CN107727899A - 一种直流电能表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流电能表，包括：直流电流采样模块(1)，采集电能表工作时的电流信号；直流电压采样模块(2)，采集电能表的电压信号；计量模块(4)，接收采集的电流信号、电压信号，并对其进行分析转化；控制模块(5)，与所述计量模块(4)连接，接收计量模块(4)传输的信息，并进行双向数据通信；液晶显示模块(9)，根据所述控制模块(5)传输的信息显示用电数据；所述直流电能表还包括电压电流隔离模块(3)，用于隔离采样电压信号和电流信号，减少彼此间干扰。相对于现有技术，本发明的电压采样模块和电流采样模块间设置隔离芯片，能有效实现二者的隔离，从而有效减少电流信号和电压信号间的干扰，提高电能表的计量准确性，并能保证电压反接时，电能表完好无损，确保安全性和通用性。

Description

一种直流电能表

技术领域

本发明涉及直流电测量技术领域，尤其涉及一种直流电能表。

背景技术

随着科技的发展，直流电能表在太阳能光伏、电动汽车、有轨电车等领域起着越来越重要的作用，然而现有直流电能表存在误差大，抗干扰能力弱，一旦将电压、电流误操作反接，会使电表内部承受电压过大，烧坏电表，严重时引发安全事故等问题。

具体的，现有直流电能表的直流电压采样模块、直流电流采样模块如图1所示，电表工作时的外部整体接线如图2所示，正常情况下，加载在电阻R20上的电压大小为二极管VD5的导通压降0.6V左右，电表正常工作，但误操作将电压反接时，此时加载在电阻R20上的电压远远超过其本身所能承受电压，导致R20烧毁，电表无法正常工作，甚者可能会引发火灾。

同时，直流电能表在出厂时均需进行校验，现有的台体厂家进行校正时，各表位间无隔离，校正原理如图3所示，两个表位的电压、电流分别并联后接入电压源、电流源，此时由于各表位间无隔离，致使电能表的电压端与电流端被电阻R11、R12连通，校正的表位越多，连接电压端与电流端的电阻越多，各表位因连通电阻R11、R12、R13、…、R1N的影响而存在校准标准不一致的问题越严重，即各电能表因表位间的不隔离存在校准误差问题严重。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能有效防止电流与电压采样相互干扰，计数精准可靠的直流电能表。

本发明的另一方面目的在于提供一种能兼容电流与电压反接，安全性高、通用性好的直流电能表。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种直流电能表，包括：

直流电流采样模块，采集电能表工作时的电流信号；

直流电压采样模块，采集电能表的电压信号；

计量模块，接收采集的电流信号、电压信号，并对其进行分析转化；

控制模块，与所述计量模块连接，接收计量模块传输的转化信息，并进行双向数据通信；

液晶显示模块，根据所述控制模块传输的信息显示用电数据；

其特征在于：

所述直流电能表还包括电压电流隔离模块，用于隔离采样电压信号和电流信号，减少彼此间干扰。

进一步的，所述电压电流隔离模块输入端连接直流电压采样模块的输出端，输出端与所述计量模块连接，所述直流电流采样模块的输出端与所述计量模块直接连接。

进一步的，所述电压电流隔离模块包括隔离芯片、RC低通滤波器，所述隔离芯片接收直流电压采样模块采集的电压信号，经RC低通滤波器滤波后输出至所述计量芯片。

进一步的，所述直流电能表还包括RS485电路模块，所述RS485电路模块通过光耦隔离部件与所述控制模块通信连接。

进一步的，所述光耦隔离部件分为三路，其中第一、第二路分别对应连通控制模块的接收/发射端和RS485电路模块中通信芯片的发射/接收端，另一路连通控制模块的信号控制端和RS485电路模块的控制端。

进一步的，所述第一路、第二路光耦隔离部件的光敏端均设整形模块，用于减少光敏端压降，减少系统延时。

进一步的，所述整形模块包括第一三极管、一端与第一三极管基极连接且另一端连接所述光敏端的分压电阻。

进一步的，所述直流电能表还包括红外通讯模块，所述红外通讯模块包括与所述控制模块连接的红外接收模块和红外发射模块。

进一步的，所述红外发射模块包括第二三极管、红外发射管，所述第二三极管基极与控制模块连接，所述红外发射管通过限流电阻与第二三极管的集电极连接，其另一端连接所述电源模块，第二三极管的发射极接地。

进一步的，所述直流电能表还包括为电能表各模块供电的电源模块，所述电源模块采用变压器对外部输入电源进行降压，所述外部输入电源与变压器间设压敏电阻和热敏电阻。

进一步的，所述电源模块通过整流模块对降压后的电压进行整流，并经稳压模块稳压后输出至各模块。

进一步的，所述整流模块为二极管或桥式整流电路，所述稳压模块为78L05稳压器。

进一步的，所述液晶显示模块包括LCD显示模块和背光模块，所述背光模块包括基极与控制模块连接的第三三极管、与第三三极管集电极连接的发光二极管，发光二极管的另一端连接所述电源模块。

进一步的，所述直流电能表还包括按键控制模块，所述按键控制模块通过内部上拉电阻与所述控制模块连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在电压采样模块与计量模块间设置隔离芯片，而允许电流采样模块采集信息后直接传输至计量模块，这样巧妙的将现有设计中的电流端与电压端进行隔离，当误操作将电压端反接时，因为此时电压端与电流端通过隔离芯片隔离，则无电压施加在电流端的电阻上，则电表保持完好无损，避免了以往电流端与电压端共地，电压端反接时施加在电流端电阻上的电压过大而烧毁电表的危险；也基于该结构，在进行校准时避免了校准台体自带电阻连通电压端和电流端而导致的校准误差，提高了电能表的检测精准度，同时，电流信号与电压信号间彼此隔离，互不干扰，从而提高了采样准确度和计数精准度；在对外通信模块RS485模块中设置光耦隔离部件，能有效防止雷雨天气雷击导致电能表外部信号接口得电，电能表内部承受过大电压而烧毁的现象；在光耦隔离部件后端设置整形三极管，能提供稳定的电压，有效降低光耦隔离部件工作在放大区状态时后端压降增大的问题，减少光耦延时，减小误差，提高精准度；电源端通过变压器对外部市电进行降压耦合，并采用稳压模块进行稳压，能保证电能表在稳压下工作，提高了电能表的稳定性。

附图说明

图1为现有技术电压采样模块、电流采样模块的电气原理图。

图2为现有技术电能表工作时外部整体接线图。

图3为现有技术电能表校正原理图。

图4为本发明的一种整体结构图。

图5为本发明的一种电压采样模块、电流采样模块与电压电流隔离模块及计量模块间的电气原理图。

图6为本发明的一种RS485的电气原理图。

图7为本发明的一种红外通讯模块电气原理图。

图8(a)、8(b)分别为本发明的一种电源模块电气原理图、按键控制模块电气原理图。

图9为本发明的一种液晶显示模块电气原理图。

图10为本发明的一种控制模块电气原理图。

图11为本发明的一种隔离后的电压采样模块、电流采用模块连接示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图4、5、10所示，本发明的直流电能表包括直流电压采样模块1、直流电流采样模块2、电压电流隔离模块3、计量模块4，电压电流隔离模块3包括隔离芯片31、RC低通滤波32，直流电压采样模块1的输出信号VP1、VP2传输至隔离芯片31并经RC低通滤波器32滤波后传输至计量芯片4的Vn、Vp中，而直流电流采样模块2则将通过锰铜分流器的信号采集后直接输出至计量芯片4的Ip、In脚，计量芯片4对传递的电压信号、电流信号进行分析统计，并将脉冲信号经管脚MT_PF传输至控制模块5中，计量芯片4与控制模块5间通过MT_TXD、MT_RXD实现双向通讯。如图1、2所示，现有技术的电压采样模块与电流采样模块共地，二者通过电阻R20连通，正常情况下加载在R20上的电压为二极管VD5的导通电压，约0.6V左右，当误操作将电压正负极反接时，此时加载在电阻R20上的电压远远超过正常电压，进而导致R20烧毁，电能表故障，严重的时候则可能会引发火灾；如图3所示，现有的台体校准时，电能表的电压端与电流端被台体自带电阻R11、R12连通，当校正的表位越多时，连接电压端与电流端的电阻越多，各表位因连通电阻R11、R12、R13、…、R1N的影响而存在校准标准不一致的问题越严重。本发明则通过改进，如图11所示，在电压采样模块1后端连接隔离芯片31，这样电压采样模块1通过隔离芯片31的接地端与电流采样模块2共地，当出现电压正负极反接时，电压端与电流端通过隔离芯片隔离，则无电压加载在电阻R20上，则避免了烧毁现象，提高了电能表的整体安全性能；同时，基于该种结构，进行校准时避免了校准台体自带电阻连通电压端和电流端而导致的校准误差，提高了电能表的检测精准度，电压信号与电流信号因隔离芯片31而隔离，避免了彼此间的干扰，RC低通滤波器的滤波作用能进一步降低采集信号的失真度，从而提高采样精度，确保计数精准。

为了提高直流电能表的适用范围，本发明的电能表还设有外部通信模块适于远程抄表，即RS485电路模块，该模块的外部接口通过TVS稳压管与通信芯片N11连接，通信芯片N11采用三路光耦隔离部件6与控制模块5连接，其中两路为通信芯片N11与控制模块5的双向通讯端，另一路则通过控制模块5的信号控制端485_CTL与通信芯片N11连接。作为双向通讯端的光耦隔离部件后端设有整形三极管，为了减少光耦延时，需要使光耦隔离部件工作在放大区状态，而此种情况下对应光耦后端压降增大，整形三极管的设计刚好能消除该影响，因为整形三极管工作在饱和区时压降Vce(sat)＝0.3v，能提供稳定电压，在三极管的基极还设有分压电阻，进一步降低光耦后端压降。外部通信模块的外部接口常年裸露在外，雷雨天气时很容易因雷击得电导致电能表内部电压过大被击穿，而该光耦隔离部件的设计则能有效实现隔离，从而防止雷击电压进入电表内部，避免了上述问题，提高隔离效果。

作为改进，本发明的直流电能表还设有红外通讯模块，用于现场抄表，该红外通讯模块7包括与控制模块5连接的红外接收模块71和红外发射模块72。

该红外发射模块72包括三极管V2、红外发射管HL1，该三极管V2基极与控制模块5连接，红外发射管HL1通过限流电阻R62与三极管V2的集电极连接，另一端连接电能表的电源模块8，三极管V2的发射极接地。

本发明的直流电能表的各个模块由内部的电源模块8进行供电。外部市电经热敏电阻RT1连接变压器，在市电两端并联压敏电阻RV1起过压保护、抑制浪涌的作用；变压器对市电进行耦合降压形成电能表内部器件工作所能使用的电压，其中，经耦合降压的电压还经过整流模块进行整流，在输入各个模块用于提供电源时，还经过稳压模块进行稳压。具体的，该整流模块可以是二极管或桥式整流电路，选择二极管作为整流器件适用于提供小功率的模块，如外部通信模块RS485电路模块、计量芯片等，采用桥式整流电路进行整流则适用于控制模块、功能回路模块；该稳压模块可以是78L05稳压器，也可以是根据电能表使用需求而采用其他稳压器件。

本发明的直流电能表的液晶显示模块9包括LCD显示模块91和背光模块92，该背光模块92包括基极与控制模块5连接的三极管V4、与三极管V4集电极连接的发光二极管HB1，发光二极管HB1的另一端连接电源模块8，具体的，该电压为5V。

需注意的是，本发明的直流电能表还包括按键控制模块11，所述按键控制模块11通过内部上拉电阻与所述控制模块连接。

除了上述改进外，其他相类似的改进也包含在本发明的改进范围内，此处就不在赘述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种直流电能表，包括：

直流电流采样模块(1)，采集电能表工作时的电流信号；

直流电压采样模块(2)，采集电能表的电压信号；

计量模块(4)，接收采集的电流信号、电压信号，并对其进行分析转化；

控制模块(5)，与所述计量模块(4)连接，接收计量模块(4)传输的信息，并进行双向数据通信；

液晶显示模块(9)，根据所述控制模块(5)传输的信息显示用电数据；

其特征在于：

所述直流电能表还包括电压电流隔离模块(3)，用于隔离采样电压信号和电流信号，减少彼此间干扰。

2.根据权利要求1所述的直流电能表，其特征在于：所述电压电流隔离模块(3)输入端连接直流电压采样模块(1)的输出端，输出端与所述计量模块(4)连接，所述直流电电流采样模块(2)的输出端与所述计量模块(4)直接连接。

3.根据权利要求2所述的直流电能表，其特征在于：所述电压电流隔离模块(3)包括隔离芯片(31)、RC低通滤波器(32)，所述隔离芯片(31)接收直流电压采样模块(2)采集的电压信号，经RC低通滤波器(32)滤波后输出至所述计量芯片(4)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的直流电能表，其特征在于：所述直流电能表还包括RS485电路模块，所述RS485电路模块通过光耦隔离部件(6)与所述控制模块(5)通信连接。

5.根据权利要求4所述的直流电能表，其特征在于：所述光耦隔离部件(6)分为三路，其中第一、第二路分别对应连接控制模块(5)的接收/发射端和RS485电路模块中通信芯片的发射/接收端，另一路连接控制模块(5)的信号控制端(485_CTL)和RS485电路模块的控制端(RE、DE)。

6.根据权利要求5所述的直流电能表，其特征在于：所述第一路、第二路光耦隔离部件的光敏端均设整形模块(10)，用于减少光敏端压降，减少系统延时。

7.根据权利要求6所述的直流电能表，其特征在于：所述整形模块(10)包括三极管、一端与三极管基极连接且另一端连接所述光敏端的分压电阻。

8.根据权利要求7所述的直流电能表，其特征在于：所述直流电能表还包括红外通讯模块(7)，所述红外通讯模块(7)包括与所述控制模块(5)连接的红外接收模块(71)和红外发射模块(72)。

9.根据权利要求8所述的直流电能表，其特征在于：所述红外发射模块(72)包括第二三极管(V2)、红外发射管(HL1)，所述第二三极管(V2)基极与控制模块(5)连接，所述红外发射管(HL1)通过限流电阻(R62)与第二三极管(V2)的集电极连接，其另一端连接所述电源模块(5)，第二三极管(V2)的发射极接地。

10.根据权利要求9所述的直流电能表，其特征在于：所述直流电能表还包括为电能表各模块供电的电源模块(8)，所述电源模块(8)采用变压器对外部输入电源进行降压，所述外部输入电源与变压器间设压敏电阻(RV1)和热敏电阻(RT1)。

11.根据权利要求10所述的直流电能表，其特征在于：所述电源模块通过整流模块对降压后的电压进行整流，并经稳压模块稳压后输出至各模块。

12.根据权利要求11所述的直流电能表，其特征在于：所述整流模块为二极管或桥式整流电路，所述稳压模块为78L05稳压器。

13.根据权利要求12所述的直流电能表，其特征在于：所述液晶显示模块(9)包括LCD显示模块(91)和背光模块(92)，所述背光模块(92)包括基极与控制模块连接的第三三极管(V4)、与第三三极管(V4)集电极连接的发光二极管(HB1)，发光二极管(HB1)的另一端连接所述电源模块(8)。

14.根据权利要求13所述的直流电能表，其特征在于：所述直流电能表还包括按键控制模块(11)，所述按键控制模块(11)通过内部上拉电阻与所述控制模块连接。