低功耗智能電能表的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了低功耗智能電能表，包括：測量電路、與所述測量電路相連的計量芯片，所述測量電路包括與電流輸入端相連的電流互感器和/或與電壓輸入端相連的預(yù)設(shè)精度的電阻；與所述計量芯片通過SPI總線相連的控制處理器，與所述控制處理器相連的繼電保護(hù)電路；其中，還包括分別與所述計量芯片、所述控制處理器相連的用于提供工作電壓的電源供電電路。采用本實用新型，可以降低單相或三相電能表的功耗，節(jié)約能源，延長電能表的使用壽命。
【專利說明】低功耗智能電能表
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力系統(tǒng)電測量儀器設(shè)備，特別是涉及低功耗智能電能表。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國根據(jù)自身的經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點，提出了建設(shè)智能電網(wǎng)的目標(biāo)。普通電子式電能表、傳統(tǒng)的多費率電能表和多功能電能表已經(jīng)逐步被智能電能表代替。電能表性能指標(biāo)越來越高，功能越來越強(qiáng)大，整表的自身功耗也相應(yīng)增大。為降低電能表自身的電能消耗，對電能表的低功耗的研究越來越迫切。
[0003]以單相電能表為例，智能電能表逐漸成為主流，其載波通信、拉合閘等功能廣泛使用，使得表計電壓線路靜態(tài)功耗由原來0.7W上升到1.1W?？紤]到成本，目前主要使用0.5mm厚度普通矽鋼片。而且，現(xiàn)有的表計設(shè)有載波通信、紅外通信、拉合閘、拉合閘檢測、背光等功能，變壓器容量需要設(shè)計的很大(載波拉閘電能表功率在3W左右，普通具有RS485和拉閘功能的電能表功率在2.5W左右)。對于電壓穩(wěn)壓塊硅損耗得到要求，在70%Un時，正常拉合閘，且載波電源>12V時才能保證通信成功率。使得表計在100%Un正常工作時，穩(wěn)壓塊前端電壓過高，在18V左右，導(dǎo)致穩(wěn)壓塊效率〈30%。載波模塊工作時靜態(tài)功耗大約在0.2?0.3W，且從穩(wěn)壓模塊后端取電，進(jìn)一步加大了穩(wěn)壓模塊上的損耗。另外，由電阻串從220V上分壓得到信號，通過光耦檢測，此電阻串損耗比較大。表計微處理器(MCU)功耗在0.03W左右，計量芯片功耗在0.03W左右。
[0004]通過上述對電能表電壓線路動態(tài)功耗消耗點分析和測試得知，變壓器鐵損和穩(wěn)壓塊硅損耗已成為影響表計靜態(tài)功耗最大二個因素。另外，繼電器反饋檢測和載波模塊也有一定影響。采用錳銅分流器和內(nèi)置繼電器必然會導(dǎo)致電流線路有功耗大，載波模塊功耗也比較大。
實用新型內(nèi)容
[0005]基于此，有必要針對上述問題，提供一種低功耗智能電能表，能夠降低電路的功耗。
[0006]—種低功耗智能電能表,包括:
[0007]測量電路、與所述測量電路相連的計量芯片，所述測量電路包括與電流輸入端相連的電流互感器和/或與電壓輸入端相連的預(yù)設(shè)精度的電阻；與所述計量芯片通過SPI總線相連的控制處理器，與所述控制處理器相連的繼電保護(hù)電路；其中，還包括分別與所述計量芯片、所述控制處理器相連的用于提供工作電壓的電源供電電路。
[0008]通過高精度電流互感器(CT)和/或高精度電阻分別對電流量和電壓量進(jìn)行信號采集，并通過電源獲取低功耗智能電能表的工作電壓，以便降低功耗。另外，采用控制處理器智能動態(tài)控制拉合閘，適當(dāng)降低變壓器輸出電壓，降低電壓穩(wěn)壓塊硅損耗，控制處理器也具備判斷拉合閘檢測的功能，代替常規(guī)硬件拉合閘檢測電路，去除此部分電路功耗，能夠降低單相或三相電能表的功耗，節(jié)約能源，延長電能表的使用壽命。[0009]在其中一個實施例當(dāng)中，所述電源供電電路包括工頻變壓器，以及與該工頻變壓器電耦合的DC-DC振蕩型電源。使用DC-DC振蕩型電源代替常規(guī)技術(shù)中的電壓穩(wěn)壓塊可降低硅損耗，理論提高70%效率。
[0010]在其中一個實施例當(dāng)中，所述工頻變壓器是由厚度為0.35mm的硅鋼片組成。選用
0.35mm厚度的硅鋼片，可將變壓器鐵損降至最小，理論提高70%效率。
[0011]在其中一個實施例當(dāng)中，所述電源供電電路包括開關(guān)電源，以及與該開關(guān)電源電耦合的DC-DC振蕩型電源。使用DC-DC振蕩型電源代替常規(guī)技術(shù)中的電壓穩(wěn)壓塊可降低硅損耗，理論提高70%效率。
[0012]在其中一個實施例當(dāng)中，所述開關(guān)電源為具有預(yù)設(shè)寬輸入電壓范圍的開關(guān)電源。使用寬輸入電壓(85V?420V)開關(guān)電源代替?zhèn)鹘y(tǒng)工頻變壓器，理論提高70%效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型低功耗智能電能表的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0015]圖1為本實用新型低功耗智能電能表的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:
[0016]測量電路、與所述測量電路相連的計量芯片，所述測量電路包括與電流輸入端相連的電流互感器和/或與電壓輸入端相連的預(yù)設(shè)精度的電阻；與所述計量芯片通過SPI總線相連的控制處理器，與所述控制處理器相連的繼電保護(hù)電路；其中，還包括分別與所述計量芯片、所述控制處理器相連的用于提供工作電壓的電源供電電路。
[0017]通過高精度電流互感器(CT)和/或高精度電阻分別對電流量和電壓量進(jìn)行信號采集，并通過電源獲取低功耗智能電能表的工作電壓，以便降低功耗。另外，采用控制處理器智能動態(tài)控制拉合閘，適當(dāng)降低變壓器輸出電壓，降低電壓穩(wěn)壓塊硅損耗，控制處理器也具備判斷拉合閘檢測的功能，代替常規(guī)硬件拉合閘檢測電路，去除此部分電路功耗，能夠降低單相或三相電能表的功耗，節(jié)約能源，延長電能表的使用壽命。
[0018]參照附圖，本實用新型低功耗智能電能表的第一實施例，優(yōu)選單相載波電子式電能表，包括了用于對電網(wǎng)電流與電壓信號進(jìn)行獲取和運算的計量芯片5，以及與之連接的低功耗電路，所述低功耗電路包括了:ARM處理器3，用于獲取來自所述計量芯片5的運算信號以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具體包括電壓、電流、功率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)的計算；電能表啟動、潛動的判斷。檢測和控制報警繼電器6的拉合閘動作，以及負(fù)荷開關(guān)的通斷。單相表基本沒有報警繼電器功能；負(fù)荷開關(guān)分為內(nèi)置和外置，內(nèi)置負(fù)荷開關(guān)通常使用在最大電流小于等于60A的電能表，通過電能表內(nèi)置負(fù)荷開關(guān)就可以斷開用戶負(fù)載，外置負(fù)荷開關(guān)通常使用在最大電流大于60A的電能表，通過電能表內(nèi)部的控制繼電器控制外部負(fù)荷開關(guān)的跳閘來斷開用戶負(fù)載；報警繼電器指當(dāng)電能表報警時輸出一對無源觸點信號，用戶可以通過該繼電器安裝燈，喇叭等設(shè)備對電能表的報警做出報警。另外，電源管理電路I，它連接至所述ARM處理器3和計量芯片5并為其等提供工作電壓。
[0019]ARM處理器通過從計量芯片得到功率數(shù)據(jù)，判斷是否超過設(shè)置門限，超過則打開報警繼電器隊伍進(jìn)行報警；也可以通過得到的電流、判斷是否超負(fù)荷，超負(fù)荷斷開負(fù)荷開關(guān)進(jìn)行斷電保護(hù)。
[0020]在其中一個實施例當(dāng)中，所述電源供電電路包括工頻變壓器，以及與該工頻變壓器電耦合的DC-DC振蕩型電源。使用DC-DC振蕩型電源代替常規(guī)技術(shù)中的電壓穩(wěn)壓塊可降低硅損耗，理論提高70%效率。
[0021]在其中一個實施例當(dāng)中，所述工頻變壓器是由厚度為0.35mm的硅鋼片組成。選用
0.35mm厚度的硅鋼片，可將變壓器鐵損降至最小，理論提高70%效率。
[0022]繼續(xù)參照圖1，本實用新型低功耗智能電能表的第二實施例，優(yōu)選單相RS-485 (分時)電子式電能表，包括了用于對電網(wǎng)電流與電壓信號進(jìn)行獲取和運算的計量芯片5，以及與之連接的低功耗電路，其特征在于所述低功耗電路包括了:ARM處理器3，用于獲取來自所述計量芯片5的運算信號以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并檢測和控制一個報警繼電器6的拉合閘動作，或者控制負(fù)荷開關(guān)的開閉；電源管理電路1，它連接至所述ARM處理器3和計量芯片5并為其等提供工作電壓。
[0023]在其中一個實施例當(dāng)中，所述電源供電電路包括開關(guān)電源，以及與該開關(guān)電源電耦合的DC-DC振蕩型電源。使用DC-DC振蕩型電源代替常規(guī)技術(shù)中的電壓穩(wěn)壓塊可降低硅損耗，理論提高70%效率。
[0024]在其中一個實施例當(dāng)中，所述開關(guān)電源為具有預(yù)設(shè)寬輸入電壓范圍的開關(guān)電源。使用寬輸入電壓(85V?420V)開關(guān)電源代替?zhèn)鹘y(tǒng)工頻變壓器，理論提高70%效率。
[0025]繼續(xù)參照圖1，本實用新型低功耗智能電能表的第三實施例，優(yōu)選三相載波電子式多功能電能表，接設(shè)于電力電網(wǎng)供電系統(tǒng)與用戶負(fù)載之間，它通過高精度電流互感器(CT)和高精度電阻分別對三相交流電流量Ia，lb, Ic和電壓量Ua，Ub, Uc進(jìn)行信號采集，并通過電源獲取低功耗智能電能表的工作電壓，其包括:用于連接所述高精度電流互感器(CT)和高精度電阻的計量芯片5，用于通過SPI鏈路總線獲取電網(wǎng)電流I與電壓量信號U進(jìn)行獲取和運算，以及一個與所述計量芯片5電連接的低功耗電路，其中:
[0026]所述低功耗電路包括ARM9處理器3，用于獲取來自所述計量芯片的數(shù)字運算信號以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并檢測和控制與之電連接的外置報警繼電器6和負(fù)荷開關(guān)的拉合閘動作；與所述電源電連接的電源管理電路1，它連接至所述ARM9處理器3和計量芯片5并為之提供+5V工作電壓。
[0027]在一個實施例中，所述電源管理電路I包括工頻變壓器，以及與之電耦合的DC-DC振蕩型電源。
[0028]在一個實施例中，所述工頻變壓器是由厚度為0.35mm的硅鋼片組成。
[0029]本實用新型低功耗智能電能表的第四實施例，優(yōu)選三相多功能電子式電能表，包括了用于對電網(wǎng)電流與電壓信號進(jìn)行獲取和運算的計量芯片5，以及與之連接的低功耗電路，其特征在于所述低功耗電路包括了:ARM處理器3，用于獲取來自所述計量芯片5的運算信號以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并控制一個繼電器6的拉合閘動作；電源管理電路1，它連接至所述ARM處理器3和計量芯片5并為其等提供工作電壓。
[0030]在一個實施例中，所述電源管理電路I包括開關(guān)電源，以及與之電耦合的DC-DC振蕩型電源。
[0031]在一個實施例中，所述開關(guān)電源為具有預(yù)設(shè)寬輸入電壓范圍的開關(guān)電源。[0032]ARM處理器3的優(yōu)勢在于其低功耗、高性價比，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，到目前為止，ARM處理器的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個領(lǐng)域，有工業(yè)控制領(lǐng)域、無線通訊領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和消費類電子產(chǎn)品等。本實用新型ARM處理器3具有比較強(qiáng)的事務(wù)管理功能，可以用來設(shè)定界面以及應(yīng)用程序等，在多任務(wù)管理方面具有較大的優(yōu)勢。
[0033]綜合分析DSP和ARM的優(yōu)缺點，并結(jié)合計量自動化終端自身的特點及發(fā)展趨勢，即偏重于多任務(wù)智能管理(計量模塊已有專用的計量芯片完成)。經(jīng)分析反復(fù)論證后終端采用ARM9系列微處理器作為硬件設(shè)計平臺(例如ATMEL公司AT91SAM9260、SUMSAM公司等)。
[0034]本實用新型上述四個實施例的功耗與現(xiàn)有技術(shù)相比，可通過下表加以體現(xiàn):
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種低功耗智能電能表,其特征在于,包括: 測量電路、與所述測量電路相連的計量芯片，所述測量電路包括與電流輸入端相連的電流互感器和/或與電壓輸入端相連的預(yù)設(shè)精度的電阻；與所述計量芯片通過SPI總線相連的控制處理器，與所述控制處理器相連的繼電保護(hù)電路；其中，還包括分別與所述計量芯片、所述控制處理器相連的用于提供工作電壓的電源供電電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗智能電能表，其特征在于:所述電源供電電路包括工頻變壓器，以及與該工頻變壓器電耦合的DC-DC振蕩型電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低功耗智能電能表，其特征在于:所述工頻變壓器是由厚度為0.35mm的娃鋼片組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗智能電能表，其特征在于:所述電源供電電路包括開關(guān)電源，以及與該開關(guān)電源電耦合的DC-DC振蕩型電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低功耗智能電能表，其特征在于:所述開關(guān)電源為具有預(yù)設(shè)寬輸入電壓范圍的開關(guān)電源。
【文檔編號】G01R22/06GK203396840SQ201320342369
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月14日
【發(fā)明者】吳重民, 張彤, 陳健華, 鐘蔚, 宋錫強(qiáng), 羅冠姍, 李家成, 李嘉健, 賴靜華, 王胤, 劉妙花, 謝永明, 曾招輝, 肖五生, 王洪劍, 劉凱, 沈曉偉 申請人:廣州供電局有限公司