專利名稱：單相多功能電能計量電路及其電表自動校準方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種單相多功能電能計量電路及電表校準方法，特別是涉及一種可自動校表的單相多功能電能計量電路及其電表自動校準方法，屬于電能計量技術領域。
背景技術：
電能計量主要把輸入的電壓和電流信號按照時間相乘，得到功率隨著時間變化的信息即瞬時功率，假設電流電壓信號為正弦函數(shù)，并存在相位差Φ，電流電壓信號的關系如下
權利要求
1.一種單相多功能電能計量電路，應用于一智能電表系統(tǒng)，至少包括三路模擬數(shù)字轉換器，分別用于接收火線電流采樣信號、零線電流采樣信號及電壓采樣信號，并將接收到的模擬的該火線電流采樣信號、該零線電流采樣信號及該電壓采樣信號轉換為數(shù)字信號，以得到第一電流采樣數(shù)據(jù)、第二電流采樣數(shù)據(jù)及電壓采樣數(shù)據(jù)；三組有效值計算單元，分別接收該第一電流采樣數(shù)據(jù)、該第二電流采樣數(shù)據(jù)及該電壓采樣數(shù)據(jù)，并將其分別計算處理后獲得第一電流有效值、第二電流有效值及電壓有效值；功率運算單元，將該第一電流采樣數(shù)據(jù)、該第二電流采樣數(shù)據(jù)分別與該電壓采樣數(shù)據(jù)相乘，得到瞬時有功功率，并將該瞬時有功功率經過一 CIC濾波器輸出平均有功功率；將該電壓采樣數(shù)據(jù)移相90度后再與該第一電流采樣數(shù)據(jù)、該第二電流采樣數(shù)據(jù)分別相乘，得到瞬時無功功率，并將該瞬時無功功率經過一 CIC濾波器輸出平均無功功率；將該第一電流有效值與該第二電流有效值分別與該電壓有效值相乘，得到視在功率；以及數(shù)字頻率轉換單元，用于將該瞬時有功功率、該瞬時無功功率和該視在功率通過一定時間的積分，以獲得有功能量、無功能量和視在能量，并將該平均有功功率和平均無功功率經過數(shù)字到頻率轉換、潛動判斷和頻率調制后轉換為脈沖信號輸出。
2.如權利要求1所述的單相多功能電能計量電路，其特征在于該單相多功能電能計量電路還包括一竊電判斷單元,該竊電判斷單元接受兩路電流的平均有功功率或電流有效值，通過比較兩路電流的平均有功功率或電流有效值的大小，產生竊電指示提供給主控 MCU。
3.如權利要求1所述的單相多功能電能計量電路，其特征在于每組有效值計算單元至少包括平方電路、CIC濾波器及開方電路，將接收到的該第一電流采樣數(shù)據(jù)、該第二電流采樣數(shù)據(jù)及該電壓采樣數(shù)據(jù)分別通過該平方電路、該Cic濾波器及該開方電路計算后輸出該第一電流有效值、該第二電流有效值及該電壓有效值
4.如權利要求3所述的單相多功能電能計量電路，其特征在于在每路模擬數(shù)字轉換器與每組有效值計算單元之間，該單相多功能電能計量電路還包含一數(shù)字抽取濾波器、相位校準電路及高通濾波器，以濾去數(shù)字信號中的高頻噪聲與直流增益。
5.如權利要求4所述的單相多功能電能計量電路，其特征在于在該火線電流采樣信號、該零線電流采樣信號以及該電壓采樣信號輸入到該三路模擬數(shù)字轉換器之前，還可分別經過一可編程增益放大器對各采樣信號進行放大。
6.如權利要求4所述的單相多功能電能計量電路,其特征在于該單相多功能電能計量電路還包括一自動校準模塊以修正模擬數(shù)字轉換器的增益誤差和失調誤差，該自動校準模塊至少包括系統(tǒng)增益校準及系統(tǒng)失調校準兩種模式，當該單相多功能電能計量電路在自動校準模式下，通過該主控MCU給該單相多功能電能計量電路發(fā)出系統(tǒng)增益校準和系統(tǒng)失調校準的指令，當校準流程完成后，該單相多功能電能計量電路生成校準完成就緒的中斷信號，通知主控MCU讀取相應的寄存器的值存儲到存儲器中；當正常工作模式時，主控MCU 從該存儲器讀取校準數(shù)據(jù)，寫入相應的計量電路校準寄存器中。
7.如權利要求6所述的單相多功能電能計量電路，其特征在于該計量電路校準寄存器包括直流失調校準寄存器、交流失調校準寄存器及直流增益校準寄存器。
8.如權利要求7所述的單相多功能電能計量電路，其特征在于在該系統(tǒng)增益校準模式下，該自動校準模塊通過外部精確電壓源提供準確的參考電壓作為參考信號，將該單相多功能電能計量電路的外部輸入引腳接該外部精確電壓源，并通過一共模電壓接地。
9.如權利要求7所述的單相多功能電能計量電路，其特征在于在該系統(tǒng)失調校準模式下，該自動校準模塊將該該單相多功能電能計量電路的外部輸入引腳短接，并通過一共模電壓接地。
10.如權利要求9所述的單相多功能電能計量電路，其特征在于在三個通道的高通濾波器之后，該直流失調校準寄存器的值分別通過一加法器對該高通濾波器的輸出進行修正。
11.如權利要求8所述的單相多功能電能計量電路，其特征在于該直流增益校準寄存器的值分別通過一乘法器對直流失調校準后的結果進行修正，以得到需要的該第一電流采樣數(shù)據(jù)、該第二電流采樣數(shù)據(jù)及該電壓采樣數(shù)據(jù)。
12.如權利要求9所述的單相多功能電能計量電路，其特征在于在開平方電路之后， 該交流失調校準寄存器的值分別通過一加法器對該開平方電路的輸出進行修正。
13.如權利要求1所述的單相多功能電能計量電路，其特征在于該單相多功能電能計量電路包含一個數(shù)字接口單元，該數(shù)字接口單元用于與主控MCU之間專遞校表參數(shù)和計量結果，其可以為I2C，SPI，UART或單線通訊總線。
14.一種電表的自動校準方法，應用于一包含單相多功能電能計量電路的智能電表系統(tǒng)，至少包括如下步驟進行校準程序之前，令該單相多功能電能計量電路處于有效狀態(tài)，相應的校準中斷信號被復位；將自動校準模塊的校準參考信號輸入到模擬輸入引腳；主控MCU發(fā)送相應的校準命令到計量電路的數(shù)字接口單元；以及該單相多功能電能計量電路根據(jù)校準命令完成內部校準，將結果寫入相應的校準寄存器并產生校準完成中斷信號指示校準完成。
15.如權利要求14所述的電表的自動校準方法,其特征在于該校準命令為8位命令, 對其中各位的不同設置指定了不同的校準模式。
16.如權利要求15所述的電表的自動校準方法，其特征在于該校準模式包括直流失調校準模式、交流失調校準模式、直流增益校準模式及交流增益校準模式。
17.如權利要求16所述的電表的自動校準方法，其特征在于在該直流失調校準模式和該交流失調校準模式下，該單相多功能電能計量電路的外部輸入引腳短接接地
18.如權利要求17所述的電表的自動校準方法，其特征在于若該校準命令的校準模式為直流失調校準模式，把最近一個計算周期內的第一電流采樣數(shù)據(jù)、第二電流采樣數(shù)據(jù)及電壓采樣數(shù)據(jù)的平均值分別存儲到直流失調校準寄存器。
19.如權利要求17所述的電表的自動校準方法，其特征在于若該校準命令的校準模式為交流失調校準模式，把最近一個計算周期內的第一電流有效值、第二電流有效值及電壓有效值的平均值分別存儲到交流失調校準寄存器。
20.如權利要求16所述的電表的自動校準方法，其特征在于在該直流增益校準模式和該交流增益校準模式下，該單相多功能電能計量電路的外部輸入引腳接直流校準信號。
21.如權利要求20所述的電表的自動校準方法，其特征在于若該校準命令的校準模式為直流增益校準模式，由一個計算周期內的瞬態(tài)電壓采樣值的平均值取倒數(shù)存儲到直流增益校準寄存器，然后對該平均值進行調整，使相應的瞬時電壓采樣值為I。
22.如權利要求20所述的電表的自動校準方法，其特征在于若該校準命令的校準模式為交流增益校準模式，由一個計算周期內瞬態(tài)電壓采樣值的平均值取倒數(shù)存儲到直流增益校準寄存器中，然后對該平均值進行調整，使相應的有效值值為O. 6。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單相多功能電能計量電路及其電表自動校準方法，該計量電路包括三路模擬數(shù)字數(shù)字轉換器、三組有效值計算單元、功率計算單元及數(shù)字頻率轉換單元，通過上述模塊，本發(fā)明可以能夠同時計量基于火線電流和零線電流的有功能量、無功能量和視在能量以及功率因數(shù)，同時可計量電流及電壓有效值，并可以根據(jù)兩路電流的有效值或有功功率的不同產生竊電指示，另外本發(fā)明還包含內置自動校準模塊，不僅可以自動修正系統(tǒng)的失調和增益誤差，使智能電表的校表流程大大簡化，且可以修正不同電路間的不同偏差。
文檔編號G01R22/10GK102998525SQ20111027301
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權日2011年9月15日
發(fā)明者陳富濤, 胡燕, 楊思彥, 尤劍源 申請人:無錫華潤矽科微電子有限公司