CN110794188A

CN110794188A - 防窃电表

Info

Publication number: CN110794188A
Application number: CN201911113445.XA
Authority: CN
Inventors: 杨松华; 孙丙功; 孙广富; 赵威; 林明光; 雷鸣
Original assignee: Zhejiang Risesun Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Risesun Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2020-02-14

Abstract

一种防窃电表，包括SoC集成芯片、主电源、PT电源、备用电池、PT放电电路与检测电路、LED与脉冲输出、数据存储模块；PT放电电路与PT检测电路：SoC集成芯片通过PT检测电路来判断是否PT电源供电来提供不同的工作模式，所述的PT放电电路用以抑制PT电源与备用电池之间临界值波动带来的频繁模式切换。能够做到低电压工作与超低电流的掉零线计量，且功耗极低，能保证电表长时间正常工作。

Description

防窃电表

技术领域

本发明涉及一种防窃电表。

背景技术

在电网建设不完善的国家与地区，电网电压波动大，市面上大多数单相表在低电压情况下无法准确计量，甚至无法工作。

市面上的单相表，存在窃电的可能，即在进线端只接火线，不接零线，在出线端用户负载只需要接火线，然后另一端接大地，负载就能正常工作，而电表无法工作，从而无法计量用户用电情况。在防窃电方面，有些能支持掉零线计量的电表无PT电源检测电路，没有有效的软件处理方式，所以在1A以下小电流情况下无法计量，如公告号CN208043931U的单相表。因为能低压工作的电表电源方案大多是开关电源方案，电路复杂，造价高昂，并且在防窃电方面，由于现有PT技术限制，只能做到1A以上电流掉零线计量，在1A以下电流要实现掉零线计量必须使用备用电池来保持电表工作，电池消耗过快，极大的缩短了电池寿命，无法保证电表长时间的掉零线计量功能。下文中LCD（ Liquid Crystal Display）为液晶显示， LED（Light Emitting Diode）为发光二极管，PLL（Phase Locking Loop）为锁相环， PT（Potential Transformer）为电压互感器， RTC（Real Time Clock）：实时时钟， SoC（System on Chip）：片上集成系统。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种能实现低电压工作与超低电流的掉零线计量的防窃电表。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种防窃电表，包括SoC集成芯片、主电源、PT电源、备用电池、PT放电电路与检测电路、LED与脉冲输出、数据存储模块；

SoC集成芯片：包括微控制器与计量模块，用于整个电表的系统运行与电表计量；

主电源：为电表正常上电工作时提供电源；

PT电源：为电压互感器电源，电表接线端子电流线穿过电压互感器，只要有电流通过，电压互感器次级线圈感应出电流，为电表掉零线计量时提供电源；

备用电池：当电表在极小电流时PT电源无法提供电表电源的情况下为电表掉零线计量提供电源与电表完全掉电时提供数据保存与液晶显示；

LED模块与脉冲输出模块：LED模块根据需要或扩展为电源指示灯、反向指示灯、报警灯等；脉冲输出模块适用于光脉冲或电脉冲输出；

数据存储模块：用于保存电表数据；

PT放电电路与PT检测电路：SoC集成芯片通过PT检测电路来判断是否PT电源供电来提供不同的工作模式，在掉零线时电表电流足够大，由PT电源带动电表整个负载工作，电表时钟转入降频工作模式；在电表电流进一步变小，SoC集成芯片判断PT电源电压低至无法带动电表负载，或PT电源电压由于外设功耗波动处在设定阈值以下，启用备用电池辅助供电，电表时钟转入低频保护模式；所述的PT放电电路用以抑制PT电源与备用电池之间临界值波动带来的频繁模式切换。

作为一种改进：所述的PT放电电路包括SoC集成芯片接入的PT放电电路控制信号、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一NPN三极管，所述的PT放电电路控制信号经串接的第四电阻和第五电阻连接第一NPN三极管基极，所述的第一电阻一端连接PT电源，另一端连接在第四电阻和第五电阻的串接处，所述的第二电阻和第三电阻呈并接关系的连接在PT电源和第一NPN三极管集电极之间；

在掉零线时电表电流足够大，PT电源足够带动电表整个负载工作时，PT放电电路中PT放电电路控制信号置低，第一NPN三极管不导通；

在电表电流进一步变小，SoC集成芯片判断PT电源电压低至无法带动电表负载，或PT电源电压由于外设功耗波动处在设定阈值以下时，PT放电电路控制信号置高电平，第一NPN三极管导通；第二电阻、和第三电阻形成假负载，PT电源电压被拉低至无法波动上升到检测阈值以上，从而抑制PT电源与备用电池之间临界值波动带来的频繁模式切换。

作为一种改进：PT检测电路包括第二NPN三极管、经第二NPN三极管集电极接入PT检测电路的检测信号、连接在PT电源与第二NPN三极管基极之间的第六电阻、第七电阻、连接在第二NPN三极管集电极和主电源之间的上拉电阻；在掉零线时电表电流足够大， PT检测电路中的PT电源电压高至能导通第二NPN三极管，检测信号被拉低，PT电源足够带动电表整个负载工作；若电表电流变小，PT电源电压降至无法导通第二NPN三极管，检测信号由上拉电阻拉至高电平，则SoC集成芯片判断无PT电源，或PT电源电压低至无法带动电表负载，或PT电源电压由于外设功耗波动处在设定阈值以下。

本发明的的防窃电表，采用阻容降压电源并结合分段计量方案，成本低廉，通过PT电源放电电路与检测电路，再加上软件高效的智能检测与判断处理方式，能够做到低电压工作与超低电流的掉零线计量，且功耗极低，能保证电表长时间正常工作。相对于报警等警示性的防窃功能，本发明在根本上断绝了窃电的可能性，大大提高了电表本身的防窃性，避免窃电导致的电力损失，公共资源得以有效的保护和计量。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明防窃电表的电表系统框图。

图2为PT放电电路的电路图。

图3为PT检测电路的电路图。

图4为防窃电表运行流程图。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，本发明防窃电表的一种实施例，一种防窃电表，其特征在于：包括SoC集成芯片、主电源、PT电源、备用电池、PT放电电路与检测电路、LED与脉冲输出、数据存储模块；

SoC集成芯片：包括微控制器与计量模块，用于整个电表的系统运行与电表计量；本发明适用于市面上所有电表SoC芯片方案，可选择范围广，应用灵活，扩展性强。

主电源VDD：为电表正常上电工作时提供电源，本发明采用阻容降压方案，成本远低于开关电源与变压器线性电源方案。

PT电源VPT：为电压互感器电源，电表接线端子电流线穿过电压互感器，只要有电流通过，电压互感器次级线圈感应出电流，为电表掉零线计量时提供电源；

LED模块与脉冲输出模块：LED模块根据需要或扩展为电源指示灯、反向指示灯、报警灯等；脉冲输出模块适用于光脉冲或电脉冲输出；当然，还可增加按键模块等用户所需要的外设模块；

LCD显示与背光：显示电表各种参数，背光用于光线条件不佳的情况下便于查看显示；

红外通讯模块：外部通讯接口，适用于近红外与远红外通讯方式；

数据存储模块：用于保存电表数据；

本实施例的PT放电电路如图2所示， PT放电电路包括SoC集成芯片接入的PT放电电路控制信号VPTPWR、第一电阻R42、第二电阻R49、第三电阻R43、第四电阻R45、第五电阻R46、第一NPN三极管Q4，所述的PT放电电路控制信号VPTPWR经串接的第四电阻R45和第五电阻R46连接第一NPN三极管Q4基极，所述的第一电阻R42一端连接PT电源VPT，另一端连接在第四电阻R45和第五电阻R46的串接处，所述的第二电阻R49和第三电阻R43呈并接关系的连接在PT电源VPT和第一NPN三极管Q4集电极之间；

本实施例的PT检测电路如图3所示，PT检测电路包括第二NPN三极管Q3、经第二NPN三极管Q3集电极接入PT检测电路的检测信号CHKVPT、连接在PT电源VPT与第二NPN三极管Q3基极之间的第六电阻R44、第七电阻R47、连接在第二NPN三极管Q3集电极和主电源VDD之间的上拉电阻R37；

在掉零线时电表电流足够大， PT检测电路中的PT电源VPT电压高至能导通第二NPN三极管Q3，检测信号CHKVPT被拉低，PT电源VPT足够带动电表整个负载工作，PT放电电路中PT放电电路控制信号VPTPWR置低，第一NPN三极管Q4不导通，此时计量时钟频率为800kHz计量工作模式。

若电表电流变小，PT电源VPT电压降至无法导通第二NPN三极管Q3，检测信号CHKVPT由上拉电阻R37拉至高电平，则SoC集成芯片判断无PT电源，或PT电源电压低至无法带动电表负载，或PT电源电压由于外设功耗波动处在设定阈值以下。当SoC集成芯片判断PT电源电压低至无法带动电表负载，或PT电源电压由于外设功耗波动处在设定阈值以下时，PT放电电路控制信号VPTPWR置高电平，第一NPN三极管Q4导通；第二电阻R49、和第三电阻R43形成假负载，PT电源VPT电压被拉低至无法波动上升到检测阈值以上，从而抑制PT电源与备用电池之间临界值波动带来的频繁模式切换，此时计量时钟频率为32kHz计量工作模式，功耗降低，因为本身电表电流小，电量累计速度变慢，32kHz运行速率完全足够可靠计量。

当电表电流增大至PT电源VPT电压又可以导通第二NPN三极管Q3时，检测信号CHKVPT又重新被拉低，放电电路控制信号VPTPWR置低电平，关闭假负载第二电阻R49和第三电阻R43，PT电源VPT信号又远远超过设定阈值不会波动到设定阈值以下，电表计量时钟频率恢复到800kHz的计量模式，运行速率加快。

PT放电电路与PT检测电路共同作用来实现极低电流情况下电表不同频率计量模式的正常运行，来保证电表的掉零线计量的可靠性。

本实施例的电表具体的工作运行流程如图4所示，采用分段计量的方式，对不同的电流规格采用不同的主频，既能保证正常计量又能降低功耗。本发明电表为宽电压工作量程，在70V以上可以实现全速计量工作模式。由于低成本电源模块负载能力的限制，70V以下可能无法进行全速计量工作模式，此时通过计量采样判断低于70V，进入计量运行时钟800kHz工作模式，降低功耗。此时再进行电流判断，若无电流，则进入休眠模式；若有电流，根据电表电压大小变化，电表自动选择PT电源或主电源供电，此时同步进行电流大小判断。由于PT电源的个体差异化，不同PT电源负载能力可能略有不同，这里我们测试电表电流低于0.92A依然可以保证电表工作在800kHz工作模式，所以这里设定阈值为0.92A。如果电流高于0.92A，电表保持在800kHz的工作模式，并一直秒查询电表电压大小，若电压恢复到70V以上则进入全速计量模式。若电流小于0.92A，PT检测电路无法检测到PT电源VPT，此时打开PT放电电路中的假负载，防止检测电压在设定阈值波动，此时则进入计量时钟频率32kHz的工作模式，功耗更低，启用备用电池辅助供电，来确保电表能正常工作。电表电流越来越小，那么PT电源的负载能力也越来越小，电量累计需要的时间也越来越久，此时再进行电流大小的判断，电表电流大于0.48A，RTC计量时钟6秒唤醒一次；小于0.48A，RTC计量时钟60秒唤醒一次，来限制备用电池的功耗，电池使用时间维持更加持久。此时若无电流，则进入休眠模式。对极低的电流值通过算法补偿，也能保证误差的准确性，最低可准确计量0.1A的掉零线电流。备用电池功耗不超过30微安，对于主流1200mAh锂电池，使用时间可超过十年。

本发明采用低成本电源方案，阻容降压电源方案，设计简单，便于电路板设计布局，并可以实现宽电压输入。PT放电电路与检测电路：PT检测电路可以检测到PT电源的大小，PT放电电路可以有效抑制PT电源负载大小变化引起的在设定阈值上下波动而带来的危害。分段计量程序设计方案可以有效避免阻容降压电源方案在低电压负载能力不足的情况下电表无法工作的问题；配合PT放电电路与检测电路，可以做到在电表极低电流情况下掉零线计量的准确性，并可以实现超低功耗的工作模式。

虽然本发明已以具体实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，仍可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视所附的权利要求书的范围所界定者为准。

Claims

1.一种防窃电表，其特征在于：包括SoC集成芯片、主电源、PT电源、备用电池、PT放电电路与检测电路、LED与脉冲输出、数据存储模块；

主电源（VDD）：为电表正常上电工作时提供电源；

PT电源（VPT）：为电压互感器电源，电表接线端子电流线穿过电压互感器，只要有电流通过，电压互感器次级线圈感应出电流，为电表掉零线计量时提供电源；

数据存储模块：用于保存电表数据；

2.根据权利要求1所述的防窃电表，其特征在于：所述的PT放电电路包括SoC集成芯片接入的PT放电电路控制信号（VPTPWR）、第一电阻（R42）、第二电阻（R49）、第三电阻（R43）、第四电阻（R45）、第五电阻（R46）、第一NPN三极管（Q4），所述的PT放电电路控制信号（VPTPWR）经串接的第四电阻（R45）和第五电阻（R46）连接第一NPN三极管（Q4）基极，所述的第一电阻（R42）一端连接PT电源（VPT），另一端连接在第四电阻（R45）和第五电阻（R46）的串接处，所述的第二电阻（R49）和第三电阻（R43）呈并接关系的连接在PT电源（VPT）和第一NPN三极管（Q4）集电极之间；

在掉零线时电表电流足够大，PT电源足够带动电表整个负载工作时，PT放电电路中PT放电电路控制信号（VPTPWR）置低，第一NPN三极管（Q4）不导通；

在电表电流进一步变小，SoC集成芯片判断PT电源电压低至无法带动电表负载，或PT电源电压由于外设功耗波动处在设定阈值以下时，PT放电电路控制信号（VPTPWR）置高电平，第一NPN三极管（Q4）导通；第二电阻（R49）、和第三电阻（R43）形成假负载，PT电源（VPT）电压被拉低至无法波动上升到检测阈值以上，从而抑制PT电源与备用电池之间临界值波动带来的频繁模式切换。

3.根据权利要求1或2所述的防窃电表，其特征在于：PT检测电路包括第二NPN三极管（Q3）、经第二NPN三极管（Q3）集电极接入PT检测电路的检测信号（CHKVPT）、连接在PT电源（VPT）与第二NPN三极管（Q3）基极之间的第六电阻（R44）、第七电阻（R47）、连接在第二NPN三极管（Q3）集电极和主电源（VDD）之间的上拉电阻（R37）；在掉零线时电表电流足够大， PT检测电路中的PT电源（VPT）电压高至能导通第二NPN三极管（Q3），检测信号（CHKVPT）被拉低，PT电源（VPT）足够带动电表整个负载工作；若电表电流变小，PT电源（VPT）电压降至无法导通第二NPN三极管（Q3），检测信号（CHKVPT）由上拉电阻（R37）拉至高电平，则SoC集成芯片判断无PT电源，或PT电源电压低至无法带动电表负载，或PT电源电压由于外设功耗波动处在设定阈值以下。