本发明涉及一种预付式电子电度表，更具体地说，涉及一种能够在预付 电费之后才供电的预付式电子电度表。

一般地说，电度表是指一种测量负载用电量的计量表。近来，由于对多 功能、机构精巧和高精度的不断增长的需要，机械式电度表正在被电子式装 置所替代。

图1表示常规的电子式电度表。如图中所示，配置电源单元10以便从 电源接收电能并将电能提供给系统的每个元件。配置一个包含电压互感器21 和电流互感器22的输入变换器20用于将由电源提供的高电压、大电流变换 为低电压和小电流。配置包含乘法器31和频率变换器32的电功率/频率变换 器30用于表示由输入变换器20的输出电压和电流相乘得到的电功率电平和 用于输出一个其频率与提供到负载的电功率成比例的信号。配置包含分频器 41和显示器42的数字电路单元40用于根据一个时间周期对电功率/频率变换 器30的输出频率进行分频以及显示输出频率。

电源单元10包括：用于将电源提供的交流电流(AC)降低的功率变换器 11，一个供电电路单元12，用于将由功率变换器11降低的交流电流整流为 直流电流，并用于将该直流电流提供到每个电路元件；以及一供电中断补偿 单元13，用于当发生供电中断时，利用电池补充进行供电。

电压互感器21与电源并联，电流互感器22与电源串联。

下面参照附图解释常规的电子型电度表的工作情况。

首先，将由电源提供的AC降到预定电平，由供电电路单元12将经此降 低的AC整流为直流DC，然后提供到系统的每个电路单元。

这里，供电中断补偿单元13意在当供电中断时，利用电池提供电能， 以便维持测量的数据和在易失性存储器中存储的各种参数。

此外，输入变换器20的电压互感器21和电流互感器22分别接收电源 的高电压和大电流，并且将经此接收的高电压和大电流变换为低电压和小电 流。

例如，如果电源提供220伏、30安和60赫的电力，并且电压互感器21 和电流互感器22的变比分别为M∶1和N∶1，那么电压互感器21根据变比 M∶1降低电压并输出1/M的电压(伏)，以及电流互感器22输出1/N的电流 (安)。

电功率/频率变换器30中的乘法器31将由电压互感器21和电流互感器 22输入的电压和电流相乘，并输出与负载当时消耗的电功率成比例的脉冲调 制信号，频率变换器32将由乘法器31输出的该脉冲调制信号变换为一频率 信号。

数字电路单元40在预定的时间间隔对由频率变换器32输出的频率信号 进行分频并累加，和在显示单元42上显示该信号，由此测量消耗的电能量。

然而，由于常规的电子式电度表用于一种延期付款系统，这种系统在预 定的付款期内对用电费事后付款，如果用户搬到另外一个地方，会难于计算 使用的电能费用和向用户索取所使用的电能的费用。此外，在供电期间或支 付用电帐单时，利率发生变化或通货膨胀，由于货币价值差，可能使用户或 供电商蒙受损失。

因此，本发明的一个目的是提供一种能克服常规的电子型电度表的局限 性的预付式电子电度表。

本发明的再一个目的是提供一种预付式电子电度表，其能够防止由于在 供电计时和用电费用率支付计时之间的计时差引起的货币损失，并且易于进 行用电费用计算，使预付给供电商的电费与用户预付使用费后应使用的电量 相一致。

为了实现上述目的，提供一种预付式电子电度表，其包括：一个功率变 换器，用于将由电源提供的高电压和大电流变换为低电压和小电流：一个功 率/频率变换器，用于通过将由功率变换器输出的电压和电流相乘提供使用电 能的指示，以及输出一个其频率正比于所乘结果的信号；一个电记帐单计算 和显示单元，用于按照预定的时间间隔，对由功率/频率变换器输出的信号频 率进行分频和累加，由此计算用电量和对该量值记帐，将因此计算的记帐单 与先前设定的预付使用费相比较，当记帐量值等于预付使用费时产生一个负 载中断信号；以及一个开关，用于在来自用电记帐单计算和显示单元的负载 中断信号的控制下将负载与电源断开。

通过下面的介绍，会使本发明的另外的优点、目的、特征变得更加明显。

通过下文提供的详细介绍和附图，将会更完整地理解本发明，这些附图 仅为了说明而提供，因此，不是对本发明的限制，其中：

图1是表示常规的电子式电度表结构的示意方块图；

图2是表示根据本发明的预付式电子电度表结构的示意方块图；

图3是表示在图2中的用电费用率设定和输入单元的结构的示意方块 图；    

图4是用于根据本发明的预付式电子电度表的运算方法的流程图；

图5A到5D是表示基本用电费用率和使用电能费用的表格；以及

图6A到6E是表示例如在如图3所示的卡中存储的条形码和密码的信息 的示意图。

图2表示根据本发明的预付式电子电度表。按与常规的电子式电度表相 同的方式配置电源单元10、输入变换器20和功率/频率变换器30。还提供 一用电记帐单计算和显示单元50，用于按照预定的时间间隔对由功率/频率 变换器30输出的频率信号进行分频和累加，计算用电量，将该频率和与预先 设定的用电费用率相对应的数据相比较，显示用电记帐单，根据用电记帐单 计算和显示单元50的控制信号中断电源供电。

该用电记帐单计算和显示单元50包括一个分频器51，用于按照预定的 时间间隔对由频率变换器32输出的频率信号进行分频和累加，和用于计算用 电量。所包括的用电费用率设定和输入单元52用于设定用电的基本费用率和 该用电量的各种费用率以及用于输入预付使用费，比较单元53，用于根据由 分频器51所计算的用电量，对该用电量的记帐单进行计算，将因此计算的用 电记帐单和由用电费用率设定和输入单元52提供的预付使用费相比较，当记 帐值超过预付使用费时，输出报警信号和中断供电信号。负载控制器54根据 来自比较单元53的中断供电信号控制向电路负载的供电，报警信号输出单元 55根据来自比较单元53的比较信号控制报警信号的产生。设置显示单元56 以便根据来自比较单元53的比较信号显示用电量和记帐信息。

用电费用率设定和输入单元52包括：用电费用率设定单元52-1，用 于用电的基本费用率和用电的各种费用率的设定，费用率信息输入单元52 -2，用于各种类型的输入元件输入预付使用费；输入信号选择器52-3， 用于选择通过费用率信息输入单元52-2输入的各种类型的费用率信息；以 及存储器52-4，用于存储费用率设定单元52-1和输入信号选择器52 -3的输出。

费用率信息输入单元52-2可以包括：条形码输入单元52b，用于读 取变换为条形码格式的预付使用费信息；密码输入单元52b，用于输入变换 为密码数码格式的预付使用费信息；一个接口单元52c，用于读取存储在IC 卡或磁卡中的费用率信息；或者一个货币识别器52d，用于识别货币票据。

下面参照附图，将解释根据本发明的预付式电子电度表的工作情况。

首先，利用功率变换器11将由电源提供的交流电AC降低到预定的电 平，利用供电电路单元12将经此降低的交流电AC整流为直流电DC，并提 供到系统的每一电路元件。

供电中断补偿单元13意在用于在供电中断的过程中利用电池向装置的 各个电种供电。并维持测量的数据和在易失性存储器中存储的各种参数。

输入变换器20的电压互感器21和电流互感器22将电源输出的高电压 和大电流变换为低电压和小电流。乘法器31将由电压互感器21和电流互感 器22输出的电压和电流相乘，并输出一个与用电量成比例的脉冲调制信号。 频率变换器32将该脉冲调制信号变换为频率信号，并将该频率信号输出到用 电记帐单计算和显示单元50。

用电记帐单计算和显示单元50中的分频器51按照预定的时间间隔对由 频率变换器32输出的频率信号进行分频和累加，并将使用的电量输出到比较 装置53。

在这里，指出这一点是很重要的，即当设计用电量的定标器时，怎样利 用频率变换器32来确定与用电量成比例的频率信号。

例如，利用频率变换器32根据如下条件设定最大负载N(脉冲/秒)。

3P   4W    110V    30A    60Hz

这里，利用如下表达式得到在最大负载下的电功率。

P＝3×E×I(W)              公式(I)

＝3×100V×30A＝9900(W)    公式(II)

当对于一个频率分量按照最大负载表达电功率时，电功率是9900/N(瓦 秒/脉冲)，以及当用该千瓦时/脉冲的数值结果进行表达时，电功率是 0.00275/N(千瓦时/脉冲)。

即，当由频率变换器32输出一个脉冲时，利用分频器51进行分频得到 的用电量是0.00275/N(千瓦时/脉冲)。

用电费用率设定和输入单元52执行的功能是设定用电量的基本费用率 和使用电量的各费用率以及输入预付使用费。

下面将解释设定用电量的基本费用率和使用电量的各费用率的功能。倘 若提供的电量用于一公共的寓所，通过将使用的用电量费用率和基本费用率 相加来计算用电费用率。

这里，基本费用率是一个与固定费用对应的费用率，该基本费用是由于 维持供电部门运行和由供电商安装该系统而收取的。如图5A所示，基本上， 用电费用率可以分为6项。这些项通常是由供电商设定的。

此外，如图5B所示，各种用电费用率通常按照7项设定，用于以不同 方式适应用电量很大的用户和用电量较少的用户的各种用电费用率。这些项 目通常是由供电商设定的。

作为参考，在韩国公寓中，如在图5C中所示的基本费用率是根据各种 用电费用率和供电章程确定的，用电记帐单是按照图5D所示项目确定的。

例如，当一个家庭在一个月内使用了151kwh(千瓦时)的电量时，参照如 图5C所示的基本费用率，该基本费用率是740元(韩币)，参照如图5D中所 示的用电费用率可按下述方式计算电费。

0-50kwh：      30.70元×50kwh＝1535元

51-100kwh：    72.5元×50kwh＝3625元

101-200kwh：   108.90元×50kwh＝5553.9元

               10713.9元

因此，该用电量记帐单是10713元。

所以，总的用电量记帐值是11454.9元，它是通过将基本费用率的费用 (740元)和所使用的电量的费用(10713.9元)相加得到的。

接着，将解释预付使用费的输入。通过根据用户的要求或者利用条形 码，或者利用密码、或者利用诸如集成电路卡或磁卡之类的卡，或者利用货 币票据识别器以可供选择的方式输入预付使用费。

首先，解释利用条形码的方法。如图3所示，一个小型的条形码扫描器， 例如装在电度表内的条形码输入单元52a读出由供电商提供的条形码张贴标 记的内容，并且将因此读出的内容经过输入信号选择电路52-3输出到存储 器52-4。

这里，条形码张贴标志如图6A所示包含：基本费用率信息、用电量费 用率信息、以及指明条形码张贴标志有效日期的年、月、日信息，以及预付 使用量信息。

因此，把由条形码输入单元52a读出的基本费用率信息、用电量费用率 信息、年、月和日信息和预付使用费信息存储在存储器52-4，以及将预付 使用量存储在电度表中。

如果利用密码，如图3所示，把具有键盘的密码输入单元52b装入电度 表，利用键盘输入密码，该密码是向供电商预付使用费时提供给用户的，将 预付使用费密码写入电度表。    

如图6B所示，该密码由12个字母字符组成，其包括，用电量费用率分 类信息、密码、预付使用费信息和有效输入期。

如果使用预付卡，如图3所示，将卡接口52C例如卡读出器装入电度表， 通过读出卡(集成电路卡或磁卡)上的内容将预付使用费写入电度表，该卡在 利用卡接口52C向供电商预付使用费时提供给用户。这里，如图6C所示， 将基本费用率信息、用电量费用率信息和预付使用费信息写入到卡中。

如果利用货币票据识别器，将货币票据识别器如图3所示装入电度表。 在某个短时使用的场所例如在旅馆或暂住公寓使用者通过利用货币票据将预 付使用费写入电度表。    

因此，比较单元53根据由分频器51分频的频率信号计算用电量，以及 根据存储在用电费用率设定和输入单元52中的各费用率信息计算该用电量 记帐单。

假如用电量记帐单数值大于预付使用费和剩余量之和，即剩余的总量， 负载控制器54根据来自比较单元53的比较信号断开供电电路开关60，这样 由电源向电力装置的供电就被断开。

当剩余量小于一预定量时，比较单元53向报警信号输出单元55输出比 较信号，通过报警通知用户剩余量很小。

即，假如，电量(已经使用的)记帐单量值乘以1.15所得到的数值大于预 付费和剩余量之和，则将报警信号传送到报警信号输出单元55。

这里，乘以1.15是为了提前报警，告之用电记帐单量值将要超过输入在 电度表中的预付量，以及现时剩余的预付使用费很小。

显示单元56根据来自比较单元53的比较结果显示所使用的电量(kwh) 以及记帐单信息。如图6D所示，假如所希望的信息不能同时全部显示，则 最好逐项显示，并且显示内容包括，项代码和相应的项数值信息。即按照预 定的时间间隔，周期性地显示项代码和数值。

在图6D和6E中，“01”表示项代码“所使用电量的总量”，以及数值 “58493”表示现时所用的电量的总量。  

图6E表示按照预定时间间隔周期性地在显示单元56中显示的信息，其 包括项代码和项显示内容。

下面参照图4中的流程图，解释根据本发明的预付式电子电度表的工作 情况。    

首先，当控制程序起动时，进行起始化处理，然后T、U、V、W、 X、Y和Z各缓冲器被置O，其中T标注用于存储剩余量的缓冲器，U标 注用于存储“1.15×使用电量记帐单量值”的数值的缓冲器，V标注用于 存储已用的电量值的缓冲器，W标注用于存储预付量加上剩余量的缓冲 器。

此外，X标注用于存储已用电量的缓冲器，Y标注用于存储此外输入 的预付量的缓冲器，Z标注用于存储输入脉冲的缓冲器。

在步骤101设定“季节性变化日期”，用于由供电商确定用电费用率的 支付时间。如果没有设定“季节性变化日期”，则按照每个月的第一天设定起 始值，并且将当月使用的电量值自动地在每个月的相同日期自动设定为 0(零)。

如果用电费用率通常按照特定的季节变化，则需要该“季节性变化日 期”，以便该用电量记帐单量值能精确地累积。假如季节日期是不变的，则可 参照累积到该即时时间的用电量的量值，刷新用电记帐单的量值，可以计算 或多或少花费的用电量记帐单。

例如，在安装电度表持续3.5个月以后，设想该用电量的总量按照下述 计算。

直到三个月        357kwh

三个月之后        108kwh

该用电量的总量    483kwh

这里，如果没有季节性变化，根据基本费用率和对于483kwh的总用电 量的用电费用率来计算用电记帐值。然而，假如有暂时季节性变化，由于用 电记帐单量值是根据基本费用率和对于半月108kwh的用电量的用电费用率 计算的，在用电记帐值方面可能有很大的差别。

在设定季节性变化日期完成之后，由频率变换器32输出的脉冲信号以 累积方式存储在缓冲器“Z”中，以及在步骤103将预付使用费存储在缓冲 器“Y”中。

在步骤104将当前日期与设定的季节性变化日期相比较。根据比较结 果，如果两个日期一致，就会确认一个新的季节(一个月)开始，并且缓冲器 “Z”置于0(零)，在步骤105计算新的月份的用电量。假如两个日期不一致， 则根据在缓冲器“Z”中累积的脉冲信号计算用电量kwh，并存储在缓冲器 “X”中。

即，如上所述，利用频率变换器32设定最大负载，以及根据数值 0.00275/N(kwh/脉冲)计算用电量，该数值是当电压和电流设为3P、4W、 110V、30A和60Hz时得到的。

此外，在步骤107将预付量x′和剩余量y′之和的数值存储在缓冲器 “W”中，并且在步骤108中如图5B中所示，将存储在缓冲器“x”中的 用电量和第一标示行(1#)的“F”用电量相比较。当该用电量小于第一标示 行(1#)的用电量时，利用下文将介绍的第一用电记帐单量值计算法来计算用 电记帐单量值，并且在步骤109存入缓冲器“V”。当该用电量大于第一标 示行(1#)的用电量时，在步骤110，将该用电量与第二标示行(2#)的“G”用 电量相比较。

根据比较结果，当该用电量小于第二标示行(2#)的用电量时，根据第二 用电记帐单量值计算方法计算用电记帐单量值并在步骤111中存储在缓冲器 “V”内，以及当该用电量大于第二标示行(2#)的用电量时，在步骤112将 该用电量与第三标示行(3#)的用电量相比较。

如图5B所示，在步骤112、114、116和118按照与上述相同的方式， 将该用电量与表中的第3、4、5和6标示行的“H”、“I”、“J”和“K” 量相比较。当该用电量分别小于第3、4、5或6标示行的其中任一量值时， 利用对应的第3、4、5或6记帐单量值计算该用电记帐单量值，并且在步 骤111、113、115、117和119将其存在缓冲器“V”中。当该用电量大 于第3、4、5和6标示行的每一个量值时，进行该用电量与下一个更高的 标示行的量值相比较。

当该用电量大于第6标示行的量“K”时，利用第7记帐单量值计算法 计算该用电记帐单量值。并在步骤120将其存在缓冲器“V”中。

下面介绍第1到第7记帐单量值计算法。基本费用率和用电费用率参照 图5A和5B。

第1用电记帐单量值＝第1基本费用率+(第一标示行的用电费用率×用 电量)；

第2用电记帐单量值＝第1基本费用率+{(第一标示行的用电费用率× F)+[第二标示行的用电费用率×(用电量)-F]}；

第3用电记帐单量值＝第2基本费用率+{(第一标示行的用电费用率× F)+[第二标示行的用电费用率×(G-F)]+[第3标示行的用电费用率×(用电 量-G)]}；

第4用电记帐单量值＝第3基本费用率+{(第一标示行的用电费用率× F)+[第二标示行的用电费用率×(G-F)]+[第三标示行的用电费用率×(H- G)]+[第四标示行的用电费用率×(用电量-H)]}；

第5用电记帐单量值＝第4基本费用率+{(第一标示行的用电费用率× F)+[第二标示行的用电费用率×(G-F)]+[第三标示行的用电费用率×(H- G)]+[第四标示行的用电费用率×(I-H)]+[第五标示行的用电费用率×(用电 量-I)]}；    

第6用电记帐单量值＝第5基本费用率+{(第一标示行的用电费用率× F)+[第二标示行的用电费用率×(G-F)]+[第三标示行的用电费用率×(H- G)+[第四标示行的用电费用率×(I-H)]+[第五标示行的用电费用率×(J- I)]+[第六标示行的用电费用率×(用电量-J)]}；以及

第7用电记帐单量值＝第6基本费用率+{(第一标示行的用电费用率× F)+[第二标示行的用电费用率×(G-F)]+[第三标示行的用电费用率×(H- G)]+[第四标示行的用电费用率×(I-H)]+[第五标示行的用电费用率×(J- I)]+[第六标示行的用电费用率×(K-J)]+(第七标示行的用电费用率× K)]}。

比较单元53将存储在缓冲器“V”中的用电量的记帐值与剩余的总的 预付量和存储在缓冲器“W”中的剩余量相比较(步骤121)，并且当该用电 记帐单量值大于剩余的预付量值时，在步骤122根据由负载控制器54产生的 负载中断信号断开开关60，因此断开供电。

当用电量记帐单量值小于剩余的预付使用费时，在步骤123不产生负载 中断信号，并且在步骤124将等于“1.15×用电记帐单量值”的数值存入缓 冲器“U”，以及在步骤125将存储在缓冲器“U”中的该数值与剩余的预 付使用费相比较。

当存在缓冲器“U”中的数值大于该剩余预付量时，由于剩余预付量 小，在步骤126，根据提供到报警信号输出单元55上的报警信号、5分钟后， 在步骤127和128释放报警。

当存储在缓冲器“U”中的数值小于剩余预付量值时，由存储在缓冲器 “W”中的剩余预付量值中减去存储在缓冲器“V”中的记帐单量值，并 将余额存入缓冲器“T”。在显示单元56上显示存储在缓冲器“X”中的用 电量和存储在缓冲器“T”中的剩余预付使用量。

在此之后，程序返回到步骤102。重复进行上述程序步骤。

如上所述，根据本发明的预付式电子电度表是指在预付款之后才实现用 电，因此，防止了由于用户在供电计时和用电费用率记帐计时之间的差别而 可能产生货币上的损失。此外，当用电用户搬到别处时，能够有效地计算用 电记帐值。

虽然，为了说明的目的已经公开了本发明的各优选实施例，对于本技术 领域的技术人员来说会认识到在不脱离所提出的权利要求中所述的本发明的 保护范围和构思的情况下，能够进行各种改型、补充和替换。