CN106483372B - 一种直流电能计量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种直流电能计量方法，基于直流电能计量系统得以实现，具体包括：直流电压信号经过信号转换电路进行方向切换，之后分别通过电压差分输入第一引脚Vin+和电压差分输入第二引脚Vin‑周期性地交替输入到计量芯片中；与此同时，直流电流信号经过信号转换电路进行方向切换，之后分别通过电流差分输入第一引脚Iin+和电流差分输入第二引脚Iin‑周期性地交替输入到计量芯片中；计量芯片内部的增益放大器输出端则相应地输出交流的电压电流信号给后级A/D转换及数字处理电路进行计量。本发明的直流电能计量方法对应的直流电能计量系统，其电路简单，制作成本低，能够利用现有的计量芯片进行直流电能的高精度计量。
Description
技术领域
本发明涉及直流电供电充电的电能计量的技术领域，尤其是涉及一种直流电能计量方法。
背景技术
当前，太阳能发电、电动汽车等的应用越来越广泛，在太阳能发电站，光电池组发电输出是直流电；在给电动汽车充电时，也多采用直流供电，因此，在这些供电充电的场合需要运用直流电能表对输出的电能量进行计量。
直流电能的计量原理与交流电能计量相似，电压电流采样电路通过将输入的高电压大电流转换为小信号后输入到电能计量芯片的电压电流采样通道。计量芯片内部包含有可编程运算放大器PGA、A/D转换器、数字乘法器、数字低通滤波器、数字高通滤波器、数字积分器、频率转换器和通讯接口等功能模块。
但是，在采用计量芯片对直流电能进行计量时，发现电流的线性度很差，而且电压输入的变化也对计量结果有严重的影响。虽然在校表过程中对相关参数进行补偿，通过写入相应的数据来对计量结果进行修正，这样计量精度略有改善，但仍很不理想。因为这种补偿是固定的静态参数，当直流漂移随温度及时间的波动而变化时则无法应对。另外，不同幅度的电压输入信号对电流通道的串扰等都是存在变化的，这种情况下直流漂移对最终计量结果的影响则难以消除。
发明内容
为了解决现有直流电在宽范围输入情况下测量精度不高的问题，本发明提供一种电路简单、计量线性度好的直流电能计量方法，该计量方法可以保证直流电能计量的准确性和可靠性。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种直流电能计量方法，基于直流电能计量系统得以实现；这种直流电能计量系统包括了直流电压信号采样电路、直流电流输入信号采样电路、信号转换电路和计量芯片；其中，计量芯片设置有电压差分输入第一引脚Vin+、电压差分输入第二引脚Vin-、电流差分输入第一引脚Iin+、电流差分输入第二引脚Iin-、增益放大器、A/D转换及数字处理电路、高通滤波器。
基于上述的直流电能计量系统，本发明的直流电能计量方法具体包括以下步骤：直流电压信号经过信号转换电路进行方向切换，之后分别通过电压差分输入第一引脚Vin+和电压差分输入第二引脚Vin-周期性地交替输入到计量芯片中；与此同时，直流电流信号经过信号转换电路进行方向切换，之后分别通过电流差分输入第一引脚Iin+和电流差分输入第二引脚Iin-周期性地交替输入到计量芯片中；计量芯片内部的增益放大器输出端输出相应的交流电压电流信号给后级A/D转换及数字处理电路进行计量。
研究人员通过测试验证，改进后的电路完全满足直流电能的计量要求，在原有电压电流采样电路不变的情况下，引入信号转换电路，利用电压差分输入引脚和电流差分输入引脚，能大幅提升直流电能计量的精密度和稳定度，同时也扩大了计量的范围。
作为上述的本发明的技术方案的进一步描述，直流电压信号的方向切换和直流电流信号的方向切换是同步进行的。因此，计量芯片内部电压和电流通道的信号之间的相位关系仍可反映电压电流输入的相对方向。也就是说，经过信号转换电路切换方向之后的电压电流信号输入到计量芯片中，计量芯片的功率计算结果仍能够反映实际输入的功率方向，适应双方向的直流计量。
作为上述的本发明的技术方案的进一步描述，在计量系统中，计量芯片的工作模式为交流模式，通过开启高通滤波器将内部增益放大器的零点漂移信号进行滤除，从而提升直流计量的精度。
基于上述的技术方案，本发明取得的技术效果为：
（1）本发明提供的直流电能计量方法，通过将直流电压输入信号和直流电流输入信号转换为两个互补的且不断交替变换的信号，并分别输入到计量芯片的电压差分输入端和电流差分输入端，同时利用计量芯片自身的高通滤波器将直流漂移信号滤除，从而大幅度的提升直流电能的计量精度。
（2）本发明的直流电能计量方法对应的直流电能计量系统，其电路简单，制作成本低，能够利用现有的计量芯片进行直流电能的高精度计量，同时由于计量的线性度很好，应用该方法的产品的调试效率也得到了提升。
附图说明
图1为本发明的直流电能计量方法的电路原理图。
图2为直流电压输入信号在方向切换前和切换后的波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明的范围。
在本实施例中，图1给出了本发明的直流电能计量方法的电路原理图。这种直流电能的计量方法是在电路原理图所示的直流电能计量系统中进行实现的。这个系统具体包括了直流电压输入信号采样电路101、直流电流输入信号采样电路102、信号转换电路200和计量芯片300；在计量芯片上设置有电压差分输入第一引脚Vin+ 311、电压差分输入第二引脚Vin- 312、电流差分输入第一引脚Iin+ 321、电流差分输入第二引脚Iin- 322、增益放大器、A/D转换及数字处理电路、高通滤波器；其中A/D转换及数字处理电路、增益放大器和高通滤波器在图中未标出。
具体地，本发明的直流电能计量方法包括以下步骤：
直流电压信号在经过直流电压输入信号采样电路101后，然后经过信号转换电路200进行方向切换，之后分别通过电压差分输入第一引脚Vin+ 311和电压差分输入第二引脚Vin- 312周期性地交替输入到计量芯片300中；输入的电压信号波形和经过信号转换电路200进行方向切换之后的信号波形，请详细查看图2。
进一步参考图1，直流电流信号经过直流电流输入信号采样电路102，然后经过信号转换电路200进行方向切换，之后分别通过电流差分输入第一引脚Iin+ 321和电流差分输入第二引脚Iin- 322周期性地交替输入到计量芯片300中；
需要说明的是，直流电压信号的方向切换和直流电流信号的方向切换是同步进行的。因此，计量芯片300内部电压和电流通道的信号之间的相位关系仍可反映电压电流输入的相对方向。也就是说，经过信号转换电路200切换方向之后的电压电流信号输入到计量芯片300中，计量芯片300的功率计算结果仍能够反映实际输入的功率方向，适应双方向的直流计量。
最后，计量芯片300通过内部的增益放大器输出端输出相应的交流电压电流信号给后级A/D转换及数字处理电路进行计量。在本实施例中，计量芯片300的工作模式为交流模式，通过开启高通滤波器将直流漂移信号滤除，从而提升直流计量的精度。
在本实施例中，改进后的电路完全满足直流电能的计量要求，在原有电压电流采样电路不变的情况下，引入信号转换电路200，利用电压差分输入引脚和电流差分输入引脚，能大幅提升直流电能计量的精密度和稳定度，同时也扩大了计量的范围。
以上内容仅仅为本发明的方法和系统所作的举例和说明，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种直流电能计量方法，其特征在于，所述的直流电能计量方法基于直流电能计量系统得以实现；所述的直流电能计量系统包括直流电压信号采样电路、直流电流输入信号采样电路、信号转换电路和计量芯片；所述的计量芯片设置有电压差分输入第一引脚Vin+、电压差分输入第二引脚Vin-、电流差分输入第一引脚Iin+、电流差分输入第二引脚Iin-、增益放大器、A/D转换及数字处理电路、高通滤波器；
所述的直流电能计量方法具体包括以下步骤：
S1. 直流电压信号经过信号转换电路进行方向切换，将所述直流电压信号转换为两个互补的且不断交替变换的方波信号，之后分别通过电压差分输入第一引脚Vin+和电压差分输入第二引脚Vin-周期性地交替输入到计量芯片中；
S2. 直流电流信号经过信号转换电路进行方向切换，将所述直流电流信号转换为两个互补的且不断交替变换的方波信号，之后分别通过电流差分输入第一引脚Iin+和电流差分输入第二引脚Iin-周期性地交替输入到计量芯片中；
S3. 计量芯片内部的增益放大器输出端输出相应的交流电压电流信号给后级A/D转换及数字处理电路进行计量。
2.根据权利要求1所述的直流电能计量方法，其特征在于，所述的直流电压信号的方向切换和直流电流信号的方向切换是同步进行的。
3.根据权利要求1所述的直流电能计量方法，其特征在于，所述的计量芯片的工作模式为交流模式，通过开启高通滤波器将内部增益放大器的零点漂移信号进行滤除。
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