CN105699764A - 基于霍尔传感器的电能表 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于霍尔传感器的电能表，包括霍尔电流检测模块、计量模块和控制模块，霍尔电流检测模块由霍尔传感器和输出信号调理电路组成；霍尔传感器包括带有缺口的磁环、霍尔芯片及补偿线圈，磁环套在被测电路上，霍尔芯片设置在磁环缺口处，将检测的电流信号传入输出信号调理电路，补偿线圈绕在磁环上并连接输出信号调理电路；输出信号调理电路由霍尔传感器信号处理芯片组成，用于接收霍尔芯片的电压信号，经过处理后传入计量模块，也根据被测电流信号的大小输出补偿电流到补偿线圈，实现对被测电流的测量。本发明采用闭环霍尔电流传感器的形式，能够动态调整霍尔传感器的测量范围，极大地提高了霍尔电流采样的精度。

Description

基于霍尔传感器的电能表
技术领域
本发明具体涉及一种基于霍尔传感器的电能表。
背景技术
随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为人们日常生产和生活中最重要的能源之一。电能表作为计量电能使用量的计量仪表，其重要性、准确性和可靠性对于电力系统和用户而言，都至关重要。
霍尔传感器是一种宽频带电流传感器，可用于各种交直流磁场的检测。但是由于霍尔传感器固有的失调电压以及温度漂移特性，使得对电流的检测精度受到了限制，一般仅用于电源、接近开关等对检测精度要求不高的场合，而电能表的电流检测单元要求检测精度高、稳定性好，以一块普通1级电能表的电流规格而言，其电流检测精度要求高达0.3%，一般的霍尔传感器可检测的精度只有1%，无法满足电能表计量要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种计量精度满足国标要求的基于霍尔传感器的电能表。
本发明提供的这种基于霍尔传感器的电能表，包括电源模块、霍尔电流检测模块、计量模块和控制模块，霍尔电流检测模块由霍尔传感器和输出信号调理电路组成；霍尔传感器包括带有缺口的磁环、霍尔芯片以及补偿线圈，磁环套在被测电路上，霍尔芯片设置在磁环的缺口处，将检测到的电流信号传入输出信号调理电路，补偿线圈绕在磁环上并与输出信号调理电路连接；输出信号调理电路由霍尔传感器信号处理芯片组成，用于接收霍尔芯片的电压信号，经过处理后传入计量模块，同时也根据被测电流信号的大小输出补偿电流到补偿线圈，从而实现对被测电流的测量。
所述的霍尔传感器信号处理芯片的型号为DRV411。
所述的补偿线圈绕在磁环上与磁环缺口相对的位置。
所述的输出信号调理电路，DRV411芯片的1脚直接接地；2脚和3脚均通过各自的限流电阻与参考电源连接；4脚输出被测电流信号；5脚连接到第一双向稳压管的第3脚；6脚连接到第二双向稳压管的第3脚，同时还与9脚连接；7脚与8脚均直接接地；9脚通过采样电阻输出补偿电流信号到补偿线圈；10脚直接与补偿线圈连接；11脚连接供电电源信号；12脚通过下拉电阻与地连接，同时通过上拉电阻与供电电源信号连接；13脚采用和12脚相同的电路连接方式；14脚通过一个反向连接的发光二极管和限流电阻与供电电源信号连接；15脚~18脚与霍尔芯片连接；19脚采用与14脚相同的电路连接；20脚直接接地。
所述的霍尔传感器的两侧布置有屏蔽罩，用于对外接的电磁干扰进行屏蔽，从而提高霍尔传感器的测量精度。
所述的控制模块为单片机、DSP或FPGA。
所述的电源模块包括变压器、开关电源芯片和线性稳压器。
本发明提供的这种基于霍尔传感器的电能表，采用闭环霍尔电流传感器的形式，能够动态调整霍尔传感器的测量范围，而且采用闭环形式极大地提高了霍尔电流采样的精度；采用本发明的电能表，能在0.05A~100A范围内对电流进行计量并且能保证0.2%的精度，并且在-40℃~80℃以内的温度环境下温度偏移小于50ppm/℃，具有抗外磁干扰能力、交直流检测和高频非线性谐波分量检测功能。
附图说明
图1为本发明的功能模块图。
图2为本发明的霍尔传感器的示意图。
图3为本发明的输出信号调理电路的一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的功能模块图：本发明提供的这种基于霍尔传感器的电能表，包括电源模块、霍尔电流检测模块、电压检测模块、计量模块、控制模块、显示模块、报警模块和通信模块，其中霍尔电流检测模块由霍尔传感器和输出信号调理电路组成；霍尔传感器包括带有缺口的磁环、霍尔芯片以及补偿线圈，磁环套在被测电路上，霍尔芯片设置在磁环的缺口处，将检测到的电流信号传入输出信号调理电路，补偿线圈绕在磁环上并与输出信号调理电路连接；输出信号调理电路由霍尔传感器信号处理芯片组成，用于接收霍尔芯片的电压信号，经过处理后传入计量模块，同时也根据电流信号的大小输出补偿电流到补偿线圈，从而实现对被测电流的测量；电压检测模块与计量模块连接，用于检测电压信号并传入计量模块；显示模块与控制模块连接，用于显示电能表的各类参数；报警模块与控制模块连接，用于在电能表工作在异常状态时报警；霍尔传感器的型号为DRV411；通信模块与控制模块连接，用于电能表与外界的通信；通信模块包括有线通信模块和无线通信模块；控制模块可以采用单片机、DSP或FPGA；电源模块可以采用变压器、开关电源芯片和线性稳压器。
如图2所示为本发明的霍尔传感器的示意图：霍尔传感器包括带有缺口的磁环、霍尔芯片以及补偿线圈，磁环套在被测电路上（即测试电流的导线穿过磁环），霍尔芯片设置在磁环的缺口处，将检测到的电流信号传入输出信号调理电路，补偿线圈绕在磁环上并与输出信号调理电路连接；在该实施例中，补偿线圈绕在磁环上与磁环缺口相对的位置。
如图3所示为本发明的输出信号调理电路的一种实施例的电路原理图：所述的输出信号调理电路主要由DRV411（图中标示*U2）芯片组成；DRV411芯片的1脚直接接地；2脚和3脚均通过各自的限流电阻（图中标示R5和R8）与参考电源连接；4脚输出被测电流信号（图中标示VOUT）；5脚连接到第一双向稳压管（图中标示D4）的第3脚；6脚连接到第二双向稳压管（图中标示D3）的第3脚，同时还与9脚连接；7脚与8脚均直接接地；9脚通过采样电阻（图中标示R6和R7）输出补偿电流信号到补偿线圈；10脚直接与补偿线圈连接；11脚连接供电电源信号（图中标示+5V）；12脚通过下拉电阻（图中标示R10）与地连接，同时通过上拉电阻（图中标示R3）与供电电源信号连接；13脚采用和12脚相同的电路连接方式；14脚通过一个反向连接的发光二极管（图中标示D2）和限流电阻（图中标示R1）与供电电源信号连接；15脚~18脚与霍尔芯片连接；19脚采用与14脚相同的电路连接；20脚直接接地。图中标示的U1所对应的器件为霍尔传感器的示意图：霍尔传感器中的霍尔芯片输出两路信号到DRV411，并由DRV411提供电源信号和地；霍尔传感器的补偿线圈引脚（图中标示L1和L2）与DRV411的相应引脚连接。

Claims (7)

1.一种基于霍尔传感器的电能表，包括电源模块、霍尔电流检测模块、计量模块和控制模块，其特征在于霍尔电流检测模块由霍尔传感器和输出信号调理电路组成；霍尔传感器包括带有缺口的磁环、霍尔芯片以及补偿线圈，磁环套在被测电路上，霍尔芯片设置在磁环的缺口处，将检测到的电流信号传入输出信号调理电路，补偿线圈绕在磁环上并与输出信号调理电路连接；输出信号调理电路由霍尔传感器信号处理芯片组成，用于接收霍尔芯片的电压信号，经过处理后传入计量模块，同时也根据被测电流信号的大小输出补偿电流到补偿线圈，从而实现对被测电流的测量。
2.根据权利要求1所述的基于霍尔传感器的电能表，其特征在于所述的霍尔传感器信号处理芯片的型号为DRV411。
3.根据权利要求1所述的基于霍尔传感器的电能表，其特征在于所述的补偿线圈绕在磁环上与磁环缺口相对的位置。
4.根据权利要求1和2所述的基于霍尔传感器的电能表，其特征在于所述的输出信号调理电路，DRV411芯片的1脚直接接地；2脚和3脚均通过各自的限流电阻与参考电源连接；4脚输出被测电流信号；5脚连接到第一双向稳压管的第3脚；6脚连接到第二双向稳压管的第3脚，同时还与9脚连接；7脚与8脚均直接接地；9脚通过采样电阻输出补偿电流信号到补偿线圈；10脚直接与补偿线圈连接；11脚连接供电电源信号；12脚通过下拉电阻与地连接，同时通过上拉电阻与供电电源信号连接；13脚采用和12脚相同的电路连接方式；14脚通过一个反向连接的发光二极管和限流电阻与供电电源信号连接；15脚~18脚与霍尔芯片连接；19脚采用与14脚相同的电路连接；20脚直接接地。
5.根据权利要求1~3之一所述的基于霍尔传感器的电能表，其特征在于所述的霍尔传感器的两侧布置有屏蔽罩，用于对外接的电磁干扰进行屏蔽，从而提高霍尔传感器的测量精度。
6.根据权利要求1~3之一所述的基于霍尔传感器的电能表，其特征在于所述的控制模块为单片机、DSP或FPGA。
7.根据权利要求1~3之一所述的基于霍尔传感器的电能表，其特征在于所述的电源模块包括变压器、开关电源芯片和线性稳压器。
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