件。电流感测电路14的线圈例如可以是罗格夫斯基线圈(Rogowski coil)或者类似的电设备，用于测量交流电(AC)或者高速电流脉冲。模拟换能器电流感测电路14例如可以是霍尔效应换能器，其响应于磁场改变输出电压信号。电压感测电路18可以是集成电路，其具有电阻分压器电路、晶体管和运算放大器。电流感测电路14输出信号到计量集成电路(IC)20。计量IC 20可以包括用于被测量的每个通道的第四阶Delta-Sigma模拟至数字转换器。需要至少两个通道用于功率计算。在一个通道上测量电流并且在另一通道上测量电压。在一个实施例中，计量IC 20可以是实用级计量IC。在图2中示意性图示计量IC 20。来自电流感测电路14和电压感测电路18的输出信号被输入到计量IC 20。到计量IC 20的电压输入信号和电流输入信号首先分别被施加到信号放大器202和信号放大器204。每个信号被放大为用于处理的适合电平。计量IC 20例如可以具有基于输入传感器电路的10X或者50X的可选增益和基于电压传感器电路的10X的固定增益。第四阶Delta-Sigma调制器206、208分别将电压和电流信号的每个从模拟转换为单一比特数字数据流。在一个实施例中，调制器206、208以与系统时钟频率成比例的速率采样各个信号，提供宽动态范围和简化的抗锯齿滤波器设计。然后每个调制后的信号被输入到第三阶sinc滤波器，sinc滤波器210、212修改各个电压和电流信号，以增加调制器输出粒度用于更高的精度。在校准期间，相位补偿元件216可以将延迟插入sinc滤波器210、212以按需要对齐电流和电压相位。下面，在乘法器218、220，系统增益校准值219调整所有通道，以补偿电压参考误差。然后校准后的信号被转发到无限脉冲响应(IIR)滤波器222、224。IIR滤波器222、224补偿幅度滚降(roll off)，以提供下垂校正(droop-correction)。在IIR滤波器222的输出，在偏移元件226插入DC电压偏移校准值，并且在增益元件228将DC电压增益补偿值插入偏移电压，以...

【技术保护点】
一种功率感测设备，包括：功率输入接口，与电流感测电路和电压感测电路电通信；与负载串联连接的电流感测电路和与负载并联连接的电压感测电路；计量集成电路；以及微控制器单元(MCU)，计量集成电路配置为：接收来自电流感测电路的指示负载电流值的第一模拟信号和来自电压感测电路的指示负载电压值的第二模拟信号；分别将第一和第二模拟输入信号转换为第一和第二数字信号；以及将第一和第二数字信号生成为到MCU的数字通信信号；以及解码器电路，包括通信端口，该通信端口用以发送和接收与感测出的电流参数和感测出的电压参数相关联的数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.08 US 13/646,7871.一种功率感测设备，包括：
功率输入接口，与电流感测电路和电压感测电路电通信；
与负载串联连接的电流感测电路和与负载并联连接的电压感测电路；
计量集成电路；以及
微控制器单元(MCU)，
计量集成电路配置为：
接收来自电流感测电路的指示负载电流值的第一模拟信号和来自电压感
测电路的指示负载电压值的第二模拟信号；
分别将第一和第二模拟输入信号转换为第一和第二数字信号；以及
将第一和第二数字信号生成为到MCU的数字通信信号；以及
解码器电路，包括通信端口，该通信端口用以发送和接收与感测出的电
流参数和感测出的电压参数相关联的数据。
2.如权利要求1所述的系统，其中，电流感测电路包括集成电路，该集
成电路具有电流互感器、分流电阻器、线圈、模拟转换器或者平面磁元件。
3.如权利要求2所述的系统，其中，线圈是罗格夫斯基线圈，用于测量
交流电(AC)或者高速电流脉冲。
4.如权利要求2所述的系统，其中，模拟转换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：SM杰克逊，S达尔米亚，MS阿迈德，RH科勒，DB萨拉夫，
申请(专利权)人：泰科电子公司，
类型：发明
国别省市：美国;US