CN102749502B - 一种用于电能计量芯片的双电流比较电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电能计量芯片的双电流比较电路，它包括比较模块、分别与该比较模块连接的第一信号采样模块、第二信号采样模块、阈值比较器和计时模块，所述电路还包括依次连接在所述第一信号采样模块的输出端与比较模块的输入端之间的一第一高通滤波器和一第一积分模块以及依次连接在所述第二信号采样模块的输出端与比较模块的输入端之间的一第二高通滤波器和一第二积分模块。本发明通过对两个电流通道的采样，并自动比较两个电流通道的电流的大小，实现了电流不平衡时的检测，同时保证了双电流比较的精确性，减少了误判错判，从而使电能计量芯片具有可靠地防窃电的功能。

Description

一种用于电能计量芯片的双电流比较电路

技术领域

本发明涉及一种电能计量芯片内电路结构，尤其涉及一种用于电能计量芯片的可实现防窃电电能计量设计要求的双电流比较电路。

背景技术

当前，电子式电能表的防窃电技术在电能表行业中的地位越来越重要，不同国家、地区的电能表市场都在不同程度上要求电能表的防窃电计量。人们所意识到的窃电现象和防窃电技术的类型在不断增多，而且每年都会针对新的窃电行为，研究出相应的防窃电技术，同时，在电能计量芯片领域，也相应地要求芯片具有防窃电检测和计量功能。

与三相电能表比较，单相电能表更加注重于电能表的防窃电技术。图1为不具有防窃电功能的单相电能表的结构示意图，这种简单单相电能表1’的内部包括一电能计量芯片2’，它仅能测量火线的电流信号和电能表进线端的电压信号，而对于即使是非常简单的窃电行为也是无能为力的。

通常电流不平衡的情况体现为接地模式，实际上电流不平衡的情况包括任何的火线和零线的测量所得到的负载电流不平衡的情况，窃电行为可能窃取的是旁路部分电流，从而导致电表的测量值小于真实值。当发生电流不平衡窃电行为时，单相电能表的结构示意图如图2所示，窃电者可能用简单的金属楔3’打进单相电能表1’的接线端，这种窃电行为比较容易实施。在读表计费时，窃电者可以在几秒内移除旁路电流的金属楔3’，所以很难检测这种窃电方式。

因此，业内人士研发了如专利号为ZL200920214730.6所公开的专利《一种双电流有效值比较电路》，该专利通过对两个电流通道的电流采样，并自动比较两个电流通道的电流有效值的大小，实现了电流不平衡时的检测，从而使得电能计量芯片具有防窃电的功能。然而，有效值计算的算法需要更多的硬件实现，从而大大增加了芯片成本。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种用于电能计量芯片的双电流比较电路，以实现在有效防止电流不平衡的窃电行为，并有效提高可靠性和精确性的基础上，降低芯片制造成本的目的。

本发明所述的一种用于电能计量芯片的双电流比较电路，它包括比较模块、分别与该比较模块连接的第一信号采样模块、第二信号采样模块、阈值比较器和计时模块，所述电路还包括依次连接在所述第一信号采样模块的输出端与比较模块的输入端之间的一第一高通滤波器和一第一积分模块以及依次连接在所述第二信号采样模块的输出端与比较模块的输入端之间的一第二高通滤波器和一第二积分模块，其中，

所述第一高通滤波器用于去除所述第一信号采样模块输出的第一采样电流信号中的直流偏置，并输出第一无直流偏置电流信号；

所述第二高通滤波器用于去除所述第二信号采样模块输出的第二采样电流信号中的直流偏置，并输出第二无直流偏置电流信号；

所述第一积分模块和第二积分模块分别对所述第一无直流偏置电流信号和第二无直流偏置电流信号进行积分，并分别向所述比较模块输出第一积分电流信号和第二积分电流信号。

在上述的用于电能计量芯片的双电流比较电路中，所述比较模块一方面将所述第一积分电流信号和第二积分电流信号进行比较，并向所述阈值比较器输出差值电流信号，另一方面根据所述计时模块输出的反馈信号，输出相应的指示信号；

所述阈值比较器将所述差值电流信号与外部输入的阈值信号进行比较，并根据比较结果或向所述比较模块输出电流不平衡标志信号；

所述计时模块从所述比较模块接收电流不平衡标志信号，启动计时，并向所述比较模块输出反馈信号。

在上述的用于电能计量芯片的双电流比较电路中，当所述差值电流信号大于所述阈值信号时，所述阈值比较器输出电流不平衡标志信号；当所述差值电流信号小于所述阈值信号时，所述阈值比较器不输出电流不平衡标志信号。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明先通过高通滤波器对采样电流信号去其直流偏置，再通过积分模块对无直流偏置电流信号进行积分，最后将两个积分电流信号进行比较，以此提高了两个电流通道的电流信号比较的精确性和可靠性，减少了误判错判，从而实现了电流不平衡时的检测，使得电能计量芯片具有防窃电的功能。本发明结构简单、易于实现、价格低廉，具有相当好的性价比。

附图说明

图1是不具有防窃电功能的单相电能表的结构示意图；

图2是采用电流不平衡窃电行为的单相电能表的结构示意图；

图3是本发明的用于电能计量芯片的双电流比较电路的结构示意图；

图4是采用了本发明的防窃电单相电能表的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施例进行详细说明。

如图3所示，本发明，即一种用于电能计量芯片的双电流比较电路，它包括依次连接的第一信号采样模块21、第一高通滤波器23和第一积分模块25、依次连接的第二信号采样模块22、第二高通滤波器24和第二积分模块26、同时与第一积分模块25、第二积分模块26连接的比较模块27以及分别与比较模块27连接的阈值比较器28和计时模块29，其中：

第一信号采样模块21对外部输入的火线电流信号进行采样，将该火线电流信号转换成数字信号，并向第一高通滤波器23输出第一采样电流信号；第二信号采样模块22对外部输入的零线电流信号进行采样，将该零线电流信号转换成数字信号，并向第二高通滤波器24输出第二采样电流信号。

第一高通滤波器23用于去除数字化的第一采样电流信号中的直流偏置，并向第一积分模块25输出第一无直流偏置电流信号；第二高通滤波器24用于去除数字化的第二采样电流信号中的直流偏置，并向第二积分模块26输出第二无直流偏置电流信号。

第一积分模块25和第二积分模块26分别对第一无直流偏置电流信号和第二无直流偏置电流信号进行积分，并分别向比较模块27输出第一积分电流信号和第二积分电流信号。

比较模块27一方面将第一积分电流信号和第二积分电流信号进行比较，并向阈值比较器28输出差值电流信号，另一方面根据计时模块29输出的反馈信号，输出相应的指示信号。

阈值比较器28将差值电流信号与外部输入的阈值信号进行比较，当差值电流信号大于阈值信号时，阈值比较器28向比较模块27输出电流不平衡标志信号；当差值电流信号小于阈值信号时，阈值比较器28不输出电流不平衡标志信号。

计时模块29从比较模块27接收电流不平衡标志信号，启动计时，若在预定时间内，火线电流和零线电流的差值电流不再超过预设的阈值时，即电流不平衡标志复位，则计时模块29清零；若在预定时间内，火线电流和零线电流的差值电流始终超过预设的阈值时，即电流不平衡标志一直有效，则计时模块29向比较模块27输出反馈信号，使比较模块27输出指示存在电流不平衡的窃电行为的信号，且计时模块29清零。比较模块27输出的指示信号可以由电能计量芯片对外发出，可以以指示灯形式输出，也可以为其它类似数字显示器或直接由控制器芯片接收。

为了把两个电流通道输入的火线电流信号和零线电流信号转换为数字信号，必须通过第一信号采样模块21和第二信号采样模块22对输入信号进行采样，但这样就会不可避免的引入一个直流偏置，所以必须通过第一高通滤波器23和第二高通滤波器24去除采样电流信号中的直流偏置。另外，由于电能计量是一个长时间的功率累计过程，因此，通过第一积分模块25和第二积分模块26对无直流偏置电流信号进行积分，即能较准确的反映实际采样到的电流信号；反之，如果不对采样电流信号进行滤波、积分处理，则会由于外界干扰等各种原因，造成电流瞬时值暂时的失真，如果直接用这种采样电流信号进行比较，就容易造成比较的误判，给出错误的信息。

同时，考虑到在实际测量中，由于各种用电的状况不同，输入的两个电流通道的电流信号会存在小的差值，所以阈值比较器28接收的预设阈值，应该由用户根据实际情况来预先设置；另外，当负载很小时，可能会发生电流不平衡的错误检测，这也是应该避免的，所以阈值比较器28中只给出电流不平衡标志信号，由用户根据实际用电情况来判断是否存在窃电行为，以做出相应的措施，比如用积分值大的一路采样电流信号的值进行用电的电能计量等。

如图4所示，具有防电流不平衡窃电行为功能的防窃电单相电能表1包括一内部采用本发明的电能计量芯片2，另外，要检测电流的不平衡就不可避免增加电表的成本，因此必须要额外增加一个电流互感器4，以实现零线的电流检测；由于隔离原因，可以在第一路的电流通道上选用低成本的锰铜电阻，但是另一路就必须使用成本相对较高的电流互感器4，在图4中，电子式电能表1中的电能计量芯片2同时计量经锰铜电阻取样的火线电流和经电流互感器4取样的零线电流。在正常情况下，漏电流是很小的，所以火线回路和零线回路的电流基本一致，从而可以给电能计量芯片2预置一个两电流通道的窃电的百分比值n，当两个电流值的差值大于预设的百分比值n时，电能计量芯片2判断两个电流通道的电流不平衡，表明有窃电行为发生。

综上所述，本发明通过对两个电流通道的采样，并自动比较两个电流通道的电流的大小，实现了电流不平衡时的检测，同时保证了双电流比较的精确性，减少了误判错判，从而使电能计量芯片具有可靠地防窃电的功能。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于电能计量芯片的双电流比较电路，它包括比较模块、分别与该比较模块连接的阈值比较器和计时模块，还包括第一信号采样模块、第二信号采样模块，其特征在于，所述电路还包括依次连接在所述第一信号采样模块的输出端与比较模块的输入端之间的一第一高通滤波器和一第一积分模块以及依次连接在所述第二信号采样模块的输出端与比较模块的输入端之间的一第二高通滤波器和一第二积分模块，其中，

所述第一高通滤波器用于去除所述第一信号采样模块输出的第一采样电流信号中的直流偏置，并输出第一无直流偏置电流信号；

所述第二高通滤波器用于去除所述第二信号采样模块输出的第二采样电流信号中的直流偏置，并输出第二无直流偏置电流信号；

所述第一积分模块和第二积分模块分别对所述第一无直流偏置电流信号和第二无直流偏置电流信号进行积分，并分别向所述比较模块输出第一积分电流信号和第二积分电流信号，

所述比较模块一方面将所述第一积分电流信号和第二积分电流信号进行比较，并向所述阈值比较器输出差值电流信号，另一方面根据所述计时模块输出的反馈信号，输出相应的指示信号；

所述阈值比较器将所述差值电流信号与外部输入的阈值信号进行比较，并根据比较结果或向所述比较模块输出电流不平衡标志信号；

所述计时模块从所述比较模块接收电流不平衡标志信号，启动计时，并向所述比较模块输出反馈信号，

当所述差值电流信号大于所述阈值信号时，所述阈值比较器输出电流不平衡标志信号；当所述差值电流信号小于所述阈值信号时，所述阈值比较器不输出电流不平衡标志信号。