CN111751780A - 一种电能表电池欠压监测装置及其监测方法 - Google Patents

一种电能表电池欠压监测装置及其监测方法 Download PDF

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Abstract

本申请一种电能表电池欠压监测装置及其监测方法，包括供电电源、比较器、锁存器；所述供电电源分别与所述比较器和所述锁存器连接；所述比较器的第一输入端与电能表内部电池的电阻分压电路连接，输出端与所述锁存器的第一输入端连接；所述锁存器的输出端与电能表的MCU的信号输入端连接。相比较于现有技术，本申请利用锁存器对电池欠压信号进行持续锁存直至被检测到，可实现对电池欠压事件的准确监测，尤其是瞬时电压跌落的情形，可对电池欠压的瞬时信号进行及时捕获；本申请提供的监测装置结构简单，成本较低，可应用于现有的电能表内部电路，无需改变现有设计。

Description

一种电能表电池欠压监测装置及其监测方法
技术领域
本发明属于电能表检测领域，具体涉及一种电能表电池欠压监测装置及其监测方法。
背景技术
随着电网系统中对计量自动化业务的建设和推进，智能电能表已获得大范围的推广，而由于其投放的外场运行总量大，常常出现电能表电池欠压报警，而其中一部分属于误报警，因此需要提供一种能准确监测电池欠压的监测装置。现有的电池欠压检测电路设计在电能表内部，在运行过程中由主控芯片(MCU)对电池电压进行采样并记录上传，然而传统的电池电压检测电路结构较为简单，MCU巡检的工作方式容易漏检在巡检间隔期间发生的电压跌落，此期间的电压跌落容易引起MCU司机或其他异常动作，从而并不能真实反映电池欠压事件，因此提供一种准确监测电能表真实电池欠压事件的装置是有必要的。
发明内容
基于此，本发明旨在提供一种电能表电池欠压监测装置及其监测方法，以克服现有技术的缺陷。
本发明一种电能表电池欠压监测装置，包括：
供电电源、比较器、锁存器；
供电电源分别与比较器和锁存器连接，供电电源的输出电压作为比较器和锁存器的供电电压；
比较器的第一输入端与电能表内部电池的电阻分压电路连接，用于采样电池电压，输出端与锁存器的第一输入端连接，用于向锁存器发送欠压信号；
锁存器的输出端与电能表的MCU的信号输入端连接，用于将已锁存的欠压信号向MCU发送。
优选地，MCU还包括复位信号端，与锁存器的第二输入端连接，用于向锁存器反馈复位信号。
优选地，上述电能表电池欠压监测装置还包括：
电压基准单元，与比较器的第二输入端连接，用于提供基准电压。
优选地，锁存器为RS触发器。
优选地，供电电源为2.5V电源芯片。
优选地，电压基准单元的输出电压为1.25V。
另一方面，本发明还提供一种电能表电池欠压监测方法，由上述监测装置实现，包括：
比较器对电池电压进行采样并与基准电压比较，根据欠压阈值输出欠压信号；
锁存器获取欠压信号对其进行锁存保持；
MCU在巡检周期内对欠压信号进行监测。
优选地，上述方法还包括：
MCU检测得欠压信号时向锁存器输出复位信号将其锁存状态清零。
优选地，基准电压为1.25V。
从以上技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：
本发明一种电能表电池欠压监测装置及其监测方法，利用锁存器对电池欠压信号进行持续锁存直至被检测到，相比较现有技术的MCU对电池电压直接采样，可实现对电池欠压事件的准确监测，尤其是瞬时电压跌落的情形，可对电池欠压的瞬时信号进行及时捕获；本发明提供的监测装置结构简单，成本较低，可应用于现有的电能表内部电路，无需改变现有设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1本发明一种实施例的电能表电池欠压监测装置结构框图
图2本发明另一实施例的电能表电池欠压监测电路原理图
图3本发明另一实施例的电能表电池欠压监测方法实施流程图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本实施例提供一种电能表电池欠压监测装置，包括供电电源、电压基准单元、比较器、锁存器；
供电电源由主电源VCC和电池同时供电，使用宽输入电压范围的电源转换芯片，分别与比较器和锁存器连接，供电电源的输出电压为比较器和锁存器提供供电电压；
比较器的第一输入端与电能表内部电池的电阻分压电路连接，输出端与锁存器的一端连接；锁存器的另一端与电能表MCU的信号输入端连接。
MCU还包括复位信号端，用于向锁存器输出复位信号，在巡检到电池欠压信号后将锁存器的状态清零等待下一次的欠压信号锁存。
在进一步的实施例中，供电电源的电源转换芯片可根据实际需求选择3.3V、2.8V、2.5V的电源芯片，本实施例选择2.5V电源芯片。
本实施例中的电压基准单元使用低功耗、宽输入电压范围的电压基准芯片，输出电压可选择1.2V或1.25V或2.048V，低于电池欠压阈值3.3V，作为比较器的电压基准。应当被理解的是，当比较器自带基准电压时电压基准单元不是必要的，本领域技术人员可根据实际应用的比较器对电压基准单元进行取舍，本实施例仅以图1作为说明，在此不做更多的罗列和描述。
本实施例中的比较器采用低功耗、宽输入电压范围运算放大器，通过电阻分压电路采样电池电压，通过比较器与电压基准进行比较，当监测到电池电压低于欠压阈值时，比较器输出欠压信号(高或者低电平)；可通过选择合适的电压基准或者调节电阻分压电路，使得比较器输出欠压信号的判断电压阈值与规定的电池欠压阈值一致。
应当被理解的是，比较器输出的电平信号可不仅限于表示电池欠压，电池电压处于正常状态时比较器输出的电平信号同样能被锁存器锁存，因此锁存器在本发明中输出的锁存状态不仅限于电池欠压。
下面介绍本发明的另一实施例，请参阅图2和图3，本实施例提供一种电能表电池欠压监测电路，该电路设计于电能表内部，用于对电能表电池欠压进行实时监测。
如图2所示，本实施例的监测电路主要包括供电电源(D1、C1、U1、C2)、电压基准单元(U2)、比较器电路(R1、R2、U3A)、锁存器电路(U4、R3、D2)四个单元。
供电电源由主电源Vmainpower和电池Battery通过输入端Vin同时供电，通过二极管D1选择主电源Vmainpower作为主工作电路，供电电源采用宽输入电压范围的电源转换芯片U1，其输出电压Vout为比较器U3A和电压基准单元U2的供电电压；具体地，本实施例的供电电源选用2.5V电源芯片作为电源转换芯片。
本实施例电压基准单元U2使用低功耗、宽输入电压范围的电压基准芯片，输出电压1.25V作为比较器电路的电压基准，远远低于电池欠压阈值3.3V，其输出端与比较器U3A的同相输入端连接以提供比较基准电压。
比较器电路使用低功耗、宽输入电压范围运算放大器U3A，通过电阻分压R1、R2采样电池电压VBat获得采样电压值VBatSamp，再通过比较器U3A与电压基准Vref进行比较，当监测到电池电压低于欠压阈值时，比较器输出欠压信号高电平；可通过选择合适的R1、R2电阻分压，使得比较器电路输出欠压信号的判断电压阈值与规定的电池欠压阈值一致。
本实施例的锁存器U4为异步RS触发器，通过SN端捕获欠压信号高电平将其锁存保持，则MCU在巡检周期内可通过DetectSignal引脚检测得欠压信号，锁存器对欠压信号进行锁存保持可为MCU的下一次巡检提供足够的保持时间，避免漏检在巡检间隔出现的瞬时电压跌落；当MCU巡检得到欠压信号后通过复位引脚Reset向锁存器U4的RN端输出复位信号将触发器状态清零，等待下一次的欠压信号捕获。
如图3所示，本实施例的电池欠压监测电路工作如下描述：
比较器U3A对电池电压进行采样并与基准电压Vref比较，根据欠压阈值输出欠压信号；
锁存器U4通过SN端获取欠压信号对其进行锁存保持；
MCU在巡检周期内通过DetectSignal引脚对欠压信号进行监测；
MCU检测得欠压信号时通过Reset引脚向锁存器U4的RN端输出复位信号将其锁存状态清零。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种电能表电池欠压监测装置，其特征在于，包括：
供电电源、比较器、锁存器；
所述供电电源分别与所述比较器和所述锁存器连接，所述供电电源的输出电压作为所述比较器和所述锁存器的供电电压；
所述比较器的第一输入端与电能表内部电池的电阻分压电路连接，用于采样电池电压，所述比较器的输出端与所述锁存器的第一输入端连接，用于向所述锁存器发送欠压信号；
所述锁存器的输出端与电能表的MCU的信号输入端连接，用于将已锁存的所述欠压信号向所述MCU发送。
2.根据权利要求1所述的电能表电池欠压监测装置，其特征在于，所述MCU还包括复位信号端，与所述锁存器的第二输入端连接，用于向锁存器发送复位信号进行状态清零。
3.根据权利要求1所述的电能表电池欠压监测装置，其特征在于，所述电能表电池欠压监测装置还包括：
电压基准单元，与所述比较器的第二输入端连接，用于提供基准电压。
4.根据权利要求1所述的电能表电池欠压监测装置，其特征在于，所述锁存器为RS触发器。
5.根据权利要求1所述的电能表电池欠压监测装置，其特征在于，所述供电电源选用2.5V电源芯片。
6.根据权利要求3所述的电能表电池欠压监测装置，其特征在于，电压基准单元的输出电压为1.25V。
7.一种实现如权利要求1-6任一项所述的电能表电池欠压监测装置的电池欠压监测方法，其特征在于，包括：
比较器对电池电压进行采样并与基准电压比较，根据欠压阈值输出欠压信号；
锁存器获取所述欠压信号对其进行锁存保持；
MCU在巡检周期内对所述欠压信号进行监测。
8.根据权利要求7所述的电池欠压监测方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述MCU检测得所述欠压信号时向所述锁存器输出复位信号将其锁存状态清零。
9.根据权利要求7所述的电池欠压监测方法，其特征在于，所述基准电压为1.25V。
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