虽然大规模智慧型电表计画正在世界各地展开，但智慧型电表仍属于较新的技术，设计方法相当多元。工程师在处理如感测消耗电流等重要层面时，仍需要协助。方法有很多种，但必须选择合适的方法。
节约能源意识高涨智慧电表成未来趋势
必须大量部署智慧型电表，智慧型电网才能提供预期的效益，例如减少温室气体排放、提高再生能源所占比重，以及改善可靠性。
此讯息已广为世界所知。根据美国能源资讯局指出，目前美国已安装五千多万个智慧型电表。欧盟的目标是从现在到2020年，以智慧型电表取代至少80%的传统电表，而南韩、中国等亚洲主要国家也已积极投入此领域。
智慧型电表逐渐成为趋势，电表制造商可借此机会开发新的产品，提供符合世界各地公用事业、政府及住家需求的先进功能。从技术角度来看，智慧型电表仍在发展当中，在应用层、使用者介面及用以撷取、处理和传送资料的技术方面，还有许多方法有待探索。但基本上，所有利害相关者都同意，智慧型电表必须价格合理、易于安装、极度可靠且不须维护，智慧型电表也必须符合既定的精度标准。
欧洲最普遍的通讯技术是电力线通讯，美国的公用事业则倾向于无线技术。某篇Greentechmedia文章指出，这是因为美国配电网的变压器与住家比率较高，难以透过电力线传输资料。
各大半导体制造商纷纷提出各种架构，作为让客户打造智慧型电表的平台。设计师可选择多种由微控制器加上高精度类比前端，和计量周边装置组成的智慧型电表单晶片系统装置。另一种方法结合专用的电能计量积体电路与附属数位讯号控制器，利用数位讯号控制器的内建数位讯号处理器引擎执行功率计算。
确保精准电流感测电流转换器选择需谨慎
位在智慧型电表与主电源连接点上的电流转换器，是实现精确电流感测计算耗电量的关键。有多种电流转换器可用以执行此工作，如高精度分流电阻器、罗哥夫斯基线圈、霍尔效应感测器或变流器。
分流电阻器有许多优点，例如组件成本极低、在宽广的测量范围内具有良好的线性。另一方面，它必须具有低电阻以降低损耗，方能满足电表相关法规标准的要求。举例来说，国际电工委员会62053-21 和62053-23规定每相能量损失以两瓦为上限。
为满足此要求，设计人员可用的只有几百微欧姆的电阻，其产生的电压极低。此讯号需要缜密的滤波和放大，确保在低电流位准下的精确度。相反的，在高电流位准下，电表内部散热会是一个问题。另外，可能需要使用光耦合器或变压器达成电流隔离，以确保使用者安全并防止多相电表的相间短路。
罗哥夫斯基线圈没有分流电阻器遇到的功耗问题，也较易于安装，因为线圈不在电路内，而是设置在主要载流缆线附近。此方法的缺点是，罗哥夫斯基线圈易受外部干扰影响而使低电流的测量准确度下降，除非设置屏蔽，但解决方案的成本可能会因此增加。
霍尔效应感测器通常比交流电转换器贵，对于温度变化也较为敏感。低成本、低稳定性感测器会随时间而丧失准确度，高稳定性装置则需要补偿电路，成本与复杂性较高。霍尔效应感测器也有可能在高直流电流值之下饱和。
变流器结合多项优点，例如低成本、低功耗、易于安装、时间及温度稳定性高。与罗哥夫斯基线圈不同，因为磁路封闭的关系，其抗干扰性高。
变流器为智慧电表设计关键
以KEMET与NEC TOKIN供应的C/CT-1216夹式变流器为例，该产品以夹住通电供电缆线的方式轻易安装。它具有电压输出，不需要外部负载电阻器。此装置的另一项优点是不到1°的超低相位误差，很容易获得补偿，确保最佳测量准确度。
通用变压器的匝数比通常在1:10到1:1000的范围内，相较之下，C/CT-1216的电流变换比为1:3000，可在0.1A至120A的宽广电流范围内进行准确的测量。不到±1%的比率误差比前代进步50%，可确保所有单元都在规定的准确度范围内。
选择变流器时，额定电流应够高，以免变流器在较高的取样电流值下饱和，此值通常约为待测最大电流的130%。另一方面，选择电流额定值过高的变流器会导致解决方案变得既昂贵又庞大。C/CT-1216的电流额定值为120A RMS，适合住家计量应用。
图1所示为输出电压与一次电流之间的高度线性关系，证明在宽广的负载电阻范围内的一致准确度。
图1 不同负载电阻值下的线性输出特性。
