基於電能測量晶片的電能測量電路的製作方法

2023-05-19 08:28:06

基於電能測量晶片的電能測量電路的製作方法
【專利摘要】基於電能測量晶片的電能測量電路，涉及電能測量【技術領域】。它為了解決現有電能計體積大、且精度低的問題。本發明在使用時，將電源插頭連接220V～50hz交流電源，將待測用電器連接負載接入端子，當目標負載即待測用電器在工頻下正常工作時，與目標負載串聯的取樣電阻就會與目標負載流過相同的電流，取樣電阻兩端的電壓測量信號輸入到測量電路中，測量電路根據採樣電壓計算得到待測用電器的用電量，並通過光電隔離電路輸出。現有產品相比，本發明所述的基於電能測量晶片的電能測量電路體積減小至少70%，功率減小至少36%，精度達到0.8級。本發明適用於用電器的用電量測量。
【專利說明】基於電能測量晶片的電能測量電路
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電能測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]電能表在世界上的出現和發展已有一百多年的歷史。而隨著人類社會的進步與生產力的極大提高，人們對電錶的要求也越來越高，使其滿足不同的需求並達到相應的指標。如今我們已處於一個智能的社會，繁多的用電器使我們的生活便捷又充滿情趣。對於個人日常生活而言，確切清楚相應的電器的用電量是必要的，不僅可以更好了解其性能以及故障，同時對於提倡環保，建設節約型社會也有著現實意義。因此我們發明了即插式高性能電能計量器，對一個插座上的用電器的用電量進行測量。
[0003]目前電能表分為機電式電能表和全電子式電能表。機電式電能表主要有感應式測量機構，光電轉換器，分頻器和顯示器組成。感應式測量機構的作用是將電能信號轉變為轉盤轉數，光電轉換器的作用是將正比於電能的轉盤轉數轉換為電脈衝。感應式測量機構主要應用電磁感應的原理產生交變磁場驅動轉盤，光電轉換器由於需要用到光敏元件，所以不能達到很高的精度，而且對於使用壽命還有較為嚴格的限制，而且感應式電能表體積較大，不適合進行單個用電器電量的測量。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是為了解決現有電能計體積大且精度低的問題，提供一種基於電能測量晶片的電能測量電路。
[0005]本發明所述的基於電能測量晶片的電能測量電路包括電源插頭、負載接入端子、直流電源電路、第一校正電路、第二低通濾波電路、測量電路、第二校正電路、取樣電阻和光電隔離電路；
[0006]所述負載接入端子與取樣電阻串聯在電源插頭的兩個電源接入端之間，構成負載供電迴路，取樣電阻的兩端分別連接測量電路的兩個電壓信號輸入端，直流電源電路的兩個供電電源輸入端分別連接電源插頭的兩個電源接入端，直流電源電路的高電壓輸出端連接第一校正電路的高電壓輸入端，第一校正電路的校正電壓輸出端連接測量電路的校正電壓輸入端，直流電源電路的5V穩壓電源信號輸出端連接第二低通濾波電路的供電電源輸入端，第二低通濾波電路的電壓輸出端連接測量電路的供電電源輸入端，測量電路的兩個計數器驅動信號輸出端分別連接第二校正電路的兩個計數器驅動信號輸入端，測量電路的電能測量信號輸出端連接光電隔離電路的電能測量信號輸入端，所述光電隔離電路的電能測量信號輸出端用於輸出電能測量結果信號。
[0007]本發明所述的基於電能測量晶片的電能測量電路在使用時，將電源插頭連接220V?50hz交流電源，將待測用電器連接負載接入端子，當目標負載即待測用電器在工頻下正常工作時，與目標負載串聯的取樣電阻就會與目標負載流過相同的電流，在已知取樣電阻的阻值的情況下，能夠得到用來測量待測用電器用電量的採樣電壓，所述電壓輸入到測量電路的兩個電壓信號輸入端，測量電路根據採樣電壓計算得到待測用電器的用電量，並通過光電隔離電路輸出。直流電源電路基於電容分壓器網絡使用簡單的低成本電源。大部分線路電壓在第十二電容兩端都會發生壓降，第十二電容為金屬化聚酯薄膜電容，該電容的阻抗決定了電源的有效VA額定值，本實施方式中的直流電源電路採用感抗阻抗同時分壓，有效地減小了功率損耗，被分壓之後的電信號經過半橋式整形電路和低通濾波的處理，形成了 7?12V的不穩定的電壓，最後經過穩壓晶片形成符合應用的5V穩壓電源，該5V穩壓電源將為整個電路供電。現有產品相比，本發明所述的基於電能測量晶片的電能測量電路體積減小至少70%，功率減小至少36%，精度達到0.8級。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為實施方式一所述的基於電能測量晶片的電能測量電路的電路圖；
[0009]圖2為實施方式四中的顯示電路的電路圖；
[0010]圖3為實施方式六中的選擇電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0011]【具體實施方式】一:結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的基於電能測量晶片的電能測量電路包括電源插頭1、負載接入端子2、直流電源電路3、第一校正電路4、第二低通濾波電路5、測量電路6、第二校正電路7、取樣電阻RO和光電隔離電路8 ；
[0012]所述負載接入端子2與取樣電阻RO串聯在電源插頭I的兩個電源接入端之間，構成負載供電迴路，取樣電阻RO的兩端分別連接測量電路6的兩個電壓信號輸入端，直流電源電路3的兩個供電電源輸入端分別連接電源插頭I的兩個電源接入端，直流電源電路3的高電壓輸出端連接第一校正電路4的高電壓輸入端,第一校正電路4的校正電壓輸出端連接測量電路6的校正電壓輸入端，直流電源電路3的5V穩壓電源信號輸出端連接第二低通濾波電路5的供電電源輸入端，第二低通濾波電路5的電壓輸出端連接測量電路6的供電電源輸入端，測量電路6的兩個計數器驅動信號輸出端分別連接第二校正電路7的兩個計數器驅動信號輸入端，測量電路6的電能測量信號輸出端連接光電隔離電路8的電能測量信號輸入端，所述光電隔離電路8的電能測量信號輸出端用於輸出電能測量結果信號。
[0013]本實施方式所述的基於電能測量晶片的電能測量電路在使用時，將電源插頭I連接220V?50hz交流電源，將待測用電器連接負載接入端子2，當目標負載即待測用電器在工頻下正常工作時，與目標負載串聯的取樣電阻RO就會與目標負載流過相同的電流，在已知取樣電阻RO的阻值的情況下，能夠得到用來測量待測用電器用電量的採樣電壓，所述電壓輸入到測量電路6的兩個電壓信號輸入端，測量電路6根據採樣電壓計算得到待測用電器的用電量，並通過光電隔離電路8輸出。直流電源電路3基於電容分壓器網絡使用簡單的低成本電源。大部分線路電壓在第十二電容C12兩端都會發生壓降，第十二電容C12為金屬化聚酯薄膜電容，該電容的阻抗決定了電源的有效VA額定值，本實施方式中的直流電源電路3採用感抗阻抗同時分壓，有效地減小了功率損耗，被分壓之後的電信號經過半橋式整形電路和低通濾波的處理，形成了 7?12V的不穩定的電壓，最後經過穩壓晶片形成符合應用的5V穩壓電源，該5V穩壓電源將為整個電路供電。
[0014]本實施方式所述的基於電能測量晶片的電能測量電路利用優化的電路設計，整合了數據採集，集成了必要的外圍電路，使用電器在更安全的使用情況下變得更輕便，精度更高，特別適合於單個家用電器的用電情況的測量，在物聯網和智能家居的大趨勢下，可以預見在結合了本發明，將會輕鬆的掌握家中所有用電器的使用情況，前景極其廣闊。
[0015]表1與現有產品的性能對比表
【權利要求】
1.基於電能測量晶片的電能測量電路，其特徵在於:它包括電源插頭(I)、負載接入端子(2)、直流電源電路(3)、第一校正電路(4)、第二低通濾波電路(5)、測量電路(6)、第二校正電路(7)、取樣電阻(RO)和光電隔離電路(8)； 所述負載接入端子(2)與取樣電阻(RO)串聯在電源插頭(I)的兩個電源接入端之間，構成負載供電迴路，取樣電阻(RO)的兩端分別連接測量電路(6)的兩個電壓信號輸入端，直流電源電路(3)的兩個供電電源輸入端分別連接電源插頭(I)的兩個電源接入端，直流電源電路(3)的高電壓輸出端連接第一校正電路(4)的高電壓輸入端，第一校正電路(4)的校正電壓輸出端連接測量電路(6)的校正電壓輸入端，直流電源電路(3)的5V穩壓電源信號輸出端連接第二低通濾波電路(5)的供電電源輸入端，第二低通濾波電路(5)的電壓輸出端連接測量電路(6)的供電電源輸入端，測量電路(6)的兩個計數器驅動信號輸出端分別連接第二校正電路(7)的兩個計數器驅動信號輸入端，測量電路(6)的電能測量信號輸出端連接光電隔離電路(8)的電能測量信號輸入端，所述光電隔離電路(8)的電能測量信號輸出端用於輸出電能測量結果信號。
2.根據權利要求1所述的基於電能測量晶片的電能測量電路，其特徵在於:所述的測量電路(6)採用ADE7757電能測量集成晶片實現。
3.根據權利要求2所述的基於電能測量晶片的電能測量電路，其特徵在於:所述的測量電路(6)包括ADE7757電能測量集成晶片、第一電阻(R1)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、第七電阻(R7)、第八電阻(R8)、第五電容(C5)、第七電容(C7)、第八電容(C8)、第九電容(C9)和第十電容(ClO)； 所述ADE7757電能測量集成晶片的VDO引腳為測量電路(6)的供電電源輸入端，ADE7757電能測量集成晶片的V2P引腳為測量電路(6)的校正電壓輸入端；ADE7757電能測量集成晶片的V2N引腳同時連接第五電阻(R5)的一端和第五電容(C5)的一端,所述第五電阻(R5)的另一端和第五電容(C5)的另一端均接地；ADE7757電能測量集成晶片的VlN引腳同時連接第七電阻(R7)的一端和第九電容(C9)的一端，所述第七電阻(R7)的另一端連接取樣電阻(RO)的一端，第九電容(C9)的另一端接地；ADE7757電能測量集成晶片的VlP引腳同時連接第八電阻(R8)的一端`和第十電容(ClO)的一端，所述第八電阻(R8)的另一端連接取樣電阻(RO)的另一端，第十電容(ClO)的另一端接地；ADE7757電能測量集成晶片的AGND引腳接地；ADE7757電能測量集成晶片的REF引腳同時連接第七電容(C7)的一端和第八電容(C8)的一端，所述第七電容(C7)的另一端和第八電容(C8)的另一端接地；ADE7757電能測量集成晶片的Fl引腳連接第一電阻(Rl)的一端，ADE7757電能測量集成晶片的F2引腳連接第三電阻(R3)的一端，第一電阻(Rl)的另一端和第三電阻(R3)的另一端為測量電路(6)的兩個計數器驅動信號輸出端；ADE7757電能測量集成晶片的CF引腳連接第四電阻(R4)的一端，所述第四電阻(R4)的另一端為測量電路(6)的電能測量信號輸出端；ADE7757電能測量集成晶片的RCLKIN引腳連接第六電阻(R6)的一端，所述第六電阻(R6)的另一端接地；ADE7757電能測量集成晶片的SCF引腳、SO引腳和SI引腳為測量電路(6)的三個選擇信號端。
4.根據權利要求1所述的基於電能測量晶片的電能測量電路，其特徵在於:它還包括顯示電路(9)，所述顯示電路(9)包括單片機電路(9 -1)、功率放大電路(9 - 2)和LED數碼管(9 - 3)，所述單片機電路(9 -1)的電能測量信號輸入端連接光電隔離電路(8)的電能測量信號輸出端，單片機電路(9 -1)的電能測量信號輸出端通過功率放大電路(9 - 2)連接LED數碼管(9 - 3)的數碼顯示控制信號輸入端，單片機電路(9 -1)的數碼顯示驅動信號輸出端連接LED數碼管(9 - 3)的數碼顯示驅動信號輸入端。
5.根據權利要求4所述的基於電能測量晶片的電能測量電路，其特徵在於:所述的單片機電路(9 一 I)採用89C51R)20型單片機實現。
6.根據權利要求1所述的基於電能測量晶片的電能測量電路，其特徵在於:它還包括選擇電路(10)，所述選擇電路(10)包括三個單刀雙擲開關，每個單刀雙擲開關的一個不動端接地，另一個不動端連接直流電源電路(3)的5V穩壓電源信號輸出端，三個單刀雙擲開關的動端分別連接測量電路(6)的三個選擇信號端。
7.根據權利要求1所述的基於電能測量晶片的電能測量電路，其特徵在於:所述的取樣電阻(RO)的阻值小於I歐姆。
8.根據權利要求1所述的基於電能測量晶片的電能測量電路，其特徵在於:所述的測量電路(6)的電能測量信號輸出端與光電隔離電路(8)的電能測量信號輸入端之間串聯發光二極 管(LEDO)。
【文檔編號】G01R22/10GK103852636SQ201410116385
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月26日 優先權日:2014年3月26日
【發明者】劉宇維, 龐博升, 鄧中祚, 陳興林, 陳宇青, 劉帥, 聶文田 申請人:哈爾濱工業大學