CN112067891B - 电量计量电路及电表 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电量计量电路及电表，涉及电量计量技术领域，该电量计量电路包括：计量单元，通过与交流电源的零线和火线连接，以计量电量；掉零线检测单元，其输入端与所述交流电源的零线和火线连接，其输出端与所述计量单元连接；所述掉零线检测单元在根据所述零线的电流和所述火线的电流，确认所述计量单元与所述零线脱离时，基于所述火线的电流生成触发信号发送至所述计量单元，以触发所述计量单元进行电量计量。本申请实现在用户窃电的情况下计量电量，实现掉零线状态下的低功耗电量计量，保证电量计量性能。
Description
技术领域
本申请涉及电量计量技术领域，尤其涉及一种电量计量电路及电表。
背景技术
随着智能电量计量技术的普及，防窃电技术也得以推广，很多传统的窃电行为得到了控制，但是窃电技术也在不断发展，有些窃电行为很难控制。例如，用户通过火线回路接负载，但是负载的出线端不接回电量计量电路的零线输入端，而直接接地，使得负载也可以正常工作。
然而，电表只有火线输入端正常接入，零线输入端悬空，此时电表是处于掉电状态的，而无法计量电量。因此，现有技术中的电表无法有效的实现在用户窃电的情况下计量电量。
发明内容
本申请在于提供一种电量计量电路及电表，实现在用户窃电的情况下计量电量，实现掉零线状态下的低功耗电量计量，保证电量计量性能。
本申请提出一种电量计量电路，包括：
计量单元，通过与交流电源的零线和火线连接，以计量电量；
掉零线检测单元，其输入端与所述交流电源的零线和火线连接，其输出端与所述计量单元连接；
所述掉零线检测单元在根据所述零线的电流和所述火线的电流，确认所述计量单元与所述零线脱离时，基于所述火线的电流生成触发信号发送至所述计量单元，以触发所述计量单元进行电量计量。
进一步的，所述掉零线检测单元包括电压互感器；所述交流电源的零线和火线穿设于所述电压互感器的初级感应线圈内，以使所述掉零线检测单元的输入端与所述交流电源的零线和火线感应连接；所述电压互感器的次级与所述计量单元连接。
进一步的，所述掉零线检测单元还包括放大电路；所述放大电路的输入端与所述电压互感器的次级连接；所述放大电路的输出端与所述计量单元连接。
进一步的，所述掉零线检测单元还包括比较单路；所述比较电路的输入端与所述放大电路的输出端连接；所述比较电路的输出端与所述计量单元连接。
进一步的，所述掉零线检测单元包括感应供电单元，用于进行感应电流的稳压转换；所述感应供电单元的输入端与所述电压互感器的次级连接，所述感应供电单元的输出端与所述计量单元连接。
进一步的，所述感应供电单元包括整流电路及稳压电路；所述整流电路的输入端与所述电压互感器的次级连接；所述整流电路的输出端与所述稳压电路的输入端连接；所述稳压电路的输出端与所述计量单元连接。
进一步的，所述电量计量电路还包括储能器件，所述储能器件与所述计量单元连接。
进一步的，所述电压互感器的初级感应线圈的感应电流大于等于第一电流大小时，所述放大电路将所述感应电流放大后输送至所述比较电路，所述比较电路确定放大后的所述感应电流大于等于基准电流大小时，输送放大后的所述感应电流至所述计量单元，触发所述计量单元开启第一计量模式，并由所述储能器件为所述计量单元供电；所述第一计量模式指示所述计量单元仅具有电量计量功能。
进一步的，所述电压互感器的初级感应线圈的感应电流大于等于第二电流大小时，所述整流电路将所述感应电流转化为直流能量后输送至所述稳压电路，所述稳压电路将所述直流能量转化为供电电压后供给所述计量单元，以在所述供电电压大于所述储能器件的电压时旁路所述储能器件。
本申请提出一种电表，其包括如前述任一项所述的电量计量电路及封装所述电量计量电路的壳体。
上述的电量计量电路包括计量单元及掉零线检测单元，其中，计量单元通过与交流电源的零线和火线连接以计量电量；掉零线检测单元的输入端与交流电源的零线和火线连接，掉零线检测单元的输出端与计量单元连接；而且，掉零线检测单元在根据零线的电流和火线的电流，确认计量单元与零线脱离时，基于火线的电流生成触发信号发送至计量单元，触发计量单元进行电量计量。进而在掉零线工作状态下可以基于交流电源的火线电流及时唤醒计量单元进行电量计量，实现掉零线状态下的低功耗电量计量，保证电量计量性能。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一实施例示出的电量计量电路的电路图。
图2是根据又一实施例示出的电量计量电路的电路图。
附图标号说明：
100、电量计量电路；1、计量单元；2、掉零线检测单元；21、电压互感器；211、初级感应线圈；212次级；22、放大电路；23、比较电路；24、感应供电单元；241、整流电路；242、稳压电路；3、交流电源；31、零线；32、火线；4、储能器件；5、交流/直流转换器；6、电压转换器。
具体实施方式
体现本申请特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本申请能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本申请的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本申请。
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
参阅图1和图2所示，本实施例提供的电量计量电路100包括计量单元1及掉零线检测单元2，计量单元1可以是微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)，也可以是其它具有计量功能的电子器件。
计量单元1通过与交流电源3的零线31和火线32连接以计量电量；掉零线检测单元2的输入端与交流电源3的零线31和火线32连接，掉零线检测单元2的输出端与计量单元1连接；而且，掉零线检测单元2在根据零线31的电流和火线32的电流，确认计量单元1与零线31脱离时，基于火线32的电流生成触发信号发送至计量单元1，触发计量单元1进行电量计量。
电量计量电路在不上电的情况下，很难触发计量单元进行掉电计量，而且如果靠电池或者超级电容等储能器件来维持，唤醒计量单元进行计量时储能器件功耗较大，使得储能器件很难维持较长时间，进而会导致电量计量电路的掉零线计量功耗大，计量性能较差。
掉零线检测单元2在根据零线31的电流和火线32的电流，确认计量单元1与零线31脱离时，可以基于火线32的电流生成触发信号说明电量计量电路100处于掉零线工作状态下。进而在掉零线工作状态下，掉零线检测单元2基于交流电源3的火线32电流及时唤醒计量单元1进行电量计量，实现掉零线状态下的低功耗电量计量，保证电量计量性能。
本示例的实施方式中，交流电源3为电网，即该电网为向用户提供交流电的供电网络。可以理解，其它实施方式中交流电源3也可以是其它提供交流电的电源。
掉零线检测单元2在根据零线31的电流和火线32的电流，，确认计量单元1与零线31脱离时，基于火线32的电流生成触发信号的方式可以是分别在火线和零线上设置电流检测元件，当零线没有电流回流而火线有电流流出时，基于火线的电流检测元件生成触发信号；也可以是通过采用电压互感器的初级感应线圈进行触发信号生成。
本示例的实施方式中，掉零线检测单元2包括电压互感器21；交流电源3的零线31和火线32穿设于电压互感器21的初级感应线圈211内，即交流电源3的零线31和火线32从初级感应线圈211的一端穿入并且从另一端穿出后形成电量计量电路100供负载7的输入端与输出端连接的火线和零线接口，此时电压互感器21以作为电量计量单元100的输入端的一部分，使掉零线检测单元2的输入端与交流电源3的零线31和火线32感应连接。
这样当交流电源3的火线32和零线31中均有电流流过(即说明未处于掉零线工作状态，而是正常工作)时，由于火线32和零线31中电流大小相等且方向相反，初级感应线圈211中感应的能量互相抵消，没有感应电流。
当交流电源3的火线32中有电流流过，而零线31中没有电流流过(即说明处于掉零线工作状态，可能是用户将电量计量电路100的火线接口接负载7的正极，负载7的负极直接接地，使得负载7直接用电工作，存在窃电的风险)时，火线32和零线31中流过的电流不相等，初级感应线圈211会感应出对应的能量，形成感应电流。
负载7是为用户的用电设备，例如照明灯、空调、冰箱、电视、电脑等设备。电压互感器21(Potential Transformer简称PT，Voltage Transformer简称VT)的次级212与计量单元1连接，可以将初级感应线圈211感应出的感应电流输送至计量单元。
电压互感器21的次级与计量单元1的连接可以是直接连接，也可以是通过其它电路间接连接。
本示例的实施方式中，掉零线检测单元2还包括放大电路22；放大电路22的输入端与电压互感器21的次级212连接；放大电路22的输出端与计量单元1连接。这样电压互感器21的初级感应线圈211感应出感应电流后，放大电路可以进行放大后，发送至计量单元1，在感应电流较小的情况下也可以及时唤醒计量单元1。
放大电路22的输出端与计量单元1的连接可以是直接连接，也可以是通过其它电路间接连接。
本示例的实施方式中，掉零线检测单元2还包括比较单路23；比较电路23的输入端与放大电路22的输出端连接；比较电路23的输出端与计量单元1连接。这样比较电路可以将放大电路22放大后的感应电流和基准电流进行比较，当放大后的感应电流大于等于基准电流时，输出给计量单元1的电路，即在保证可以触发计量单元1成功之时，输送放大后的感应电流进行计量单元1的触发。
进一步的，掉零线检测单元2包括感应供电单元24，用于进行感应电流的稳压转换；感应供电单元24的输入端与电压互感器21的次级212连接，感应供电单元24的输出端与计量单元1连接，进而，感应供电单元24可以在电压互感器21的次级212输出的感应电流足够大时，通过稳压转换为稳定电压为计量单元供电。其中该感应供电单元24可以是任意现有的将感应出的交流能量稳压转化为稳定电压的器件。
本示例的实施方式中，感应供电单元24包括整流电路241及稳压电路242；整流电路241的输入端与电压互感器21的次级连接；整流电路241的输出端与稳压电路242的输入端连接；稳压电路242的输出端与计量单元1连接。进而，电压互感器21的次级212输出的感应电流通过整流电路241转化为直流能量，然后由稳压电路242转化为稳定的电压给计量单元1供电。其中，整流电路241可以是现有的任意将交流能量通过整流器件或电路；稳压电路242可以是现有的任意将整流出来的直流能量通过稳压器件或电路。
电量计量电路100还包括储能器件4，该储能器件4与计量单元1连接，可以为计量单元1提供掉零线工作状态下的电能。该储能器件4可以是电池或者或者超级电容等器件，本示例的实施方式中采用电池。
基于前述实施方式，第一实施例中，电压互感器21的初级感应线圈211的感应电流大于等于第一电流大小时，通过次级212传输至放大电路22后，放大电路22将感应电流放大后输送至比较电路23，然后，比较电路23确定放大后的感应电流大于等于基准电流大小时，输送放大后的感应电流至计量单元1，触发计量单元1开启第一计量模式，并由储能器件4为计量单元1供电；该第一计量模式指示计量单元1仅具有电量计量功能(即计量单元1只做计量电能，不显示，也不出脉冲)。
第二实施例中，电压互感器21的初级感应线圈211的感应电流大于等于第二电流大小时(第二电流大小大于第一电流大小)，感应电流经次级212输送至整流电路241，整流电路241将感应电流转化为直流能量后输送至稳压电路242，然后，稳压电路242将直流能量转化为稳定的供电电压后供给计量单元1(此时计量单元1任然处于第一计量模式)，并在供电电压大于储能器件4的电压时储能器件4被旁路，此时计量单元1的供电则实现了自给自足，不再消耗储能器件的电量。
第三实施例中，电压互感器21的初级感应线圈211的感应电流大于等于第三电流大小(门限电流大小，第三电流大小大于第二电流大小)直到最大计量电流大小时，感应电流经次级212输送至整流电路241，整流电路241将感应电流转化为直流能量后输送至稳压电路242，然后，稳压电路242将直流能量转化为稳定的供电电压后供给计量单元1，此时，计量单元1处于第二计量模式(也即正常计量模式，计量单元1可以计量电能，还可以正常显示，脉冲灯正常出脉冲)。
通过以上的第一实施例至第三实施例实现掉零线状态下的电量计量分布管理，每个电流量程阶段都实现低功耗计量，实现电量计量电路全电流量程的掉零线低功耗计量。
一种实施例中，电量计量电路100还包括与交流电源3的火线32和零线31直接连接的交流/直流转换器(AC/DC转换器)，与交流/直流转换器(AC/DC转换器)的输出端连接的电压转换器(DC/DC转换器)，且电压转换器(DC/DC转换器)的输出端与计量单元1连接。交流/直流转换器(AC/DC转换器)将交流电源3的火线32和零线31的交流电转换为直流，然后电压转换器(DC/DC转换器)将其转化为稳定电压为计量单元1在未掉零线状态下(即电量计量单元的火线接口输出电流后，零线接口有电流流入)供电。进而，电表在掉零线状态和未掉零下状态下都可以正常的进行电量计量。
同样的，电表在不上电的情况下，很难触发计量单元进行掉电计量，而且如果靠电池或者超级电容等储能器件来维持，唤醒计量单元进行计量时储能器件功耗较大，使得储能器件很难维持较长时间，进而会导致电表的掉零线计量功耗大，计量性能较差。
因此，本申请还提供一种电表，该电表包括前述实施例中的电量计量电路100及封装电量计量电路100的壳体，电量计量电路100可以设置为电路板的一部分。该电表可以是为用户提供计量、显示、负载控制、通讯等功能的设备。该电表与负载连接的火线和零线接口与电量计量单元100的火线和零线接口对应，进而可以实现电表全电流量程的掉零线低功耗计量，有效提升电表的计量性能。
虽然已参照以上典型实施方式描述了本申请，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本申请能够以多种形式具体实施而不脱离申请的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种电量计量电路，其特征在于，包括：
计量单元，通过与交流电源的零线和火线连接，以计量电量；
掉零线检测单元，其输入端与所述交流电源的零线和火线连接，其输出端与所述计量单元连接；
所述掉零线检测单元在根据所述零线的电流和所述火线的电流，确认所述计量单元与所述零线脱离时，基于所述火线的电流生成触发信号发送至所述计量单元，以触发所述计量单元进行电量计量；
所述掉零线检测单元包括电压互感器、放大电路及比较电路；所述交流电源的零线和火线穿设于所述电压互感器的初级感应线圈内，以使所述掉零线检测单元的输入端与所述交流电源的零线和火线感应连接；所述电压互感器的次级与所述计量单元连接；所述放大电路的输入端与所述电压互感器的次级连接；所述放大电路的输出端与所述计量单元连接；所述比较电路的输入端与所述放大电路的输出端连接；所述比较电路的输出端与所述计量单元连接。
2.如权利要求1所述的电量计量电路，其特征在于，所述掉零线检测单元包括感应供电单元，用于进行感应电流的稳压转换；所述感应供电单元的输入端与所述电压互感器的次级连接，所述感应供电单元的输出端与所述计量单元连接。
3.如权利要求2所述的电量计量电路，其特征在于，所述感应供电单元包括整流电路及稳压电路；所述整流电路的输入端与所述电压互感器的次级连接；所述整流电路的输出端与所述稳压电路的输入端连接；所述稳压电路的输出端与所述计量单元连接。
4.如权利要求3所述的电量计量电路，其特征在于，所述电量计量电路还包括储能器件，所述储能器件与所述计量单元连接。
5.如权利要求4所述的电量计量电路，其特征在于，所述电压互感器的初级感应线圈的感应电流大于等于第一电流大小时，所述放大电路将所述感应电流放大后输送至所述比较电路，所述比较电路确定放大后的所述感应电流大于等于基准电流大小时，输送放大后的所述感应电流至所述计量单元，触发所述计量单元开启第一计量模式，并由所述储能器件为所述计量单元供电；所述第一计量模式指示所述计量单元仅具有电量计量功能。
6.如权利要求5所述的电量计量电路，其特征在于，所述电压互感器的初级感应线圈的感应电流大于等于第二电流大小时，所述整流电路将所述感应电流转化为直流能量后输送至所述稳压电路，所述稳压电路将所述直流能量转化为供电电压后供给所述计量单元，以在所述供电电压大于所述储能器件的电压时旁路所述储能器件。
7.一种电表，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的电量计量电路及封装所述电量计量电路的壳体。
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