CN109490623A - 电能计量芯片及其电路检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电能计量芯片及其电路检测系统。所述电路检测系统包括：计算模块和检测模块；所述计算模块用于计算所述电流信号流经电能计量芯片的电流通道时，所述电流通道的电压有效值；所述检测模块用于根据所述电压有效值生成所述外部电路的故障检测信号。本发明实现了电能计量芯片的多功能用途，使其不仅具有计量电能功能，同时还能实现电流过载、漏电检测，且电路实现简单，制造成本低。

Description

电能计量芯片及其电路检测系统
技术领域
本发明涉及电子产品技术领域，特别涉及一种电能计量芯片及其电路检测系统。
背景技术
目前，一般通过过载保护器和漏电保护器实现对电子设备的过流、漏电保护。过载保护器通过检测负载的工作电流，当电流超过额定工作电流，使负载断开而起到保护作用。漏电保护器是检测线路与地之间的漏电流，当其超过设定值时保护器动作断开电路，起到保护电源和保护人身安全的作用。
在系统集成度越来越高的应用中，电流过载和漏电检测在电能计量领域需求新增，相应地要求芯片具有电流过载和漏电检测的功能。若在电能计量芯片上集成过载保护器和漏电保护器，不仅会增加电能计量芯片的体积，还会大大增加其制造成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中在电能计量芯片中实现过载和漏电检测功能，制造成本很高的缺陷，提供一种电能计量芯片及其电路检测系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种电能计量芯片的电路检测系统，所述电能计量芯片包括电流通道，所述电流通道用于获取外部电路输入的电流信号，所述电路检测系统包括：计算模块和检测模块；
所述计算模块用于计算所述电流信号流经所述电流通道时，所述电流通道的电压有效值；
所述检测模块用于根据所述电压有效值生成所述外部电路的故障检测信号。
较佳地，所述计算模块包括：第一计算单元和/或第二计算单元、信号采样单元；
所述信号采样单元与所述第一计算单元和/或第二计算单元连接；
所述第一计算单元和/或第二计算单元与所述检测模块连接；
所述信号采样单元用于对所述电流通道上的电压进行采样；
所述第一计算单元用于根据以下公式计算第一电压有效值：
所述第二计算单元用于根据以下公式计算第二电压有效值：
其中，表示第一电压有效值；表示第二电压有效值；V(i)表示第i个时间间隔所述电压的采样值；N表示一时间段内采样点数。
较佳地，所述第一计算单元包括依次连接的平方乘法器、低通去高频滤波器、平方根计算器、直流误差计算器和平均值计算器；
所述平方乘法器还与所述信号采样单元连接，所述平均值计算器还与所述检测模块连接。
较佳地，所述第二计算单元包括积分器；
所述积分器的输入端与所述信号采样单元连接，所述积分器的输出端与所述检测模块连接。
较佳地，所述计算模块还包括：低通滤波器和/或高通滤波器；
所述信号采样单元通过所述低通滤波器与所述第一计算单元和所述第二计算单元连接；
和/或，所述信号采样单元通过所述高通滤波器与所述第一计算单元和所述第二计算单元连接。
较佳地，所述故障检测信号包括过载报警信号和漏电报警信号；
所述检测模块包括控制开关和比较单元；
所述控制开关用于通过周期性的切换，实现所述比较单元与所述第一计算单元连接或与所述第二计算单元连接；
当所述比较单元与所述第一计算单元连接时，所述比较单元用于判断所述第一电压有效值是否在电流过载范围内，并在判断为是时，生成所述过载报警信号；
当所述比较单元与所述第二计算单元连接时，所述比较单元用于判断所述第二电压有效值是否在漏电范围内，并在判断为是时，生成所述漏电报警信号。
较佳地，所述电路检测系统还包括：通信模块；
所述通信模块用于在接受到清除指令时，清除所述故障检测信号。
一种电能计量芯片，所述电能计量芯片集成有如上任意一项所述的电路检测系统。
本发明的积极进步效果在于：本发明实现了电能计量芯片的多功能用途，使其不仅具有计量电能功能，同时还能实现电流过载、漏电检测，且电路实现简单，制造成本低。
附图说明
图1为本发明实施例1的电能计量芯片的电路检测系统的模块示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种电能计量芯片的电路检测系统，用于实现对外部电路的电流过流、漏电故障进行检测。电能计量芯片用于测量外部电路的某一节点的电流值，测量前，将电能计量芯片的电流通道与外部电路的该电路节点连接，电路节点可将电流信号输入至电流通道。
如图1所示，本实施例中，电路检测系统包括：计算模块1和检测模块2，计算模块1与检测模块2连接。计算模块1用于计算电流信号流经电流通道时，电流通道的电压有效值。检测模块2用于根据电压有效值生成外部电路的故障检测信号。其中，故障检测信号可以但不限于包括过载报警信号和漏电报警信号。
由于电流信号较小，采用电流信号计算有效值进而进行故障检测较难，本实施例中，采用电流通道上的电压计算有效值进而进行故障检测。电压有效值的计算分慢速电压有效值(第一电压有效值)和快速电压有效值(第二电压有效值)，具体的：
计算模块1包括：信号采样单元11、第一计算单元12和第二计算单元13。信号采样单元11分别与第一计算单元12和第二计算单元13连接。
信号采样单元11用于在外部电路将电流信号输入电能计量芯片的电流通道时，对电流通道上的电压进行采样，转换为数字信号获得采样电压值，并将该采样电压值发送至第一计算单元12和第二计算单元13。
第一计算单元12用于根据以下公式计算第一电压有效值：
第二计算单元13用于根据以下公式计算第二电压有效值：
其中，表示第一电压有效值示第二电压有效值；V(i)表示第i个时间间隔电压的采样值；N表示一时间段内采样点数。
具体的，第一计算单元12通过依次连接的平方乘法器、低通去高频滤波器、平方根计算器、直流误差计算器(去直流偏差和增益偏差计算器)和平均值计算器实现第一电压有效值的精准计算。求平方乘法器还与信号采样单元11连接，平均值计算器还与检测模块2连接。
第二计算单元13通过转绝对值的积分器实现第二电压有效值的快速计算，通常在半周期(如50赫兹电网，半周期为10ms)便可求得瞬时变化的电压有效值。积分器的输入端与信号采样单元11连接，输出端与检测模块2连接。
本实施例中，检测模块2包括：控制开关21和比较单元22。控制开关21通过周期性的切换，实现比较单元22与第一计算单元12连接或与第二单元13连接，也即通过控制开关快速的周期性切换，实现快速的周期性切换第一电压有效值和第二电压有效值轮流输出至比较单元22。
当比较单元22与第一计算单元12连接时，比较单元22判断第一电压有效值是否在电流过载范围内，并在判断为是时，生成过载报警信号。
当比较单元22与第二计算单元13连接时，比较单元22判断第二电压有效值是否在漏电范围内，并在判断为是时，生成漏电报警信号。
其中，比较单元可采用比较器实现。由于比较器执行的比较是个快速过程，为了节省硬件开销，本实施例中使用控制开关和一个比较器，实现有效值的比较和故障诊断。
本实施例中，精确计算的第一电压有效值是一个长时间的功率累计过程，能较准确的反映实际采样到的电流通道的电流信号，则可以精确地作出电流过载指示；而快速计算的第二电压有效值能较实际的反映实际采样到的电流通道的瞬时电流信号，避免由于外界干扰等各种原因，造成电流瞬时值暂时的失真，采用第二电压有效值不会造成频繁漏电报警。采用两个电压有效值能够准确实现对外部电路的电流过载和漏电的故障检测。
为保证在实际应用中外部电路的稳定性，当外部电路的相关集成系统接受到过载报警信号或漏电报警信号并排出故障后，由该系统发送清除指令至电路检测系统的通信模块，通信模块在接受到清除指令时，清除过载报警信号或漏电报警信号。
本实施例中，计算模块还包括：低通滤波器和/或高通滤波器；信号采样单元通过低通滤波器或高通滤波器分别与第一计算单元和第二计算单元连接。在计算电压有效值前，可先对采样电压进行滤波处理。高通滤波器用于对采样电压数字信号进行去直流信号处理，并将去直流的交流信号输出至第一计算单元和第二计算单元；低通滤波器用于对采样电压数字信号进行去交流信号处理，并将去交流的直流信号输出至第一计算单元和第二计算单元。需要说明的是，用户可自行选择使用全波信号(未经过滤波处理)或者去直流的交流信号或者去交流的直流信号，进行电压有效值计算。
本实施例中，通过第一电压有效值和第二电压有效值能够准确实现电流过载和漏电检测，实现了电能计量芯片的多功能用途，扩大了电能计量芯片的应用领域，也大大降低电流过载和漏电检测相关集成系统的制造成本。
实施例2
本实施例提供一种电能计量芯片，该电能计量芯片集成有实施例1示出的电路检测系统。该电能计量芯片不仅具有计量电能功能，同时还能实现对外部电路的电流过载、漏电情况进行检测。
本实施例中，考虑到实际应用中，由于各种用电的需求不同，应用场合不同，电能计量芯片可以是单电流通道的，也可以是多电流通道的，并在每个电流通道对应设置一电路检测系统，以实现单片电能计量芯片可以同时监控多路电流过载和漏电检测的相关集成系统。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电能计量芯片的电路检测系统，所述电能计量芯片包括电流通道，所述电流通道用于获取外部电路输入的电流信号，其特征在于，所述电路检测系统包括：计算模块和检测模块；
所述计算模块用于计算所述电流信号流经所述电流通道时，所述电流通道的电压有效值；
所述检测模块用于根据所述电压有效值生成所述外部电路的故障检测信号。
2.如权利要求1所述的电能计量芯片的电路检测系统，其特征在于，所述计算模块包括：第一计算单元和/或第二计算单元、信号采样单元；
所述信号采样单元与所述第一计算单元和/或第二计算单元连接；
所述第一计算单元和/或第二计算单元与所述检测模块连接；
所述信号采样单元用于对所述电流通道上的电压进行采样；
所述第一计算单元用于根据以下公式计算第一电压有效值：
所述第二计算单元用于根据以下公式计算第二电压有效值：
其中，表示第一电压有效值；表示第二电压有效值；V(i)表示第i个时间间隔所述电压的采样值；N表示一时间段内采样点数。
3.如权利要求2所述的电能计量芯片的电路检测系统，其特征在于，所述第一计算单元包括依次连接的平方乘法器、低通去高频滤波器、平方根计算器、直流误差计算器和平均值计算器；
所述平方乘法器还与所述信号采样单元连接，所述平均值计算器还与所述检测模块连接。
4.如权利要求2所述的电能计量芯片的电路检测系统，其特征在于，所述第二计算单元包括积分器；
所述积分器的输入端与所述信号采样单元连接，所述积分器的输出端与所述检测模块连接。
5.如权利要求2所述的电能计量芯片的电路检测系统，其特征在于，所述计算模块还包括：低通滤波器和/或高通滤波器；
所述信号采样单元通过所述低通滤波器与所述第一计算单元和所述第二计算单元连接；
和/或，所述信号采样单元通过所述高通滤波器与所述第一计算单元和所述第二计算单元连接。
6.如权利要求2所述的电能计量芯片的电路检测系统，其特征在于，所述故障检测信号包括过载报警信号和漏电报警信号；
所述检测模块包括控制开关和比较单元；
所述控制开关用于通过周期性的切换，实现所述比较单元与所述第一计算单元连接或与所述第二计算单元连接；
当所述比较单元与所述第一计算单元连接时，所述比较单元用于判断所述第一电压有效值是否在电流过载范围内，并在判断为是时，生成所述过载报警信号；
当所述比较单元与所述第二计算单元连接时，所述比较单元用于判断所述第二电压有效值是否在漏电范围内，并在判断为是时，生成所述漏电报警信号。
7.如权利要求1所述的电能计量芯片的电路检测系统，其特征在于，所述电路检测系统还包括：通信模块；
所述通信模块用于在接受到清除指令时，清除所述故障检测信号。
8.一种电能计量芯片，其特征在于，所述电能计量芯片集成有如权利要求1-7中任意一项所述的电路检测系统。
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