自足式分支電路監(jiān)控器的制造方法
【專利說明】自足式分支電路監(jiān)控器發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明一般涉及負(fù)載中心。
[0002]發(fā)明背景
[0003]為了創(chuàng)建智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施以更好地管理能源，監(jiān)控和測量在消費的各個點、在家庭、在營業(yè)場所、以及在工業(yè)場所的能量需求將是必要的。在家庭、企業(yè)和工廠中的電力分配的焦點是負(fù)載中心，在負(fù)載中心，分支電路利用占用負(fù)載中心內(nèi)的分支位置槽的分支電路斷路器進(jìn)行組織，并且通過斷路器連接到引入的主電源總線。負(fù)載中心是安裝監(jiān)控和測量能量需求的功能的一個位置。
[0004]在家庭、企業(yè)和工廠中能量監(jiān)控設(shè)備的普遍安裝設(shè)備必須簡單、實用、而且不貴。在現(xiàn)有技術(shù)中，分支電路監(jiān)控系統(tǒng)需要電流傳感電路安裝在每個單獨的分支電路線上并且將電源接線到每個傳感電路。這樣的解決方案既不簡單實用也不便宜。
[0005]發(fā)明概述
[0006]本發(fā)明提供簡單、實用、并且價格相對低廉的設(shè)備來轉(zhuǎn)換在家庭、企業(yè)或工廠中的負(fù)載中心，以實現(xiàn)對智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的能量監(jiān)控。本發(fā)明不需要外部布線來為其操作供電，并且不需要修改或到負(fù)載中心中的分支電路斷路器的連接。相反，自足式分支電路器監(jiān)控器穿線于負(fù)載中心中的每個將被監(jiān)控的分支電路的負(fù)載導(dǎo)線上。該自足式分支電路監(jiān)控器具有小的外形規(guī)格，以使能夠安裝在負(fù)載中心中可用的有限空間，例如在布線槽里或在分支位置槽里。
[0007]該自足式分支電路監(jiān)控器包括電流互感器，典型的是圍繞高磁導(dǎo)率環(huán)形磁芯纏繞成環(huán)形線圈的磁導(dǎo)線的傳感器線圈。包在環(huán)形線圈的外圓周上的是柔性印刷電路板。監(jiān)控電路在柔性印刷電路板上形成，并被連接到來自傳感器線圈的引線。分支電路導(dǎo)線已經(jīng)通過環(huán)形磁芯的中心。
[0008]監(jiān)控電路的操作是由傳感器線圈中從分支電路導(dǎo)線里所監(jiān)控的負(fù)載電流感應(yīng)的電流供電。監(jiān)控電路包括整流器，其在操作的第一階段期間利用傳感器線圈中感應(yīng)的電流給電容器充電。在監(jiān)控電路內(nèi)的電壓調(diào)節(jié)器檢測何時電容器已被充電成足以轉(zhuǎn)變到操作的第二階段。在操作的第二階段中，操作功率從充電的電容器被供給到監(jiān)控電路中的微控制器、模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器、編碼器和發(fā)射器。
[0009]在操作的第二階段，只要足夠的電荷持續(xù)存在于電容器中，充當(dāng)電流測量裝置的A/D轉(zhuǎn)換器就采樣傳感器線圈中感應(yīng)的電流，該電流的大小與被監(jiān)控的負(fù)載電流的大小有關(guān)。A/D轉(zhuǎn)換器輸出表示被監(jiān)控的負(fù)載電流的大小的數(shù)值。
[0010]當(dāng)在電容器上存在足夠的電荷時，編碼器編碼表示被監(jiān)控的負(fù)載電流的大小的數(shù)值以及發(fā)射器將該數(shù)值傳輸?shù)娇晌挥谪?fù)載中心的接收器。傳輸?shù)臄?shù)值提供表征在相關(guān)的分支電路中所感測的負(fù)載電流的信息。該信息可以被用于設(shè)置警報、分析能量消耗、存儲以供將來使用、或傳輸?shù)街悄茈娋W(wǎng)。
[0011]該自足式分支電路監(jiān)控器不需要帶來成本的電源電壓連接件，在狹窄空間里不需要額外導(dǎo)線、具有最小的安裝成本、安裝過程中最小化的潛在錯誤、和最小的產(chǎn)品成本。因為沒有端子或裸露的導(dǎo)線，自足式分支電路監(jiān)控器可以被實現(xiàn)為高度魯棒性的并且基本上不受電噪聲源的影響。該自足式分支電路監(jiān)控器可以比競爭方法有較低的成本，因為低電壓和電流使用非常小的芯片尺寸的半導(dǎo)體裝置和非常小的組件。
[0012]附圖簡述
[0013]在如下簡要描述的附圖中描繪了本發(fā)明的示例實施例:
[0014]圖1A示出了本發(fā)明的基本組成部件，顯示了包括具有環(huán)形線圈和高磁導(dǎo)率環(huán)形磁芯的電流互感器的自足式分支電路監(jiān)控器。
[00?5]圖1B示出圖1A中所示的本發(fā)明的示例實施例，顯示了具有被包在環(huán)形線圈的外圓周上的柔性印刷電路板的自足式分支電路監(jiān)控器。監(jiān)控電路顯示為在柔性印刷電路板上，并連接到來自傳感器線圈的引線。分支電路導(dǎo)線被顯示為通過環(huán)形磁芯的中心。
[0016]圖1C示出圖1B所示的本發(fā)明的示例實施例，顯示了封裝在具有方便電流測量信息傳輸?shù)膫鬏斂椎膬杉綒んw中的自足式分支電路監(jiān)控器。
[0017]圖2示出本發(fā)明的示例實施例，顯示了自足式分支電路監(jiān)控器具有小的外形規(guī)格，以能夠安裝在負(fù)載中心的布線槽或負(fù)載中心的分支位置槽。多個分支電路斷路器被顯示于負(fù)載中心內(nèi)，每個電路斷路器的負(fù)載電流由位于負(fù)載中心的布線槽中的相應(yīng)的自足式分支電路監(jiān)控器監(jiān)控。
[0018]圖3示出了本發(fā)明的示例實施例，顯示了自足式分支電路監(jiān)控器中的柔性印刷電路板和示例監(jiān)控電路。
[0019]示例實施例的詳細(xì)描述
[0020]本發(fā)明提供簡單、實用、并且價格相對低廉的設(shè)備來轉(zhuǎn)換在家庭、企業(yè)或工廠中的負(fù)載中心，以實現(xiàn)對智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的能量監(jiān)控。本發(fā)明不需要外部布線來為其操作供電，并且不需要修改或到負(fù)載中心中的分支電路斷路器的連接。相反，自足式分支電路監(jiān)控器穿線于在負(fù)載中心內(nèi)的每個將被監(jiān)控的分支電路的負(fù)載導(dǎo)線上。該自足式分支電路監(jiān)控器具有小的外形規(guī)格，以使能夠安裝在負(fù)載中心內(nèi)可用的有限空間，例如在布線槽或分支位置槽中。自足式分支電路監(jiān)控器可容易地加裝在負(fù)載中心中的分支電路導(dǎo)線上。
[0021 ]圖1A示出本發(fā)明的示例實施例，顯示了自足式分支電路監(jiān)控器2，其作為具有環(huán)形傳感器線圈6和高磁導(dǎo)率環(huán)形磁芯11的電流互感器13。傳感器線圈6可以是圍繞高磁導(dǎo)率環(huán)形磁芯11纏繞成環(huán)形線圈，形成環(huán)形的電流互感器的磁導(dǎo)線。環(huán)形磁芯11使得分支電路導(dǎo)線3A穿過環(huán)形磁芯中心。環(huán)形磁芯11可以由具有高磁導(dǎo)率的鐵磁材料如硅鋼或高磁導(dǎo)率的鐵氧體制成。
[0022I圖1B示出圖1A中所示的本發(fā)明的示例實施例，顯示了具有被包在環(huán)形線圈11的外圓周上的柔性印刷電路板4的自足式分支電路監(jiān)控器2。監(jiān)控電路15被顯示為在柔性印刷電路板4上形成，并連接到傳感器線圈6的引線7和9。分支電路導(dǎo)線3A被顯示為穿過環(huán)形磁芯11的中心。
[0023]柔性印刷電路板4包括具有沉積于其上的導(dǎo)電線的柔性基板。柔性印刷電路板4具有至少一個組件一一附接到柔性基板并且由導(dǎo)電線電氣互連的監(jiān)控電路15。柔性印刷電路板4的柔性基板在它的背部上具有粘合劑涂層以把柔性印刷電路板4固定到環(huán)形線圈11的外周。
[0024]示例柔性印刷電路板4可以由在一面或兩面具有薄銅層的聚酰亞胺薄片組成。薄銅層可用所期望的導(dǎo)線模式遮蔽，然后通過光刻技術(shù)進(jìn)行蝕刻以除去銅的未遮蔽區(qū)，留下遮蔽物下方的銅導(dǎo)線。銅導(dǎo)線可以與接觸墊端接。監(jiān)控電路15可以被體現(xiàn)為大規(guī)模集成(LSI)電路芯片，其具有低熔點焊料組成的在其下側(cè)的接觸電極。例如，LSI芯片的接觸電極可以與在聚酰亞胺片上的導(dǎo)線的接觸墊對準(zhǔn)，并通過加熱組件到低熔點焊料的熔化溫度來接合。粘合劑涂層可以涂在柔性印刷電路板4的背部以把柔性印刷電路板4固定到環(huán)形線圈11的外圓周。
[0025]圖1C示出圖1B所示的本發(fā)明的示例實施例，顯示了封裝在殼體46中的自足式分支電路監(jiān)控器2。示例殼體46可以是兩件式殼體，其包括兩個杯形端部一一第一覆蓋部分49A和第二覆蓋部分49B，具有分支電路導(dǎo)線3A可以通過的在中心的孔。所述部分49A和49B的邊緣在傳感器線圈6上配合在一起，從而形成保護(hù)傳感器線圈6和監(jiān)控電路15的環(huán)形包封。在殼體46里的傳輸孔47便于傳輸來自監(jiān)控電路15的射頻電磁信號、超聲波信號、可見光信號、或紅外光信號，這些信號帶有電流測量信息。傳輸孔47可以與監(jiān)控電路15中的發(fā)射體對準(zhǔn)，以能夠傳輸來自監(jiān)控電路15的發(fā)射體的射頻電磁信號、超聲波信號、可見光信號、或紅外光信號。示例殼體也可一體地被模塑在傳感器線圈6和監(jiān)控電路的主體周圍，例如，