TWI279551B - Voltage measurement apparatus for filter module with adjustable planarity - Google Patents

Description

J279551 、九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種量測裝置，特別是指一種電壓量 測裝置。 【先前技術】 參閱圖1，習知電壓量測裝置包括一交流濾波模組6、 一交流轉直流電壓模組7、一數位信號處理模組8及一微處 ^ 理器9。該交流濾波模組6與該微處理器9及該交流轉直流 電壓模組7電性連接，且該數位信號處理模組8與該交流轉 直流電壓模組7電性連接。 該交流濾波模組6由一第一輸入端AC_IN接收該待測 交流電壓，且須將該待測交流電壓中頻率在3〇〇KHz以上的 成分加以衰減濾除，同時將該待量測之交流電壓中頻率在 300KHZ以下的成分適當地衰減後再予以放大成為均方根值 (root mean square)在2V以内之交流電壓，經由一第一輸出 • 端AC 一 OUT輸出至該交流轉直流電壓模組7，以符合該交 流轉直流電壓模組7的最大解析度2V。該直流轉交流電壓 模組7接收到該第一輸出端AC—〇UT之交流電壓後，可將 其轉換為一等於該待測交流電壓之均方根值的直流電壓。 該數位信號處理模組8接收該直流電壓，且輸出相對於該直 流電壓值之畺測值至一顯示器（圖未示）顯示該待測交流電壓 之值。 泫父流濾波模組6包含一交流濾波電路6丨、一第一放 大電路62及一第二放大電路63。該交流濾波電路61包括 1279551 複數電容Cp2〜Cp6、複數電阻r2、r4〜r6、r9〜rlO、H2〜rl3 、一運算放大器（〇P Amplifier) OP1及複數類比開關（Analog Switch) Kl、U1。該第一放大電路62包括一電阻r8、一十 倍放大單元621及複數類比開關U2〜U5。該十倍放大單元 621具有一運算放大器〇P2、一電阻rl及一可變電阻r3。 該第二放大電路63包括一運算放大器0P3、一電阻r7、一 可變電阻rll及一電容Cpl。該等類比開關Kl、U1〜U5由 該微處理器9所控制，且能於一關閉及一開啟位置之間切 換，且該等電阻rl〜r13是精密電阻。 該交流濾波電路61可將該待量測之交流電壓中頻率在 3OOKHz以下的成分適當地衰減後再予以放大，並送至該第 一放大電路62。該第一放大電路62之十倍放大單元可將由 该類比開關U2接收之電壓予以放大十倍。該第二放大電路 63可將由該等類比開關U3〜U5接收之電壓予以放大二倍送 至該第一輸出端AC_OUT。 當該待量測之交流電壓的範圍為均方根值在lv〜1〇v的 父流電壓時，該微處理器9設定該等類比開關K1、及 U5關閉，且該等類比開關U2〜U4開啟，使該運算放大器 0P1之反相輸入端與其輸出端電性連接，且該運算放大器 0P1之輸入阻抗值極高，該運算放大器〇ρι作為一缓衝器 使用，因此該交流濾波電路61之增益值（gai…為丨，該待測 乂：電C等於4運异放大器QP1之輸出電壓送至該第一放 大電路62而為了得到最大解析度，該微處理器9設定該 類比開關U5關閉’該第—放大電路62將均方根值訓以 1279551 下的該待測交流電壓經由該電阻r8衰減1〇倍後成為均方根 2 IV以下之電壓，並饋人該第二放大電路M。該第二放大 電路Μ接著予以放大2倍後成為均方根值範圍在2v以内 之電壓，送入該交流轉直流電壓模組7中。 而當量測均方根值(UV〜1V的待測交流電壓時，同樣 地，該微處理ϋ 9設定料類比_ Ki、m、u4關閉， =:等類比開關U2、U3、U5設定為開啟。該交流渡波 電路Q之運算放大器〇P1仍然作為緩衝器使用該運算放 “ 0P1之輸出電壓等於該待測交流電壓，並送人該第— =大電路62。該第-放大電路62直接將該待測交流送入該 弟1放大電路63放大2倍’成為均方根值範圍在2V以下 的父流電壓’再進入該交流轉直流電麼電路7中。 :當量測均方根值〇·1ν以下的交流電壓範圍時 衫該等類比_mU3關閉，且將 = 開關U4、U5衫為開啟。該交流黯電路61之 ==〇P1同樣地作為緩衝器使用，該運算放大器 輸出μ等於該待測交流電屋，並送人該第一放大 二T:第一放大電路62之十倍放大單元將由該類比開 接收之電麼放大10倍後送入該第二放大電路63再放 一丄均方根值範圍在…以下的交流電壓，送入該 父 >瓜轉直流電壓電路7中。 ::以上三種量測範圍的情形，該交流濾波電路μ之 =异放大器〇P1皆作為緩衝器使用，所以該交流據波電路 有頻率之交流電壓增益值皆為卜無法對任何頻率 1279551 的父流電壓做信號衰減，因此該交流濾波電路61對均方根 值10V以下的該待測交流電壓完全沒有濾波效果。 當置測均方根值10V〜100V以及100V〜750V的待測交 流電壓時’此時該等類比開關K1及U1開啟。該待測交流 電壓由該交流濾波電路61之運算放大器0P1的反相輸入端 輸入’因此該運算放大器〇P1做反相放大器使用，且該交 流濾波電路61之增益值為_ri〇/(ri2+rl3)=-0.01，所以該待 測交流電壓將被衰減100倍，由該運算放大器0P1之輸出 端送至該第一放大電路62及第二放大電路63，並由該微處 理器9適當地設定該等類比開關U2〜U5，使該第一輸出端 AC一OUT之電壓能達到該交流轉直流電壓模組7的最大解 析度。 但因該交流濾波電路61具有增益頻寬比之特性，即增 盈變大則頻寬（Bandwidth)變小的影響，使頻率越高的交流 電壓的衰減幅度將大於100倍（-40db)。圖2之波德圖（Bode) 顯示該交流濾波電路61對3OOKHz頻率範圍内之交流電壓 的頻率與增益值之關係，該交流濾波電路61之頻率響應圖 呈現頻率愈高則增益值下降的曲線。對於頻率在300KHZ以 内的交流電壓皆是被衰減-40db ;但m2點顯示該頻率響應 曲線的增益值於300KHz時卻已衰減成-40.478db，且於頻寬 達10MHz時，增益值衰減幅度為_61db。 習知電壓量測裝置之交流濾波模組6對於頻率在 300KHz的交流電壓衰減了 _40.478db，損失頻寬3〇〇khz内 的平坦度，使其頻寬無法達到300KHz。若要改善頻寬 .1279551 -300ΚΗζ _平坦度，則須調整電阻r6及電容cp4變小才 能增加頻寬，且為使每台電壓量測裝置於量產時都能維持 一致性’則須要相當準確的電阻值及電容值，才能增加頻 寬且符合遽波效果又能維持每台一致性。而目前於市面上 高準確度的電阻及電容，價格相當昂貴。 由上所述，習知電壓量測裝置内之交流渡波模組6於 量測均方根值H)V以下的交流電壓時，完全沒有遽波效果 • ’❿於量測均方根值100V及75〇v的交流電料，受該交 流據波電路61具有增益頻寬比之特性影響，使頻寬降低= 足300KHz，濾波效果不佳。 再者，為了增加頻寬且使濾波效果維持一致性，須相 當準確地調整電阻值及電容值才能增加頻寬，須要高^確 度的電阻值及電容值，才能增加頻寬且使滤波效果維持_ 致性。而高準確度的電阻及電容，其價袼昂貴，實用上 足。 | 【發明内容】 因此，本發明之目的，即在提供—種電壓量測裝置， 該電塵量測裝置之頻寬可達3G()KHz，且不須高準確度的電 阻值及電容值，即可符合頻寬内增益值之平坦度又^維持 每台電壓量測裝置之一致性。 、 於是，本發明之電麼量測裝置，包含一可調整平扭度 的交流濾波模組、-交流轉直流電_組及一數位信號二 理模組。 儿处 該可調整平坦度的交流遽波模組具有—可接收待測交流 1279551 電壓之弟一輸入端及一第一輸出端，並可針對該待測電壓予 以適當地做信號衰減並渡波後，經由該第—輸出端輸出。 該交流轉直流電壓模組與該交流濾波模組電性連接，並 可接收該第一輪出媸夕六、、☆ +抗、 又机電£，且可將該交流電壓轉換為 -電壓值與該第-輸出端之交流電壓之均方根值相等之直流 電壓。 該^位信號處理模組可接收該交流轉直流電壓模組輸 出之直流電壓’且將該直流電壓依據其所在的量測範 換成一與該待測交流電壓相對應之量測值，並可輪出一脈 衝寬度調變信號及-控制信號至該交流濾、波模組。該脈衝 寬度調變信號之脈衝寬度與該量測值及該待測交流電麗之 均值兩者之誤差值成正此，以供該交流渡波模組調整 -亥第輸出翊之輸出電壓。該控制信號可控制該交流濾波 杈組在不同之電壓量測範圍時，將該待測交 做衰減後由該第-輸出端輸出。 適田地 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配曰參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚 的呈現。 參閱圖3及圖4，本發明電壓量測裝置之較佳實施例包 含一可調整平坦度的交流濾波模組1、一數位信號處理模組 3及一父流轉直流電壓模組2。該數位信號處理模組3與該 交流濾、波模組1及該交流轉直流電壓模組2電性連接，該 叮凋整平垣度的交流濾波模組1具有一可接收待測交流電 10 1279551 壓之第一輸入端ac_in，並可針對該待測電壓予以適當地 做L號哀減並且滤波後，經由一第一輸出端Ac_〇xjt送至 該交流轉直流電壓模組2,使該第一輸出端AC—〇UT之電 壓在該交流轉直流電壓模組2之最大解析度以内: 該交流轉直流電壓模組2可接收該第一輸出端 AC_OUT《交流電壓’且可將該交流電壓轉換為一電壓值 與該第-輸出端AC_〇UT之交流電壓之均方根值（酬t咖扣 square)相等之直流電壓，且送至該數位信號處理模組3。該 數位信號處理模組3可接收該交流轉直流電壓模組2輸出 之直流電Μ，且將該直流電|依據該量測範圍轉換成一與

該待測交流電壓相對應之量測值，且輸出至一顯示器（圖未 示）顯示出來’並可輸出一脈衝寬度調變信號pwM及一控 制信號至該交流渡波模、组i，該脈衝寬度調變信號pwM之 脈衝寬度與該量測值及該待測交流„之均方根值兩者之 誤差值成正比，以供該交流濾波模組1調整該第-輸出端 AC—OUT之輸出電壓，該控制信號可控制該交流濾波模組i 在不同之電壓里測範圍時將該待測交流電壓適當地做衰減 後由該第一輸出端AC—OUT輸出。 踗； 坦度的交流遽波模組1包含-交流遽波電 路Π、-平坦度調整電路13、一補償電路14及一放大電路 12。該交«波電路u可接收該待測交流電黯 號FLATNESS ADJ，日可脸外外， …、、 — 了將该待測電壓予以適當地信號奢 減並濾波後，輸出一第一 ^ # 义 弟琥匕〇至該放大電路12，並 輸出一由該第一作跋F 八 乐仏免％分壓及濾波後所得之修正信號 1279551 至該平坦度調整電路13，使該平坦度調整電路Η可取 樣該第一信號之電壓。該放大電路12經由該第一輸出 端AC一OUT與該交流轉直流電壓模組2電性連接，且可將 該第一信號^c/予以適當地放大後輸出至該第一輸出端 AC 一 OUT。該補償電路14可接收由該數位信號處理模組3 輸出之脈衝I度调變信號’並輸出一補償信號至該平坦度 調整電路13,該補償信號之電壓值與該脈衝寬度調變信^ PWM之脈衝寬度成反比。該平坦度調整電路13接收該補 償信號及該修正信號後可輸出該校準信號 FLATNESS—ADJ至該交流濾波電路u，該校準信號 FLATNESS—ADJ可調整該交流濾波電路丨丨之第一信號厂 該交流渡波電路11包括一第一運算放大器ai、一第一 電容C1、-第二電容C2、一第三電容〇、一第四電容C4 、-第五電容C5、一第六電容C6、一第七電容π 一電阻R1、一第二電阻R2、一第二 乐一寬阻R3、一第四電阻 R4、一第五電阻R5、一第六電 矛、电阻R6、一第七電阻R7及_ 第一開關S1。 該第一運算放大A 1夕X h 土人 益A1之正相輸入端接地，且复反相鈐 入端與該第五電阻R5之一端、 /、反相輪 而δ亥第四電容C4之一媸、— 第二電容C2之一端、兮笛 „日日 而石亥 ^ °亥弟一開關S1之一端、命楚丄雨 C6之一端及該第二電阻R2 /、電容 电I丑之一端電性連 輪出該第一信號匕c/，且盥而輪出端可 且與忒弟六電阻如之_端 %路12、該第三電阻R3之一 μ放大 、该第二電阻R2之另—端 12 1279551 ::亥：五電容C5之一端及該第一電阻R1之一端電性連接 帝第/、電阻R6之另一端與該平坦度調整電路13及該第 七電阻R7之—端電性連接，並可輸出該修正信號而 該第七電阻R7之另一端為接地電壓。 4第七電谷C7與該第六電阻R6並聯，該第四電容 之另-端與該第三電容C3之—端及該第四電㉟R4之一端 電性連接，該第三電容C3之另一端即為該第一輸入端 ACJN ’該第三電阻R3之另一端與該第六電容之另一 端電性連接，該第五電容C5之另一端與該第一開關si之 另一端、該第一電容C1之一端及該第一電阻Rl之另一端 電性連接，該第二電容C2之另-端與該第-電容C1之另 一端電性連接並可接收該校準信號FLATNess—adj，該第 四電阻R4之另一端與該第五電阻R5之另一端電性連接。 該放大電路12包括一第二開關S2、一第三開關幻、 一第四開關S4、-第五開關S5、—第六開關％、一第一放 單元121 弟一放大單元122及一緩衝單元^23。該第 二開關S2之一端與該交流濾波電路n電性連接，且可接 收該第一信號匕c/，而另一端與該第一放大單元121電性 連接。該第一放大單元121經由該第二開關S2接收該第一 信號Gc/，並可將該第一信號放大1〇倍後成為一第二 L號。该第五開關S5之一端與該交流濾波電路Η電 性連接，且可接收該第一信號，而另一端與該二放大 單元電性連接。該第六開關S6之一端與該第一放大單元 121電性連接，並可接收該第二信號，而另一端與該第 13 1279551 二放大單元m電性連接。該第二放大單元i22可經由咳 五Μ接收該第-信號^，且可經由該第六開關％接^ 5亥弟二信號〜2,並可將該等信號放大10倍後成為-第三 仏號Fw該第四開關84之—端與該交流缝電路^電 险連接，且可接收該第一信號匕。，而另一端與該緩衝單 疋123電性連接。該第三開關S3之一端與該第二放大單元 =電性連接，並可接收該第三信號^，而另__端與該緩 衝早^ 123電性連接。該緩衝單元⑵可經由該四開關接 收5亥弟-信號〜，且可經由該第三開關s3接收該第三信 旒‘，並可將該等信號^輸出至該第一輸 出端AC—OUT。該等開關S1〜S6可由該數位信號處理模組3 輸出之控制信號控制開啟或關閉。 該第一放大單元121包括一第十四電阻幻4、一第十五 電阻R15、一第+ ^ 、電阻R16及一第二運算放大器A2。該 第十四電阻R14之一端與該第二開關、該第二運算放大 器A2之正相輸人端電性連接’該第十四電阻R14之另-端 為接：，該第十五電阻R15跨接於接地電壓與該第二運算 从大器A2之反相輸人端之間，該第十六電阻Μ $跨接於該 ^二運纽大器A2之反相輸人端與輸出端之間，該第二運 叶放大為A2之輸出端與該第六開關％電性連接並輸出該 第二信號。 〆第一放大單元！22包括一第十七電阻Ri7、一第十八 ，阻川、'第十九電阻R19及-第三運算放大器A3。該 第—運才放大态A3之正相輸入端與該第五開關Μ及該第 14 1279551 該」、連接’該第十七電阻R17跨接於接地電位與 rJ:: ’放大器A3之正相輪入端之間，該第十八電阻 接地電位與該第三運算放大器A3之反相輸入端 ^ '"弟十九電阻R19跨接於該第三運算放大器A3之反 二=j出端之間，該第三運算放大器Μ之輸出端可 •二/ 一^諕^C2，並與該第三開關幻電性連接。 /、友衝單疋123包括一第四運算放大器A4、一第十電 ⑽、-第十-電容C11、一第二十一電阻R21 二 十電阻R20。續®本兩— 一 哭 ° 一電谷CU之一端、該第四運算放大 i第輪人端及該第二十電阻㈣之—端電性連接， =* CU之另—端與該第四開關S4及該第三開關 =電性連接，而該第四運算放大$A4之反相輸入端與其 輸出端、該第二十一雷阳 +電阻R21之一端電性連接，該第二十 R20之另-端為接地電壓，該第二十—電P且R21之另 -端即為該第-輸出端AC_0UT，而該第十電容C10跨接 於4第二十—電阻R21之兩端。 該平坦度調整電路13包括—第五運算放Al§ A5、 八電谷C8、一第八電阻R只、^ 矛冤阻R8、一弟九電阻R9、一加法單元 m及一電_可變電阻單元132。該加法單元13…亥 補償電路Η電性連接，且接㈣補償信號，並將該補償信 t周整直流電塵位準後輸出成為一阻抗調整信號。該第五 運算放大器A5之正相輪入端接收該修正信號‘，而反相 輪入端與該第九電阻以之―端電性連接，且輸出端輸出該 技準信號歸麵_ADJ’該第八電容α及該第八電阻 15 1279551 R8跨接於該第五運算放大器，A5之反相輸人端與輸出端間 忒第九電阻R9之另一端與該電壓控制可變電阻單元1Μ 之第一端1321電性連接。該電壓控制可變電阻單元之 第，端1322—與該加法單元131電性連接且接收該阻抗調整 ^ 而/、苐一玄而1為接地電麼。該電產控制可變電阻 早70 132之第一端與第三端間的電阻值可藉由改變其第二端 之電壓來凋整。在本發明之較佳實施例中，該電壓控制可 變電阻單it 132是-Ν型通道場效電晶體（;FET)，但不以此 该加法單元131包括一第六運算放大 容C9、一第十電阻Rl〇、一第十一電阻心、一第十 =R12及-第十三電阻幻3。該第六運算放大器从之 輸二端與該第十三電阻R13之—端及第十二電阻川之一 知電性連接，而其反相輸入端與該第十一電阻Ml之 、该第十雷/¾ > 抗听整彳—Γ 端電性連接，且其輸出端輸出該阻 琥’並與該第十電阻R10之另一端電性連接，該 -電⑯R13之另—端為接地電M，該第十二電阻⑽ t另一端輕合至—g ^ + φ 貞15V_壓源，該第九電容C9跨接於 以十電@㈣之兩端’該第十 該補償信號。 r電阻如之另-端接收 z補仏電路14包括一第七運算放大 容C12、一第+二弟十一電 ^ 一電谷C13、一第十四電容C14、一第-+ 二電阻R22、一第-本一不 昂一十 該第二+ -千—十二電阻肪及—第二十四電阻R24。 一二電&R23之—端與㈣十四電容C14之-端及 16 1279551

-x第Γ十四電阻R24之—端電性連接，且另—端與該第十 ，電:C12之一端及該第二十二電阻R22之一端電性連接 一十四電阻R24之另一端接收該脈衝寬度調變信號 亥第十四電谷C14之另一端為接地，該第十二電容C12 之另-端與該第七運算放大器A7之反相輸入端及輸出端電 :連接’該第二十二電p且R22之另一端與該第七運算放大 :土7之正相輪入端、該第十三電容⑶之一端電性連接， 忒第十二電容C13之另一端為接地電壓。 沪該交流濾波電路11及該放大電路12須將由該第一輸入 端/C—IN接收之該待測電壓加以適當地調整及濾波，以使 :第一輸出端AC 一 0UT之電壓之均方根值在2V以内。該第 電阻R1、該第三電阻R3、該第六電戸且R6、該第七電阻 ^ ^第電谷C1、該第五電容C5、該第六電容C6及該 第七電备C7組成之電路具有濾波效果，可使所有量測範圍 =待測交流電壓於頻率8MHz時便可衰減達3〇此以上。該 2電容C4跨接於該第四電阻R4及第五電阻R5可增加該 又/危渡波電路11之頻寬到300KHZ。 王#當量測均方根值在〇.1V以内之電壓時，該數位信號處 :模組3將該第二開關S2、第三開關S3及第六開關％設 疋為關閉，且將該第一開關S1、第四開關S4及第五開關 “開啟，该第一運算放大器A1、該第二電阻R2、該第四 電二R4及該第五電阻R5組成增益值為一及池+幻_〇 2(在 本實知例中’調整第二、第四、第五電阻R2、R4、R5的值 ，使增益為-0.2，但不以此為限），使該待測電壓衰減5倍

17 1279551 成為δ亥第一信號。該第一信號^C/送至該第一放大單 元丨21放大1〇倍後成為均方根值〇·2ν以内之第二信號 Gc,，再由該第二放大單元122放大1〇倍後成為均方根值 2V以内之第三信號，由該緩衝單元123輸出至該第一 輪出端AC—OUT。 當量測均方根值在0.1V〜IV之電壓時，該數位信號處 • 理模組3將該第三開關S3及第五開關S5設定為關閉，且 •鲁 將該第一開關S1、該第二開關S2、第四開關S4及第六開 關S6開啟。同樣地，該第一運算放大器A1、該第二電阻 R2、該第四電阻R4及該第五電阻R5所組成之電路，可將 "亥待/則電壓衰減5倍成為該第一信號^。該第一信號 dc/ 11至忒第_放大單元122放大1〇倍後成為均方根值2ν 以内之第二信號G口，再由該緩衝單元123輸出至該第一 輸出端AC—OUT 〇 ^當量測均方根值在IV〜10V之電壓時，該數位信號處理 % 模、且3將"亥第四開關S4設定為關閉，且將該第一開關s J、 该第一開關S2、第三開關S3、第五開關S5及第六開關％ ，啟:同樣地，該第一運算放大器A1、該第二電阻R2、該 第：電阻R4及該第五電阻R5組成之電路，可使該待測電 [衰減5倍成為均方根值2V以内之第—信號^。該第一 佗唬GC/送至該緩衝單元123，並輸出至該第一輸出端 AC_OUT 〇 當置測均方根值在10V〜100V之電壓時，該第一 S1關閉。哕坌 + 違第一電阻R1及該第二電阻R2並聯，連同該第 18 1279551 -運算放大器A1、該第四電阻R4及該第五電阻r5組成增 益值為V汍-ο·〇〇2之電路且具有反相放大 效果，可使該待測電壓衰減500倍成為該第一信號匕〇。 該數位信號處理模組3將該放大電路12之第三開關s3及 第五開關S5設定為關閉，且將第二開關S2、該第四開關 S4及第六開關S6開啟’該第_信號^送至該第二放大

單元122放大1〇倍後成為均方根值2V以内之第三信號 再由該緩衝單元123輸出至該第一輸出端ac—〇υτ。 當S測均方根值在100V〜750V之電壓時，該第一開關 si關閉。同樣地，該第一電阻R1、該第二電阻R2、該第 一運异放大态A1、該第四電阻R4及該第五電阻R5組成增 益值為-0.002之電路，可使該待測電壓反相衰減5〇〇倍成為 忒第一佗號6 c/。該數位信號處理模組3將該放大電路丄2 之第四開關S4設定為關閉，且將該第二開關S2、第三開關 S3、第五開關S5及第六開關S6開啟，該第一信號6C7送 至该緩衝單元123 ’並輸出至該第一輸出端ac OUT。 值付注思的是’該交流慮波電路11中之第四電容C4 跨接於該第四及第五電阻R4、R5，因此會在該交流濾波電 路11引進一極點（pole)頻率。參閱圖5，橫軸為該第一輸入 端AC一IN之電壓頻率，且縱軸為該第一信號^〇與該第— 輸入端AC一IN電壓之比值，即該交流濾波電路n之增益值 。當該校準信號FLATNESS_ADJ未輸入該交流濾波電路^ 前，由於該第四電容C4引進一頻率約為3MHz之極點，若 该待測電壓中具有相對應於該極點頻率成分之交流電壓， 19 1279551 該交流濾波電路η對該交流電壓之増益值為負_，將比 頻寬内之其他頻率電壓之增益值負13 979此特別大 ’圖5中頻率約為1 Hz的交法雷厭；—以、， ]又/爪電麼之增益值約為-16db，遠 較13.979db為小，此部份頻率 只千又、盈值可精由調整該第三 電容C3之大小而加以平坦化。 為了避免該極點頻率之交流待測電壓被衰減的倍數不 :於頻寬内之其他頻率電壓，以維持該交㈣波電路^頻

見内之增i值的-致性’須預先對該極點頻率之電塵做校 正處理。 田句方根值Μ之頻寬内且不等於極點頻率的低頻基 準信號由該第一輸入端AC—IN送入時，該數位信號處理模 組3儲存該基準信號的電壓值M。接著送入另一頻率正好 為極點頻率且均方根值同樣為Μ之極點頻率信號，由於該 交流濾波模組i對該極點頻率信號之電壓增益值不同，該 數位信號處理模組3將得到該信號之量測值為M，，並比 車又Μ與JV[之决差值。若誤差超出容許範圍則該數位信號 處理模組3儲存Μ_Μ，之值，並送出該脈衝寬度與龍， 相對應成正比的該脈波寬度調變信號PWM至該補償電路 。中、、、二忒補償電路14將該脈波寬度調變信號PWM濾成 電壓值與該脈波寬度調變信號PWM之脈衝寬度成反比之 直流的補償信號，再送入該加法單元131。 該負15V之電壓與該補償信號分別送入該加法單元i3i 相加孩加法單元131將調整該補償信號之直流電壓位準 了 ^工制違為场效電晶體之電塵控制可變電阻單元 20 1279551 132操作於電阻區（triode region)之阻抗調整信號，且該阻抗 調整信號之電壓值不可大於其夹止電壓（pinch_〇ff v〇hage)。 该阻抗_整^號調整該電壓控制可變電阻單元1 之 電阻值，連同該第九電阻R9可改變該第五運算放大器A5 之回授增益（feed-back gain)。而該修正信號匕〜是由該第 六電阻R6及第七電阻R7將對應於該極點頻率信號之第一 信號Gc/加以分壓及濾波所得，並送入該第五運算放大器 A5之正相輸入端，並加以放大輸出成為該正相之校準信號 FLATNESS—ADJ。該校準信號]pLATNESS-ADJ透過該第二 電谷C2送入该弟一運算放大器人丨之反相輸入端，可調整 相對於該極點頻率信號之第一信號之電壓值，連帶地 使该數位信號處理模組3接收到之該極點頻率信號的量測 值Μ接近Μ，且達到可接受的誤差範圍。 由於該交流濾波電路11對每一交流電壓量測範圍之極 點頻率皆相同，因此該平坦度調整電路13也只須對該極點 頻率之不同電壓量測範圍作調整。為了不讓每次量測都須 送一基準信號而增加量測困難度，所以該數位信號處理模 組3可預先將不同電壓範圍之交流電壓相對應的誤差值Μ-Μ儲存起來，只要選取到該交流電壓量測範圍，即可將預 存於該數位信號處理模組3之誤差值Μ_Μ,經由脈波寬度 调變信號PWM輸出，以補償該極點頻率之交流電壓的量測 值Μ’ ，使該交流濾波電路11於頻寬範圍内之交流電壓的 增益值維持一致。 參閱圖6’該校準信號FLATNESS—ADJ輸入該交流濾 21 1279551 波電路 11 /夂 >正该極點頻率之增盈值後，可使該交流渡波電 路11之頻寬達到3〇〇KHz，且維持頻寬内增益值之一致性 0 、、’τ、合上述，本發明透過該交流濾波電路11之第一電阻 R1、第二電阻R3、第六電阻R6、第七電阻R7、第一電容 ci、第五電容。、第六電容C6及第七電容C7，使該待測 交流電壓之頻率於8MHz時便可衰減達3〇db以上，使該交 流濾波電路U對所有量測範圍之交流電壓皆有良好濾波效 果，且透過該第四電容C4使頻寬增加到300KHZ。而雖然 忒第四電谷C4會於該交流濾波電路u之3〇〇KHz頻寬範圍 内引進一極點頻率，但可藉由該數位信號處理模組3、該補 償電路14及該平坦度調整電路13將對應於該極點頻率之 交流電壓予以增益補償，以維持該交流濾波電路u在 300KHz頻寬内增益值之一致性，確實能達到本發明之目的 〇 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一習知電壓量測裝置之簡化電路圖，說明一交 流濾波模組之電路； 圖2是一該習知電壓量測裝置之交流濾波模組之波德 圖，說明遠父流渡波板組之頻寬不及3ookHz ; 22 1279551 圖3是本發明電壓量測裝'置之方塊圖； 圖4是一交流濾、波模組之詳細電路圖； 圖5是一未接收一校準信號之一交流濾波模組的波德 圖，說明一極點頻率之增益值較大；及 圖6是一經過該校準信號修正增益值之該交流濾波模 組的波德圖。

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1279551 【主要元件符號說明】 1 · . ♦ 交流濾波模組 2 · · · 交流轉直流電壓 模組 3 · ·. 數位信號處理模 組 11··· 交流濾波電路 12 · ·. 放大電路 121… 第一放大單元 122… 第二放大單元 123 · · 緩衝單元 1 3 · · ♦ 平坦度調整電路 1 3 1 ♦ · 加法單元 132 · · 電壓控制可變電 阻單元 14· . ♦ 補償電路 A1 ♦ · 第一運算放大器 A2 · · 第二運算放大器 A3 · · 第三運算放大器 A4 ♦ · 第四運算放大器 A5 · · 第五運算放大器 A6 · · 第六運算放大器 A7 · · 第七運算放大器 C1 · · 第一電容 C2 · · C3 · · C4 · · C5 · · C6 · · C7 · · C8 ·. C9 · * CIO · · CH · · C12 * · C13 · · C14 · · R1 , · R2 * · R3 ·. R4 · · R5 · · R6 · · R7 ·. R8 ♦. R9 · · R10 · · 第二電容 第三電容 第四電容 第五電容 第六電容 第七電容 第八電容 第九電容 第十電容 第十一電容 第十二電容 第十三電容 第十四電容 第一電阻 第二電阻 第三電阻 第四電阻 第五電阻 第六電阻 第七電阻 第八電阻 第九電阻 第十電阻 24 1279551

Rll · ♦ 第十一電阻 R12… 第十二電阻 R13… 第十三電阻 R14 ·. 第十四電阻 R15 · ♦ 第十五電阻 R16 · · 第十六電阻 R17 · · 第十七電阻 R18 . · 第十八電阻 R19… 第十九電阻 R20 ·， 第二十電阻 R21 · · 第二十一電阻 R22 · · 第二十二電阻 R23 ·. 第二十三電阻 R24 · · 第二十四電阻 AC—IN 第一輸入端 AC—OUT第一輸出端 FLATNESS_ADJ 校準信 號 PWM · 脈衝寬度調變信 號 VAcr、 第 — 信 號 VAC2· · 第 二 信 號 Vacs' * 第 三 信 號 vAC4· · 修 正 信 號 SI 第 一 開 關 S2—· 第 二 開 關 S3*… 第 三 開 關 S4· · · 第 四 開 關 S5，· · 第 五 開 關 S6· ·. 第 六 開 關

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Claims (1)

1. Ϊ279551 十、申請專利範圍： h ~種電壓量測裝置，包含： 一可調整平坦度的交流濾波模組，具有一可接收待 測交流電壓之第一輸入端及一第一輸出端，並可針對該 寺貝]電壓予以適當地做“號衰減並據波後，經由該第一 輸出端輸出； 一交流轉直流電壓模組，與該交流濾波模組電性連 _ 接，並可接收該第一輸出端之交流電壓，且可將該交流 電壓轉換為一電壓值與該第一輸出端之交流電壓之均方 根值相等之直流電壓；及 一數位信號處理模組，可接收該交流轉直流電壓模 =輪出之直流電壓，且將該直流電壓依據其所在的量測 範圍轉換成一與該待測交流電壓相對應之量測值，並可 輸出一脈衝寬度調變信號及一控制信號至該交流濾波模 組，該脈衝寬度調變信號之脈衝寬度與該量測值及該待 Φ 測交流電壓之均方根值兩者之誤差值成正比，以供該交 流濾波模組調整該第一輸出端之輸出電壓，該控制信號 可控制邊父流濾波模組在不同之電壓量測範圍時，將該 待測交流電壓適當地做衰減後再由該第一輸出端輸出。 2·依據申請專利範圍第丨項所述之電壓量測裝置，其中， 該可調整平坦度的交流濾波模組包括一交流濾波電路、 平坦度凋整電路、一補償電路及一放大電路，該交流 濾波電路可接收該待測交流電壓，且可將該待測電壓予 以信號衰減並濾波成為一第一信號，並輸出至該放大電 26 •1279551 路，且輸出一由該第一信號分壓及濾波後所得之修正信 號至該平坦度調整電路，使該平坦度調整電路可取樣該 第一仏號之電壓，戎放大電路與該交流濾波電路電性連 接，且可將該第一信號予以適當地放大後輸出至該第一 輸出端，該補償電路可接收由該數位信號處理模組輸出 之脈衝寬度調變信號，並輸出一電壓值與該脈衝寬度調 變信號之脈衝寬度成反比之補償信號至該平坦度調整電 路，該平坦度調整電路接收該補償信號及該修正信號， 並可輸出一校準信號至該交流濾波電路，該校準信號可 調整該交流濾波電路之增益值以使該數位信號處理模組 判讀之量測值與該待測交流電壓之均方根值相等。 3·依據申請專利範圍帛2項所述之電壓量測裝置，其中， 該交流濾波模組之交流濾波電路包括一第一運算放大器 、'第-電容、一第二電容、一第三電容、一第四電容 、一第五電容、一第六電容、-第七電容、-第一電阻 、一第二電阻、一第三電阻、-第四電阻、-第五電阻 、'第六電阻、-第七電阻及-第-開關，該第—運算 放大盗之正相輸入端接地，且其反相輸入端與該第五電 :且之-端、該第四電容之-端、該第二電容之一端、該 “’關之一端、該第六電容之一端及該第二電阻之一 端電性連接’而其輸出端可輸出該第一信號，且 :電電：之-端、該放大電路、該第三電阻之-端：該第 一卩之另一端、該第五電容之一端及該 端電性連接，該篦山雪阳夕兄 电丨之 ’、 另一端與該平坦度調整電路 27 1279551 及該f七電阻之-端電性連接，並可輸出該修正信號， 而该第七電阻之另-端為接地電壓，該第七電容與該第 六電阻並聯，該第四電容之另一端與該第三電容之一端 及該第四電阻之一端電性連接，該第三電容之另—端= 為該第-輸入端’該第三電阻之另一端與該第六電容之 另-端電性連接，該第五電容之另一端與該第一開關之 另一端、該第一電容之一端及該第一電阻之另一端電性 連接，該第二電容之另—端與該第—電容之另—端電性 連接並可接收該校準信號，該第四電阻之另一端與該第 五電阻之另-端電性連接，該第一開關是受該數位信號 處理模組輸出之控制信號控制開啟或關閉。 4·依據申請專利範圍第3項所述之電壓量測裝置，其中 當該待測交流電壓之均方根值在〇·1ν以下、〇·1ν〜ιν以 及IV〜10V之範圍時，該數位信號處理模組輸出之控制 信號設定該第一開關為開啟；當該待測交流電壓之^方 根值在10V〜100V以及100V〜750V之範圍時，該數位俨 號處理模組輸出之控制信號設定該第一開關為關閉。 5 ·依據申請專利範圍第2項所述之電壓量測裝置，其中 該交流濾波模組之放大電路包括一第二開關、一第三開 關、一第四開關、一第五開關、一第六開關、一第—放 大單元、一第二放大單元及一緩衝單元，該第二開關之 一端與該交流濾波電路電性連接，且可接收該第_作號 ’而另一端與該第一放大單元電性連接，該第一放大單 元經由該第二開關接收該第一信號，並可將該第一传蒙

   28 1279551 放大倍後成為—第二信號，該第五開關之“端與該交流 遽波電路電性連接，且可接收該第_錢n端與 該二放大單元電性連接，該第六開關之-端與該第-放 $單元電=連接，並可接㈣第二信號，而$ 一端與該 第放大單元電性連接，該第二放大單元可經由該五開 關接收該第-信號，且可經由該第六開關接收該第二信 號並可將δ亥等仏號放大倍後成為一第三信號，該第四 «之-端與該交㈣波電路電性連接，且可接收該第 -信號，而另一端與該緩衝單元電性連接，該第三開關 ，一端與該第二放大單元電性連接，並可接收該第三信 说’而另-端與該緩衝單元電性連接，該緩衝單元可經 由：四開關接收6亥第一信號’且可經由該第三開關接收 該第三信號，並可將該等信號輸出至該第—輪出端，今 等開關是受該數位信號處理模組輸出之控 啟或關閉。 1 6.依據申請專利範圍第5項所述之電屢量測裝置，盆中， 當該待測交流之均方根值在㈣以下之範圍時，兮 數位信號處理模組輸出之控制信號設定該第二開闕、第 二開關及第六開關設定為關閉’且設定該第四開關及第 二開關開啟，·當量測均方根值在Q lv〜iv<電塵時，兮 1立=理模組將該第三開關及第五開關設定為關:； 均方根值在lv~lov之電=2開啟；當量測 兮莖 ^ 、 守，5亥數位信號處理模組將 "四汗關設定為關閉，且將該第二開關、第三開關、 29 1279551 第五開關及第六開關開啟；當量測均方… 10V〜100V之電壓時，^ f w亥數位信號處理模組將該第三開 關及第五開關設定為關閉’且將第二開關、該第四開關 以六開關開啟；當量測均方根值在膽〜750V之電壓 時’該數位信號處理握έΒ收4 Μ — 、、、、將该第四開關設定為關閉，且

   將肩弟：開關、第三開關、第五開關及第六開關開啟。 忙據申明專利圍第5項所述之電壓量測裝置，其中， 忒放大電路之第一放大單元包括一第十四電阻、一第十 五電阻、—第十六電阻及—第二運算放大器，該第十四 電阻之-端與該第二開關、該第二運算放大器之正相輸 入端電性連接，該第十四電阻之另一端為接地，該第十 ，電阻跨接於接地電壓與該第二運算放大器之反相輸入 '而之間，該第十六電阻跨接於該第二運算放大器之反相 ，入端與輸出端之間，該第二運算放大器之輸出端與該 弟六開關電性連接並輸出該第二信號。 依據申。月專利範圍第5項所述之電壓量測裝置，直中， 該放大電路之該第二放大單元包括—第十七電阻y一第 十:)電阻、一第十九電阻及—第三運算放大器，該第三 運π放大盗之正相輸入端與該第五開關及該第六開關電 連接D亥第十七電阻跨接於接地電位與該第三運算放 ,器之正相輸入端之間，該第十八電阻跨接於接地電位 :該第三運算放大器之反相輸入端之間，該第十九電阻 〜接於該第三運算放大器之反相輸入端與輸出端之間， 该弟三運算放大器之輸出端可輸出該第二信號，並與該 30 1279551 第二開關電性連接。 9 ·依據申W專利範圍第5 Jg辦、+、七+ 示項所述之電壓量測裝置，其中， 第 該放大電路之該緩衝單亓☆社 十 野早兀包括一第四運算放大器 ％ 十電容、一第十一電容、一楚— 弟一十一電阻及一第二十雷 阻，該第十一電容之一妒 _ ^ 而、该弟四運算放大器之正相 入端及該第二十電阻之_六山中 ' * 丁电但之立而電性連接，該第十一電容 另：端與該第四開關及該第三開關電性連接，而該第四 運算放大器之反相輸人端與其輸出端、該第二十一 之一端電性連接，該第二+ 卜 卞窀阻之另一端為接地電壓， 5亥弟·一十'一電阻之另^一 % » Ms . 而P為该弟一輸出端，而該第 電容跨接於該第二十一電阻之兩端。 τ 10.依射請專利範圍第2項所述之《量測裝置，其中， 該交流濾波模組之平坦度調整電路包括一第五 器、一第八電容、-第八電阻、-第九電阻、一力 元及一電麼控制可轡雷k 佐剌了文電阻早兀，該加法單元與該補償 路電性連接且接收該補償传卢抑 丨貝乜唬，忒加法早凡可調整該補 償信號之直流電麗位準後成為一阻抗調整信號，該第五 f算放f器之正相輸人端接收該修正信號，而反相輸入 女而與该苐九電阻之一端雷把、* 4 ^而電性連接，且輸出端輸出該校準 佗號’該第八電容及該第八電阻跨接於該第五運算放大 器之反相輸入端與輸出端間’該第九電阻之另㈣ 電壓控制可變電阻單元之筮，山+ ^ ^ 〃 Μ 电丨早$之弟一端電性連接， 可變電阻單元之第二端盥兮，氺留—士以土 而一。亥加去早兀電性連接且接收該 阻抗調整信號，而盆第二☆山兔 八弟一而為接地電壓，該電壓控制可 31 1279551 變電阻單元之第一矬盘筮_山 知間的電阻值可藉由改變其 弟一知上阻抗調整信號之電壓來調整。 η·依據申請專利範圍第10項所述之電壓量測裳置，”， 該平坦度調整電路之加法 八 一楚干兀a栝弟/、運算放大器、 電谷、一第十電阻、-第十-電阻、一第十-電 該第十三電阻之一端二ΓΓ 正相輸入端與 而及弟十二電阻之-端電性連接，而 /、反相輸人端與該第十-電阻之—端、該第十電阻之一 接’且其輸出端輪出該阻抗調整信號，並與該 之另—端電性連接，該第十三電阻之另一端為 二該第十二電阻之另一端麵合至—電壓源，該 弟九電谷跨接於該第十電阻之兩端，該第十-電阻之另 一端接收該補償信號。 12.依據申請專利範圍第1〇項所述之電壓量測農置， 該平坦度調整電路之電壓控制可變電阻單元是一 N、型場 ==場效電晶體之源極接地，且其閘極接收該 几°正，而其汲極與該第九電阻電性連接。 U.依據中請專·圍第2項所述之電壓量測裝置，其中， ，交流據波電路之補償電路包括—第七運算放大器、一 第十一電谷、-第十三電容、-第十四電容、一第二十 二電阻、-第二十三電阻及一第二十四電阻，該第：十 二電阻之一端與該第十四電容之-端及該第二十四電阻 ΓΓ性連接，且另一端與該第十二電容之-端及該 十二電阻之—端電性連接，該第二十四電阻之另一 32 1279551 端接收該脈衝寬度調變信號，該第十四電容之另一端為 接地，#亥第十^電容之另一端肖該第七運算放大器之反 相輸入端及輸出端電性連接，該第二十二電阻之^一端 斤衷之正相輸入端、該第十三電容之一 端電性連接，該第十三電容之另一 ☆而為接地電壓。

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