专利名称：由m-bus提供电力的能量表的制作方法
技术领域：
本发明涉及能量表领域，具体地涉及热能表，并且更具体地涉及能够通过M-bUS 类型的总线与主设备交换串行数据的能量表。
背景技术：
M-bus ( “仪表总线”的缩写)是最近出现的欧洲标准，它能够远程读取能量表，特别是电表或热能表。
为了能够通过M-bus交换串行数据，这样的能量表具有与M-bus的通信接口，其中接口目前的形式为德州仪器销售的型号为TSS721或TSS721A的集成电路元件。
图1是TSS721集成电路的功能图，并且图2示出了所述集成电路可以如何用作在能量表的计算装置和M-bus之间进行格式转换的接口的实施例。集成电路具有特定数量的输入/输出连接(connection)。这些包括被设计为与形成M-bus的两个导线(在图中没有示出)相连接的输入连接BUSLl和BUSL2、适于与仪表的微处理器的接收端子RX-O连接的输出连接TX(优选地通过用于提供电隔离的光耦合器以传送来自M-bus的数据)、以及适于与仪表微处理器的传送端子TX-O连接的输出连接RX，仍然通过光耦合器，从而能够将数据从仪表传送给M-bus。
TSS721集成电路的规范描述了各种可能的配置，和某些输出连接的特定应用。具体地，M-bus标准规定M-bus可以优选地用于为能量表的计算装置或微处理器提供电力。为此，TSS721集成电路的规范规定使用提供3. 3伏(V)稳定电压的输出连接VDD(见图1)。
在图2所示的实施例中，将连接RIDD与30千欧姆(kΩ )电阻R38连接，其中电阻 R38对应于一个负载单元的集成电路的配置。因此，给定集成电路自己的开耗，将集成电路配置为1. 5毫安培(mA)的M-bus电流，并且能量表可以使用大约1. 2mA。因此，由集成电路递送的可使用电力最大为1. 2X3. 3，也就是大约4毫瓦(mW)。
发现该调整电压对于电能表来说太小了。即使它们的平均开销原则上小于可使用的4mW，它们的即时开销可能更大。此外，为了在M-bus中断时提供一定程度的独立性，计算装置可以结合大量需要快速充电的电容或超电容，从而要求较高级别的电力。
第一解决方案在于将集成电路配置为大于1的多个负载单元。然而，当负载单元的数量增加时，能够与给定M-bus连接的能量表的数量下降。从而，需要找到折中并进行尝试以开发出(如果可能的话)不消耗多于两个负载单元的能量表。然而，即使对于两个负载单元的配置，也就是3mA，可使用的电力最大为9mW，并因此对预期的应用是不够的。
此外，可通过TSS721/TSS721A集成电路递送的电力根据元件进行变换，尤其是其可以按显著的方式被临时地减小，特别是当集成电路自身在执行与M-bus进行通信功能的时候。发明内容
本发明的一个目的是提供一种在由M-bus提供电力的与M-bus兼容的能量表的上下文中使用可用电力的最大量的解决方案，并且从而确保由M-bus通过TSS721/TSS721A类型元件的集成电路提供电力的能量表的计算装置尽可能快地进行操作。
为此，本发明提供一种能量表，特别是热能表，适于通过Μ-bus连接进行远程数据交换，能量表包括适于通过M-bus连接提供电力的计算模块，和适于首先用作计算模块和 M-bus连接之间的通信接口的、其次用于通过输出连接递送直流(DC)电压信号以为计算模块提供电力的集成电路，能量表的特征在于还包括供电模块，其中供电模块包括其与所述输出连接相连接的输入的电性隔离、并由DC电压信号调整占空比的DC-DC转换器。
例如，集成电路为TSS721/TSS721A型，然后所述输出连接由递送DC电压信号Vstc 的集成电路的连接STC构成。
优选地，所述DC-DC转换器包括电隔离变压器，控制模块包括开关装置和振荡器， 其中振荡器促使开关装置根据所述占空比来打开和关闭，和运算放大器，其放大DC电压信号值和参考电压值之间的差别、并将其输出递送给用于调整控制模块的占空比的设置点， 从而根据DC电压信号值的来调整引出电流(current drawn) 0
优选地，能量表进一步包括代替电力供应模块以缓解出现未检测到M-bus状态的备用模块。
通过下列描述并参照附图，可以更好地理解本发明以及本发明提供的优势，其中
图1，如上所述，是由德州仪器销售的TSS721/TSS721A集成电路的功能性电路图2，如上所述，示出了用作在能量表的计算装置和M-bus之间执行格式转换的接口和被配置为单一负载单元配置的上述集成电路的实施例；
图3是示出了根据本发明的在上述集成电路和能量表的计算装置备之间连接的特定方面的简化框图4是示出了在本发明的优选实施方式中提供电力的原理的示意图5示出了在仪表和M-bus之间进行通信时本发明原理的调整的实施例；以及
图6是由本发明获得的性能与其它解决方案进行比较的图。
具体实施方式
图3是示出根据本发明的在TSS721A型集成电路1和热能表的计算模块2之间关系的框图。对于与M-bus (在图中没有示出)进行通信的功能，按照常规，集成电路IWTXI 连接分别通过电隔离光耦合器3与计算模块2的RX-O和TX-O连接相连接。
对于使用来自M-bus电力的供电功能，根据本发明，能量表还包括包含进行电隔离的直流至直流(DC-DC)转换器4的供电模块，其中转换器4将其输入连接到递送直流 (DC)电压信号的集成电路1的输出连接，并具有由DC电压信号进行调整的占空比，如下面更为详细地解释的。由存储超电容构成的备用模块5还可方便地用于建立电力储备，当发生总线在有限时间内出现故障的情况时，还可用于取代来自供电模块4的电力供应。在这样的情况下，由备份模块递送的3V电力供应，可替代来自DC-DC转换器的电力供应。监控模块6用于将来自DC-DC转换器(存在M-bus的情况)的输出电压，或者来自备份模块5(没有M-bus的情况)的3V输出电压提供给计算模块，从而即使在M-bus被中断的情况下，也能够确保在有限持续时间内计算模块2的正常操作。
下面通过参照图4和图5对本发明优选实施方式和调整细节进行详细说明。
首先，如果再次参照图1的功能电路图，可以看到来自集成电路1的输出的可用电力可在连接STC上的输出电流Isrc use和连接VDD上的电流Ivdd之间共享。在通信期间使用电流Ivdd对图3中所示的光耦合器进行供电。根据本发明优选实施方式，连接STC用作集成电路1与转换器4的输入进行连接的输出连接，其中不是由集成电路规范所推荐的连接 VDD，而是由连接STC递送6. 5V的DC电压。该特性结合根据在输出STC上递送电压来调整的DC-DC转换器4的占空比，能够从集成电路的输出获得的可使用的电力，所述电力最接近于集成电路可提供的最大电力。
下面通过参照图4和图5来描述根据在连接STC递送电压来调整DC-DC转换器占空比的方式。
图4是本发明DC-DC转换器4的主要元件的功能框图。DC-DC转换器4使用传统的由初级线圈40和次级线圈41表示的变压器。使用变压器确保应用所要求的电隔离。转换器4还在初级线圈40的上游具有传统方式的控制模块42，控制模块包括开关装置，典型地是晶体管和振荡器，并且振荡器促使晶体管以通过指定的占空比来导通和关闭。根据本发明，转换器4还具有用于根据输出STC当前DC电压来调整占空比的装置43。在该实施例中，这些装置43由操作放大器来使用，运算放大器放大输出电压和参考电压的值之间的差别、并随后在其输出Sref上递送用于调整控制设备42占空比的设置点。因此，持续监测连接STC上可获得的电压，并且通过根据所述可用电压调整晶体管的关闭时间，来调整由电力供应绘制的电流。
在很少发生的情况下，当电流来自连接VDD时，电流Isrc use下降，并且电压Vstc下降至门限值Vref以下。从而DC-DC转换器通过减小其占空比进行调整，典型地通过减小控制变压器初级线圈的开关的打开时间进行调整，从而引出较少的电流。相反，当电压Vsrc回到门限值以上，DC-DC转换器的占空比增加，典型地通过延长控制开关的打开时间来增加占空比，从而能够引出更多的电流。
本发明还利用这样的事实，由于TSS721A电路本身已经是有限电流源，因此为了调整转换器的目的，可以利用由使用最大可用电流而导致的电压下降。因此，所使用的电流通常是最大可用电流如果可用电流出现下降(例如在与M-bus进行通信时发生)，从而调整减小了引出的电流量。
图5示出了计算模块2接收通信后如何改变信号的实施例。更具体地，用RX-O表示的曲线描述了计算模块2的接收连接RX-O上接收到的信号，用Vsrc表示的曲线描述了输出连接STC上DC电压的相应变化，以及曲线Sref表示来运算放大器的输出电压中的相应变化，运算放大器作用于控制与变压器的初级线圈相关联的开关、并作用于转换器的占空比的振荡器。通过这些曲线，可以看到在通过M-bus进行的通信过程中，电压Vsrc下降并且伺服控制电压上升，从而减小占空比，并且相应地减小消耗的电流量。
在图6中可以看到本发明的优势，其中图6示出了 TSS721集成电路在配置2个负载单元时的真实特性的实施例，沿着横坐标绘制连接STC上引出的电流I，并且在纵坐标上绘制电压Vstc的值。标记为Pmax的点对应于集成电路通过输出连接STC能够递送的最大5功率，也就是，在该实施例中为13.6mW。该图还示出了在各种环境下由连接STC实际提供的功率。因此，标记为A1的点对应于没有任何调整时连接STC实际提供的功率，也就是， 在该实施例中为6mW。为了考虑从管脚VDD引出的电流，需要存在一个界限(margin)，其中将该电流从连接STC上可获得的电流中减去。此外，由于元件存在较大的公差(最大明显公差在TSS721和变压器上)，因此需要使用典型的远离最佳值的操作点。根据上述公差 (tolerance)，实际的操作点可以更靠近最佳值或从此远离最佳值。
标记为A2的点对应于通过连接STC实际提供的功率，且根据使用分流电阻器执行传统的调整(电流调整)，也就是，在该实施例中为9. 7mW。并且，需要设定一个界限以考虑可能从管脚VDD引出的电流，其中将该电流从连接STC上可获得的电流中减去。然而，该调整模式可不受变压器的公差的影响，但是TSS721的除外。需要计算最坏情况下TSS721的操作点，并且因此该操作点仍应远离最佳值。
最后，标记为A3的点对应于根据本发明执行电压调整的、通过连接STC实际递送的功率，也就是，在该实施例中为13.3mW，其功率非常靠近最大功率Pmax。该调整模式利用通过连接STC获得的最大电流，并且该电流与通过管脚VDD引出的电流相独立。并且，其不受变压器和TSS721公差的影响，并且其因此提供非常靠近最佳值的操作点。
权利要求
1.一种能量表，特别是热能表，适于通过Μ-bus连接进行远程数据交换，所述能量表包括适于通过M-bus连接提供电力的计算模块( 和集成电路(1)，所述集成电路适于首先用作计算模块(2)和M-bus连接之间通信接口并且其次用于通过输出连接递送DC电压信号以为计算模块( 提供电力，所述能量表的特征在于还包括供电模块G)，供电模块(4)包括电气隔离的DC-DC转换器，其输入连接到所述输出连接(10)并且具有由DC电压信号调整的占空比。
2.根据权利要求1所述的能量表，其特征在于集成电路(1)是TSS721/TSS721A型，并且所述输出连接(10)由递送DC电压信号Vsrc的集成电路⑴的连接STC构成。
3.根据前述任一权利要求所述的能量表，其特征在于，所述DC-DC转换器(4)包括: 电气隔离变压器00、41)，包括开关装置和振荡器的控制模块(42)，其中振荡器促使开关装置根据所述占空比打开和关闭，以及运算放大器(43)，其放大DC电压信号值和参考电压 (Vref)值之间的差别、并将其输出(SMg)递送给用于调整控制模块G2)的占空比的设置点从而根据DC电压信号值调整所引出的电流。
4.根据前述任一权利要求所述的能量表，其特征在于，其进一步包括代替供电模块 ⑷以缓解出现未检测到M-bus状态的情况的备用模块(5)。
全文摘要
本发明涉及一种能量表，特别是热能表，适于通过M-bus连接远程地交换数据，能量表包括适于通过M-bus连接提供电力的计算模块，和适于首先用作计算模块和M-bus连接之间通信接口并且其次用于通过输出连接(10)递送DC电压信号以为计算模块提供电力的集成电路(1)。根据本发明，能量表包括供电模块(4)，供电模块(4)包括电气隔离的DC-DC转换器，其输入连接到所述输出连接(10)并且具有由DC电压信号调整的占空比。
文档编号G01D4/02GK102483334SQ201080032063
公开日2012年5月30日 申请日期2010年7月8日 优先权日2009年7月17日
发明者埃尔韦·迪里, 弗雷德里克·斯托布 申请人:伊特伦法国公司