專利名稱：實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及計量芯片領域，特別涉及電能計量電路技術領域，具體是指一種實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)。
背景技術：
電子式電能表在出廠前，需要對其測量精度進行校準，以滿足有關電能計量技術規(guī)范標準的要求。請參閱圖I所示，其為現(xiàn)有無校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)示意框圖。目前，對于電子式電能表常用的校準方法主要有兩種硬件校準和軟件校準。硬件校準，在電子式電能表PCB應用板上，電壓采樣通道設計電阻分壓器網(wǎng)絡，通過短接分壓器網(wǎng)絡電阻，改變線電壓衰減來調(diào)準采樣電壓，從而實現(xiàn)校表目的。硬件校準方法需要根據(jù)誤差情況手工短接適當?shù)碾娮?，調(diào)整速度慢；且電阻分壓網(wǎng)絡的校驗范圍有限 (一般為±30% )，對于超出校驗范圍的電能計量電路，需要手工更換、焊接分壓網(wǎng)絡中的電阻，增加了硬件成本，還容易因虛焊假焊影響電表計量的精度。軟件校準，在電能計量電路內(nèi)部設計校準寄存器，通過MCU向校準寄存器寫入校準值來實現(xiàn)校準?，F(xiàn)有的軟件校準方法或技術有兩類，一類是在對線電壓/電流信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換前，預先對模擬信號進行增益調(diào)制(具體請見中國實用新型專利申請 CN03129510. X);該方法需要設計高精度的模擬增益可調(diào)制放大電路，設計難度大，技術上不容易實現(xiàn)。另一類是在模擬線電壓/電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，對數(shù)字量進行增益調(diào)節(jié)， 目前的帶校準功能的電能計量產(chǎn)品多數(shù)按此方法實現(xiàn)；該方法適用于帶通訊接口的計量電路，需要重新設計校準寄存器電路、數(shù)字信號處理電路，增加數(shù)字電路規(guī)模。采用該方法設計的電能計量產(chǎn)品應用時，需通過通訊接口外接EEPROM存儲器。在校表時，校準數(shù)據(jù)存儲到外部EEPROM存儲器；電能表應用時，校準數(shù)據(jù)從EEPROM讀出，通過通訊接口寫入校準寄存器實現(xiàn)校準。對于無通訊接口的計量電路，需要設計校準寄存器電路、通訊接口電路及數(shù)字信號運算電路等模塊，增加通訊引腳，無法兼容原有外圍電路，必須重新設計PCB板，成本高。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服了上述現(xiàn)有技術中的缺點，提供一種能夠有效實現(xiàn)電能測量精度預校準功能、兼容原有電子式電能表外圍電路、顯著降低校表成本、結(jié)構(gòu)簡單實用、工作性能穩(wěn)定可靠、適用范圍較為廣泛的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)上述的目的，本實用新型的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)如下該實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，其主要特點是，所述的電路結(jié)構(gòu)包括基準模塊、采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、時鐘與頻率轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、校準寄存器及接口模塊、校準模塊，其中所述的基準模塊用于產(chǎn)生電路工作所需的基準電壓信號，并為所述的采樣模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊提供基準電壓； 所述的采樣模塊用于采樣電流信號和線電壓信號，送至所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行處理；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊把所述的采樣模塊采樣的電流信號和線電壓信號轉(zhuǎn)換為對應的電流信號數(shù)字量和電壓信號數(shù)字量，送至所述的數(shù)字信號處理模塊處理；所述的數(shù)字信號處理模塊對電流信號數(shù)字量和電壓信號數(shù)字量進行濾波處理并進行運算，計算得到瞬時功率值，并將瞬時功率值累加得到電能計量值，輸出至外部MCU進行處理；所述的時鐘與頻率轉(zhuǎn)換模塊為所述的采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊提供時鐘信號及輸出脈沖頻率基準信號；所述的校準寄存器及接口模塊中的校準寄存器存儲有控制所述的校準模塊的工作狀態(tài)的校準值信息；所述的校準寄存器為非易失性可編程單元，其通過復用引腳實現(xiàn)編程接口，作為所述的校準寄存器及接口模塊的接口電路。所述的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，在測試校準時，復用引腳用于編程該校準寄存器；正常工作時，該校準寄存器值保持不變，復用引腳正常使用。若該電能計量電路為帶通訊接口的電能計量電路，所述的校準寄存器可以為內(nèi)部寄存器電路單元。所述的校準寄存器及接口模塊的接口電路與該通訊接口復用，該校準數(shù)據(jù)暫存到外部EEPROM存儲器，然后通過該通訊接口寫入該校準寄存器。所述的校準寄存器的位寬由所述的校準模塊的校準范圍決定；所述的校準模塊根據(jù)該校準寄存器的設置控制工作狀態(tài)，并對所述的基準模塊輸出的基準電壓在預設的范圍內(nèi)進行微調(diào)，并送至所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。該實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)中的校準模塊可以由跟隨器單元和分壓電路單元組成來實現(xiàn)，所述的跟隨器單元的輸出端與所述的分壓電路單元的輸入端相連接。該實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)中的非易失性可編程單元可以為熔絲、一次性可編程只讀存儲器OTP ROM或者電可擦除可編程只讀存儲器EEPROM等非易失性存儲器件。該實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)中的電能計量電路結(jié)構(gòu)可以為單相電能計量電路結(jié)構(gòu)或者三相電能計量電路結(jié)構(gòu)。采用了該實用新型的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，由于其中通過設置校準寄存器控制校準模塊，并對基準模塊輸出的基準電壓進行微調(diào)處理，因此改變了模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后數(shù)字量的大小，從而實現(xiàn)對電能計量電路測量精度進行校準的功能，不僅校準結(jié)構(gòu)簡單，而且無需增加大量電路規(guī)模，應用時完全兼容原有電子式電能表外圍電路，無需重新設計PCB板，同時又能有效提高電能表測量精度，顯著降低了校表成本，是電能計量芯片領域一個高效靈活的選擇。
圖I為現(xiàn)有技術中無校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)示意框圖。圖2為本實用新型的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)的具體實施例的電路結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本實用新型的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)中的校準模塊的具體實施例示意圖。圖4為本實用新型的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)的校表過程示意圖。圖5為采用本實用新型的實現(xiàn)電能計量電路進行精度預校準過程的流程示意圖。
具體實施方式
為了能夠更清楚地理解本實用新型的技術內(nèi)容，特舉以下實施例詳細說明。請參閱圖2至圖4所示，該實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，其主要特點是，所述的電路結(jié)構(gòu)包括基準模塊、采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、時鐘與頻率轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、校準寄存器及接口模塊、校準模塊，其中(I)所述的基準模塊用于產(chǎn)生電路工作所需的基準電壓信號，并為所述的采樣模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊提供基準電壓；(2)所述的采樣模塊用于采樣電流信號和線電壓信號，送至所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行處理；(3)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊把所述的采樣模塊采樣的電流信號和線電壓信號轉(zhuǎn)換為對應的電流信號數(shù)字量和電壓信號數(shù)字量，送至所述的數(shù)字信號處理模塊處理；(4)所述的數(shù)字信號處理模塊對電流信號數(shù)字量和電壓信號數(shù)字量進行濾波處理并進行運算，計算得到瞬時功率值，并將瞬時功率值累加得到電能計量值，輸出至外部MCU 進行處理；(5)所述的時鐘與頻率轉(zhuǎn)換模塊為所述的采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊提供時鐘信號及輸出脈沖頻率基準信號；(6)所述的校準寄存器存儲有控制所述的校準模塊的工作狀態(tài)的校準值信息，且該校準寄存器的位寬由所述的校準模塊的校準范圍決定；該校準寄存器為非易失性可編程單元，該非易失性可編程單元可以為熔絲、一次性可編程只讀存儲器OTP ROM或者電可擦除可編程只讀存儲器EEPROM等非易失性存儲器件；所述的校準寄存器通過復用引腳實現(xiàn)編程接口，作為所述的校準寄存器及接口模塊的接口電路。在測試校準時，復用引腳用于編程該校準寄存器；正常工作時，該校準寄存器值保持不變，復用引腳正常使用。(7)所述的校準模塊根據(jù)該校準寄存器的設置控制工作狀態(tài)，并對所述的基準模塊輸出的基準電壓在預設的范圍內(nèi)進行微調(diào)，并送至所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；所述的校準模塊由跟隨器單元和分壓電路單元組成來實現(xiàn)，所述的跟隨器單元的輸出端與所述的分壓電路單元的輸入端相連接。同時，若該電能計量電路為帶通訊接口的電能計量電路，所述的校準寄存器可以為內(nèi)部寄存器電路單元。所述的校準寄存器及接口模塊的接口電路與該通訊接口復用，該校準數(shù)據(jù)暫存到外部EEPROM存儲器，外部的校準值信息通過該通訊接口寫入所述的校準寄存器中；不僅如此，該實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)中的電能計量電路結(jié)構(gòu)可以為單相電能計量電路結(jié)構(gòu)或者三相電能計量電路結(jié)構(gòu)。在實際使用當中，本實用新型中的基準模塊、采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、時鐘與頻率轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、校準寄存器及接口模塊、校準模塊均能夠?qū)陔娐方Y(jié)構(gòu)中的具體硬件電路，因此這些模塊僅利用硬件電路就可以實現(xiàn)，并完成相應的功能。同時，不管是硬件校準方法，還是軟件校準方法，歸根結(jié)底是靠調(diào)整信號幅度來實現(xiàn)對計量精度的校準。模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的大小，可以跟模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用的基準電壓值相關。那么通過調(diào)節(jié)基準電壓值的大小，就可以實現(xiàn)對電能計量電路測量精度進行校準的目的?；谏鲜鏊悸?，本實用新型提出了帶測量精度預校準功能的電能計量電路及校準方法，可以實現(xiàn)電能測量精度預校準，同時兼容原有電子式電能表外圍電路，無需重新設計PCB板。本實用新型的技術方案如下該帶測量精度預校準功能的電能計量電路，主要模塊包括基準模塊、采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、時鐘與頻率轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、校準寄存器及接口模塊、校準模塊等。其中 基準模塊，用于產(chǎn)生電路工作所需的基準電壓信號，并為采樣模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊提供基準電壓； 采樣模塊，用于采樣電流信號和線電壓信號，供給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)處理； 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，把采樣模塊采樣的電流信號和線電壓信號轉(zhuǎn)換為對應的電流信號數(shù)字量和電壓信號數(shù)字量，供數(shù)字信號處理模塊處理； 數(shù)字信號處理模塊，對電流信號數(shù)字量和電壓信號數(shù)字量進行濾波處理并進行運算，計算得到瞬時功率值，瞬時功率值累加得到電能計量值，輸出給外部MCU處理； 時鐘與頻率轉(zhuǎn)換模塊，為采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊等提供時鐘信號及輸出脈沖頻率基準信號； 校準寄存器及接口模塊，可通過接口對校準寄存器寫校準值來控制校準模塊工作狀態(tài)；校準寄存器的位寬由校準模塊的校準范圍決定。 校準模塊，根據(jù)校準寄存器的設置控制工作狀態(tài)，對基準模塊輸出的基準電壓在一定范圍內(nèi)進行微調(diào)，再供給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；同時，為使輸出基準信號保持零溫度系數(shù)，校準模塊由跟隨器及分壓電路來實現(xiàn)， 請參閱圖3的結(jié)構(gòu)所示；其中，對于無通訊接口的電能計量電路，可以采用非易失性可編程單元作為校準寄存器，引腳復用實現(xiàn)編程接口。在測試校準時，復用引腳用于編程校準寄存器；正常工作時，校準寄存器值保持不變，復用引腳正常使用，完全兼容原有電子式電能表外圍電路及 PCB 板。該校準寄存器采用的非易失性可編程單元可以是熔絲、OTP R0M、EEPR0M等非易失性存儲器件；不僅如此，對于帶通訊接口的計量電路，校準寄存器可以采用非易失性可編程單元結(jié)構(gòu)，如前面所述；或者采用內(nèi)部寄存器電路作為校準寄存器，接口電路跟原有的通訊接口復用，校準數(shù)據(jù)暫存到外部EEPROM存儲器，通過通訊接口寫入校準寄存器實現(xiàn)校準，完全兼容原有電子式電能表外圍電路及PCB板。另外，對應于處理單相多通道電流和電壓信號，或者三相電流和電壓信號，本實用新型的帶測量精度預校準功能的電能計量電路分別為單相電能計量電路或者三相電能計量電路。再請參閱圖5所示，該基于上述的電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)電能計量電路的精度預校準方法，其主要特點是，所述的方法包括以下步驟(I)所述的電能計量電路結(jié)構(gòu)進行校準初始化處理；(2)所述的電能計量電路結(jié)構(gòu)將電參量計量結(jié)果輸出至外部校準控制臺；(3)所述的外部校準控制臺根據(jù)所述的電參量計量結(jié)果，計算得出初測誤差值信息及校準補償數(shù)據(jù)信息；(4)所述的外部校準控制臺根據(jù)所述的校準補償數(shù)據(jù)信息，計算出要補償該誤差值所需調(diào)整的基準范圍信息；(5)所述的外部校準控制臺根據(jù)所述的需調(diào)整的基準范圍信息，計算所述的校準模塊應該處于的工作狀態(tài)，并得到對應校準寄存器值信息；(6)將所述的校準寄存器值信息寫入所述的校準寄存器中，并控制所述的校準模塊工作在上述步驟(5)中的工作狀態(tài)；(7)所述的電能計量電路結(jié)構(gòu)重新計量輸出電參量計量結(jié)果，并送至所述的外部校準控制臺；(8)所述的外部校準控制臺判斷所述的電參量計量結(jié)果的計量誤差是否在允許的范圍內(nèi)；(9)如果是，則完成該精度預校準操作；否則返回上述步驟⑶。在實際使用當中，利用本實用新型的帶測量精度預校準功能的電能計量電路的校準方法，方法步驟如下步驟一一一校準初始化，計量電路輸出電參量計量結(jié)果給校準控制臺；[0070]步驟二一一校準控制臺根據(jù)上述電參量計量結(jié)果，計算得出初測誤差值及校準補償數(shù)據(jù);[0071] 困步驟三一一根據(jù)上述校準補償數(shù)據(jù)，推算出要補償該誤差值所需調(diào)整的基準范pel ;步驟四一一由需調(diào)整的基準范圍推算校準模塊的工作狀態(tài)，并得到對應校準寄存器值；[0073]步驟五一一寫校準寄存器，控制校準模塊工作在步驟四得出的狀態(tài)；[0074]步驟TK一計量電路重新計量輸出電參量結(jié)果，并送給校準控制臺；[0075]步驟七一一校準控制臺判斷計量誤差是否符合要求，若符合，完成校表；若不符
合，重復步驟二至步驟六過程。 本實用新型的核心思想是，通過校準模塊對基準電壓進行微調(diào)處理，改變模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后數(shù)字量的大小，從而實現(xiàn)對電能計量電路測量精度進行校準的電路結(jié)構(gòu)及校準方法，因此，只要是利用了本實用新型說明書及附圖所做的等效結(jié)構(gòu)或者流程變換，或直接或間接運用在相關領域，均沒有超出本實用新型的保護范圍。采用了上述的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，由于其中通過設置校準寄存器控制校準模塊，并對基準模塊輸出的基準電壓進行微調(diào)處理，因此改變了模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后數(shù)字量的大小，從而實現(xiàn)對電能計量電路測量精度進行校準的功能，不僅校準結(jié)構(gòu)簡單，而且無需增加大量電路規(guī)模，應用時完全兼容原有電子式電能表外圍電路，無需重新設計PCB板，同時又能有效提高電能表測量精度，顯著降低了校表成本，是電能計量芯片領域一個高效靈活的選擇。在此說明書中，本實用新型已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本實用新型的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
權(quán)利要求1.一種實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的電路結(jié)構(gòu)包括基準模塊、采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、時鐘與頻率轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、校準寄存器及接口模塊、校準模塊，其中所述的基準模塊用于產(chǎn)生電路工作所需的基準電壓信號，并為所述的采樣模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊提供基準電壓；所述的采樣模塊用于采樣電流信號和線電壓信號，送至所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行處理；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊把所述的采樣模塊采樣的電流信號和線電壓信號轉(zhuǎn)換為對應的電流信號數(shù)字量和電壓信號數(shù)字量，送至所述的數(shù)字信號處理模塊處理；所述的數(shù)字信號處理模塊對電流信號數(shù)字量和電壓信號數(shù)字量進行濾波處理并進行運算，計算得到瞬時功率值，并將瞬時功率值累加得到電能計量值，輸出至外部MCU進行處理；所述的時鐘與頻率轉(zhuǎn)換模塊為所述的采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊提供時鐘信號及輸出脈沖頻率基準信號；所述的校準寄存器及接口模塊中的校準寄存器存儲有控制所述的校準模塊的工作狀態(tài)的校準值信息；所述的校準模塊根據(jù)該校準寄存器的設置控制工作狀態(tài)，并對所述的基準模塊輸出的基準電壓在預設的范圍內(nèi)進行微調(diào)，并送至所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的校準模塊由跟隨器單元和分壓電路單元組成，所述的跟隨器單元的輸出端與所述的分壓電路單元的輸入端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的校準寄存器為非易失性可編程單元，該校準寄存器通過復用引腳實現(xiàn)編程接口， 作為所述的校準寄存器及接口模塊的接口電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的非易失性可編程單元為非易失性存儲器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的非易失性存儲器件為熔絲、一次性可編程只讀存儲器OTP ROM或者電可擦除可編程只讀存儲器EEPROM。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的電能計量電路結(jié)構(gòu)中具有通訊接口，所述的校準寄存器為內(nèi)部寄存器電路單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的校準寄存器及接口模塊中的接口電路與該通訊接口復用。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項所述的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的電能計量電路結(jié)構(gòu)為單相電能計量電路結(jié)構(gòu)或者三相電能計量電路結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型涉及一種實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，其中包括基準模塊、采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、時鐘與頻率轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、校準寄存器及接口模塊、校準模塊。采用該種結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)測量精度預校準功能的電能計量電路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對電能計量電路測量精度進行校準的功能，校準結(jié)構(gòu)簡單，而且無需增加大量電路規(guī)模，應用時完全兼容原有電子式電能表外圍電路，無需重新設計PCB板，同時又能有效提高電能表測量精度，顯著降低了校表成本，是電能計量芯片領域一個高效靈活的選擇。
文檔編號G01R35/04GK202351289SQ20112053594
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者嚴淼, 孫麗軍, 楊思彥, 羅先才, 胡燕, 陳富濤 申請人:無錫華潤矽科微電子有限公司