CN112068468A - 电表的合闸控制电路及控制装置、电表 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种合闸控制电路及控制装置、电表。电表的合闸控制电路包括供电开关、阻抗检测单元、控制单元。供电开关串联于所述电表的输入端和输出端之间，所述用电侧阻抗与所述合闸开关串联后连接于所述主线路上；阻抗检测单元包括依次连接的阻抗采样电路、放大电路；所述阻抗采样电路用于采样用电侧阻抗上的电压；所述放大电路用于对该电压进行放大；控制单元包括模数转换电路，以及控制电路，所述模数转换电路用于对放大后的所述用电侧阻抗上的电压进行模数转换，所述控制电路根据模数转换结果，识别所述合闸开关切换至闭合时，控制所述供电开关闭合。本公开提高电表内供电开关响应用户合闸控制的有效性。

Description

电表的合闸控制电路及控制装置、电表

技术领域

本公开涉及计量领域，特别涉及一种电表的合闸控制电路及控制装置、电表。

背景技术

智能电表含有用于控制用户供电的供电开关，例如继电器。如果用户的用电负荷大于签订的用电功率时，或当用户欠费时，继电器会开闸，从而停止为该用户供电。当继电器断开后需要恢复供电时，为了安全考虑，需要得到用户的合闸指令继电器才能合闸。通常电表离用户的距离又比较远，因此无法通过电表按键来与电表进行交互。

在相关技术中，用户的合闸按钮位于用户的家中，当用户欲恢复供电而操作该合闸按钮时，用户侧的阻抗会发生变化，然而，这种变化通常是很微小的，导致了智能电表无法准确有效的识别合闸按钮的按下，从而无法及时控制继电器的合闸，影响了用户的正常用电。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的一个目的在于提高电表内供电开关响应用户合闸控制的有效性。

为解决上述技术问题，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的一个方面提出一种电表的合闸控制电路，包括：

供电开关，串联于所述电表的输入端和输出端之间，所述电表的输出端供用电侧主线路连接，其中，所述用电侧主线路上连接有阻抗与合闸开关，所述用电侧阻抗与所述合闸开关串联后连接于所述主线路上；

阻抗检测单元，包括依次连接的阻抗采样电路、放大电路；所述阻抗采样电路用于采样用电侧阻抗上的电压；所述放大电路用于对该电压进行放大；

控制单元，包括模数转换电路，以及控制电路，所述模数转换电路用于对放大后的所述用电侧阻抗上的电压进行模数转换，所述控制电路根据模数转换结果，识别所述合闸开关切换至闭合时，控制所述供电开关闭合。

根据本公开一实施例，所述阻抗采样电路包括与所述供电开关并联的第一分压电路，以及连接于所述用电侧主线路上的第二分压电路；当所述合闸开关闭合时，所述第二分压电路与所述用电侧阻抗并联；

当所述供电开关开闸时，所述第二分压电路两端的电压小于或等于预设的安全电压。

根据本公开一实施例，所述第二分压电路包括至少一个电阻、至少一个电容。

根据本公开一实施例，所述放大电路中的起放大作用的包括运算放大器；

其中，所述运算放大器的同相输入端与反相输入端分别与所述第二分压电路的两端连接，以放大所述第二分压电路的两端电压的差值。

根据本公开一实施例，所述放大电路包括运算放大器、同相端电阻、反相端电阻、静态点电路、反馈电路；

其中，所述第二分压电路的第一端通过所述同相端电阻连接至所述运算放大器的同相端；所述第二分压电路的第二端通过所述反相端电阻连接至所述运算放大器的反相端；

所述反馈电路连接于所述运算放大器的输出端和所述反相输入端之间；

所述静态点电路连接于所述运算放大器的同相端。

根据本公开一实施例，所述电表的合闸控制电路还包括第一调整电阻、第二调整电阻；

所述第一调整电阻连接于所述第二分压电路的第一端与所述同相端电阻之间；

所述第二调整电阻连接于所述第二分压电路的第二端与所述反相端电阻之间；

所述第一调整电阻、所述第二调整电阻、同相端电阻、反相端电阻、与静态点电路形成调整电路，以使传输到所述运算放大器的同相端与反相端的信号为共模差分信号。

根据本公开一实施例，所述运算放大器输出信号至少能够被10位的模数转换电路所识别。

根据本公开一实施例，所述控制电路为所述电表的主控芯片，所述电表还具有受控于所述主控芯片的计量芯片；

所述主控芯片的ADC引脚与所述运算放大器的输出端连接。

根据本公开的一个方面提出一种电表的合闸控制器，所述电表的合闸控制器用于控制电表中的供电开关合闸；

所述电表的合闸控制器包括所述的电表的合闸控制电路中的所述阻抗检测电路与控制电路。

根据本公开的一个方面提出一种电表，包括所述的电表的合闸控制电路。

本公开实施例通过设置包括有阻抗采样电路、放大电路的阻抗检测单元，用于检测用电侧阻抗上的电压，通过对用电侧阻抗上的电压进行放大，因此能够有效的被模数转换电路所识别，进而控制电路能够根据模数转换结果，确认所述合闸开关切换至闭合时，控制所述供电开关闭合，以恢复对用电侧设备的供电。因此本公开提高了供电开关响应用户合闸控制的有效性，保证对用户供电的可靠性。

并且，本公开方案中，放大电路用于对采样后的用电侧阻抗上的电压进行放大。放大后的用电侧阻抗上的电压能够被普通精度的ADC通道所识别，无需占用计量芯片的高精度ADC通道，从而有利于节省计量芯片的高精度ADC资源。

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的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1是根据一实施例示出的一种合闸控制电路的电路结构框图；

图2是根据一实施例示出的一种合闸控制电路的电路示意图；

图3是根据另一实施例示出的一种合闸控制电路的电路结构框图。

具体实施方式

尽管本公开可以容易地表现为不同形式的实施方式，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施方式，同时可以理解的是本说明书应视为是本公开原理的示范性说明，而并非旨在将本公开限制到在此所说明的那样。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本公开的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本公开的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

在附图所示的实施方式中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用于解释本公开的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本公开的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。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。

以下结合本说明书的附图，对本公开的较佳实施方式予以进一步地详尽阐述。

请参阅图1和图2，图1是根据一实施例示出的一种合闸控制电路的电路结构框图；图2是根据另一实施例示出的一种合闸控制电路的电路结构框图。

本实施例公开一种电表的合闸控制电路22，包括供电开关Q1、阻抗检测电路、控制电路22。供电开关Q1串联于所述电表的输入端和输出端之间，所述电表的输出端供用电侧的主线路连接，其中，所述用电侧包括负载与合闸开关Q2，所述负载与所述合闸开关Q2串联后连接于所述主线路上；阻抗检测电路包括依次连接的阻抗采样电路12、放大电路11；所述阻抗采样电路12用于采样用电侧的阻抗；所述放大电路11用于放大所述用电侧阻抗ZLOAD；控制电路22包括模数转换电路21，以及供电开关Q1控制电路22，所述模数转换电路21用于对放大后的所述用电侧阻抗ZLOAD进行模数转换，所述控制电路22根据模数转换结果，识别所述合闸开关Q2切换至闭合时，控制所述供电开关Q1闭合。

电表作为计量用户用电量的装置，一般连接于电源与用电侧主线路之间。电源可以是市电；用电侧主线路，用于供用户家中各个用电设备接入。通常各个用电设备通过并联的方式连接于主线路上。

在图2中，J1、J3是电表的输入端子，分别连接至电网的火线Lin、Nin上；L-LINE是电表内的火线，连接至供电开关Q1的一个触点上，N-LINE是电表内的火线，连接至供电开关Q1的另一个触点上。J2、J4是电表的输出端子，与用电侧的主线路连接。

供电开关Q1可以为继电器，继电器具有合闸状态和开闸状态。当处于合闸状态时，市电通过电表为用电侧负载供电。当处于开闸状态时，市电与用电侧负载断开，用电侧负载无法正常使用。

在此，称连接于主线路上的用电设备的阻抗之和为用电侧阻抗ZLOAD。应当理解，当供电开关Q1为开闸状态时，用电侧阻抗ZLOAD为无穷大。当合闸开关Q2闭合时，用电侧阻抗ZLOAD接入用户侧主线路上。

合闸开关Q2为用电侧的总开关，与用电侧阻抗ZLOAD串联连接，只有当供电开关Q1和合闸开关Q2均为闭合状态时，用电侧的设备才能够得到正常供电。当合闸开关Q2为打开状态时，用电侧阻抗ZLOAD为无穷大；合闸开关Q2从打开切换至闭合状态时，用电侧阻抗ZLOAD接入到检测电路中，此时用电侧阻抗ZLOAD为连接至用电侧主线路上用电设备的阻抗并联后的值。

因此，当合闸开关Q2从断开切换为闭合时，用电侧阻抗ZLOAD会发生变化。通过检测到用电侧阻抗ZLOAD的变化，从而可以确认用户按下了合闸开关Q2。进而可以控制供电开关Q1合闸，以恢复对用户正常供电。

本实施例中，设置了阻抗检测电路，用于检测用电侧阻抗ZLOAD。阻抗检测电路包括依次连接的阻抗采样电路12、放大电路11；所述阻抗采样电路12用于采样用电侧阻抗ZLOAD上的电压；所述放大电路11用于对采样后的用电侧阻抗ZLOAD上的电压进行放大。放大后的用电侧阻抗ZLOAD上的电压能够被普通精度的ADC通道所识别，无需占用计量芯片的高精度ADC通道，从而为有效准确的识别合闸开关Q2的切换动作提供了基础。

本实施例中的控制电路22包括模数转换电路21，以及供电开关Q1控制电路22，所述模数转换电路21用于对放大后的所述用电侧阻抗ZLOAD上的电压进行模数转换，所述控制电路22根据模数转换结果，识别所述合闸开关Q2切换至闭合时，控制所述供电开关Q1闭合。

在一实施例中，所述阻抗采样电路12包括与所述供电开关Q1并联的第一分压电路121，以及并联于所述用电侧主线路上的第二分压电路122。供电开关Q1有两个触点，分别位于零线和火线上，第一分压电路121有两个，分别串联于零线与火线上，且分别与供电开关Q1的两个触点并联。

第一分压电路121至少包括一个电阻，在一示例中，第一分压电路121包括多个电阻串联形成的电阻串，例如，图中的R2、R3、R4、R5形成的一个第一分压电路121串联于火线上，R16、R17、R18、R19形成的另一第一分压电路121串联于零线上。

第二分压电路122(R10)的两端分别连接于用电侧的零线和火线上。当合闸开关Q2闭合后，第二分压电路122与用电侧阻抗ZLOAD并联连接。当合闸开关Q2断开时，第二分压电路122的阻抗与一无穷大阻抗并联，因此总阻抗也为无穷大。当合闸开关Q2闭合时，第二分压电路122的阻抗与一有限阻抗并联，因此总阻抗相对下降。

在一实施例中，第二分压电路122包括连接形成分压网络的至少一个电阻、至少一个电容，以降低第二分压电路122的有功功耗，且对50Hz来说该分压网络的阻抗也比较低，这样在供电开关Q1开闸时，第二分压电路122分压得到的电压就比较小，由此可以保证用户的用电安全性。

其中，至少一个电阻、至少一个电容可以是串联连接；也可以是部分电阻与部分电容并联连接后形成分压支路，多个所述分压支路并联连接。

在一示例中，当所述供电开关Q1开闸时，所述第二分压电路122两端的电压小于或等于预设的安全电压。该预设的安全电压不大于25Vac。示意性的，第二分压电路122的总阻抗为25k欧姆左右。

应当理解，通过调整R2～R5、R16～R19、以及R10的阻值，能够实现第二分压电路122两端的电压小于或等于25Vac。

如前所述，当合闸开关Q2为打开状态时，用电侧的阻抗为无穷大，用电侧合闸开关Q2闭合时，估测用电侧最大阻抗能够达到10k欧姆；因此当用户操作合闸开关Q2闭合时，用电侧的阻抗由无穷大变化至10K时，对应的第二分压电路122两端的电压仅仅会发生微小的变化。

如此，在电表中只能采用计量芯片中的高精度24位的ADC通道才能够有效的识别，然而若是高精度ADC通道均被占用时，将无法实现对用电侧阻抗ZLOAD变化的检测。

因此，在本实施例中，进一步采用放大电路11对第二分压电路122两端的电压(也就是用电侧阻抗ZLOAD两端电压)进行放大。

具体的，在一实施例中，所述放大电路11中的放大单元为运算放大器U1，其中，所述运算放大器U1的同相输入端与反相输入端分别与所述第二分压电路122的两端连接。运算放大器U1通过将第二分压电路122两端的电压差值进行放大。

运算放大器U1的体积较小，便于集成于电路板上，有利于减小合闸控制电路22的体积。并且，运算放大器U1受环境温度等因素影响小，工作稳定，因此放大后的信号能够与用电侧阻抗ZLOAD具有较好的线性度，有利于提高对合闸开关Q2状态检测的准确性。

具体的，所述放大电路11包括运算放大器U1、同相端电阻、反相端电阻、静态点电路、反馈电路；其中，所述第二分压电路122的第一端通过所述同相端电阻连接至所述运算放大器U1的同相端；所述第二分压电路122的第二端通过所述反相端电阻连接至所述运算放大器U1的反相端；所述反馈电路连接于所述运算放大器U1的输出端和所述反相输入端之间；所述静态点电路连接于所述运算放大器U1的同相端。

请参阅图2，其中，同相端电阻为R11、反相端电阻为R15、静态电电路为直流电源VDD、电阻R7、电阻R1、电阻R6组成。直流电源VDD可以为3.3V。电阻R1与电阻R7之间的结点为静态点。电阻R6为平衡电阻。

反馈电路包括电阻R21、R15。通过调节R21、R15的阻值，而起到调节运算放大器U1放大倍数的目的。一般的，放大倍数的设置应使得当采样电压最大时不要超过的模数转换电路21的量程，采样电压最小时，还能使模数转换电路21有效识别。

其中，当合闸开关Q2处于开闸状态时，采样电压最大，对应为第二分压电路122两端的电压。当用电侧的合闸开关Q2处于闭合状态时，跨在主线路上的阻抗为对应为第二分压电路122R10与Rzload的并联后的总阻抗，如果Rzload为零时，此时采样电压最小(为零)。

应当理解，本公开的放大电路11不限于此，还可以通过基于三极管搭建而成的放大电路11。并且，同样是基于运算放大器U1的放大电路11，具体的电路形式可以在现有技术的范围内灵活变化。

进一步的，在电表的合闸控制电路22中，第二分压电路122两端的电压大约达到20～30V，而运放的工作电压仅为10V以下，因此为了保证运放能够正常的对第二分压电路122两端的电压差值进行放大。

请参阅图2和图3，其中图3是根据另一实施例示出的一种合闸控制电路的电路结构框图。

在一实施例中，设置所述电表的合闸控制电路22还包括第一调整电阻131、第二调整电阻132；所述第一调整电阻131连接于所述第二分压电路122的第一端与所述同相端电阻之间；所述第二调整电阻132连接于所述第二分压电路122的第二端与所述反相端电阻之间；所述第一调整电阻131、第二调整电阻132、同相端电阻、反相端电阻、与静态点电路形成调整电路13，以使传输到所述运算放大器U1的同相端与反相端的信号为共模差分信号。

请参阅图2，其中，第一调整电阻131有两个，分别为电阻R8、R9；第二调整电阻132有两个，分别为电阻R13、R14；其中，电阻R8、R9、R13、R14均具有较大的阻值，例如为1MΩ,因此第二分压电阻R10两端的电压经过第一调整电阻131、第二调整电阻132后，电压得以下降，从而适配于运放的工作范围区间。

控制单元20具体可以由模数转换电路21以及控制电路22组成，在另一实施例中，控制单元20是控制芯片U3(见图2)，例如MCU、CPU，内部集成有模数转换电路21以及控制电路22。其中的模数转换电路21的精度可以为10位、12位、14位、16位等。

在此控制电路22可以是整个电表的控制芯片，该控制芯片还用于控制电表内计量芯片的工作。

所述模数转换电路21用于对放大后的所述用电侧阻抗ZLOAD上的电压进行模数转换，所述控制电路22接收转换后的数字量，并据此判断合闸开关Q2是否发生了合闸动作。

在一实施例中，控制电路22若是检测到用电侧阻抗ZLOAD上的电压的变化量大于或等于预设阈值，则判定发生了合闸开关Q2发生了合闸动作。

在另一实施例中，控制电路22若是检测到用电侧阻抗ZLOAD上的电压下降至预设的电压范围内时，则判定合闸开关Q2发生了合闸动作。

当控制电路22判定合闸开关Q2发生了合闸动作后，便会控制供电开关Q1合闸，以恢复对用电侧的供电。

为了提高模数转换电路21输入信号的有效性，在一实施例中，还设置有滤波电路50，滤波电路50设置在运算放大器U1输出端与模数转换电路21输入端之间。滤波电路50用于滤除高频干扰信号，以净化运算放大器U1的输出电压。

具体的，在图2中，滤波电路50包括电阻R12、电容C2。

本公开实施例通过设置包括有阻抗采样电路12、放大电路11的阻抗检测单元10，用于检测用电侧阻抗ZLOAD上的电压，通过对用电侧阻抗ZLOAD上的电压进行放大，因此能够及时的被模数转换电路21所识别，进而控制电路22能够根据模数转换结果，识别所述合闸开关Q2切换至闭合时，控制所述供电开关Q1闭合。因此本公开提高了供电开关Q1的合闸灵敏性。

并且，本公开方案中，放大电路11用于对采样后的用电侧阻抗ZLOAD上的电压进行放大。放大后的用电侧阻抗ZLOAD上的电压能够被普通精度的ADC通道所识别，无需占用计量芯片的高精度ADC通道，从而有利于节省计量芯片的高精度ADC资源。

本公开还提出一种电表的合闸控制器，电表的合闸控制器用于控制电表中的供电开关Q1合闸；所述电表的合闸控制器包括上述实施例中的电表的合闸控制电路22中的所述阻抗检测单元10与控制单元20，而供电开关Q1位于电表内。

关于合闸控制器控制表中的供电开关Q1合闸的过程及合闸控制器中的阻抗检测单元10与控制单元20的实施例均参见上述实施例，在此不再赘述。

本公开还提出一种电表，包括所述的电表的合闸控制电路22。具体的，电表包括壳体，以及设置在壳体内的电路板，电路板上铺设有上述阻抗检测单元10和控制单元20。供电开关Q1可以为继电器。继电器设置于壳体内。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本公开，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。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，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 (10)

1.一种电表的合闸控制电路，其特征在于，包括：

供电开关，串联于所述电表的输入端和输出端之间，所述电表的输出端供用电侧主线路连接，其中，所述用电侧主线路上连接有阻抗与合闸开关，所述用电侧阻抗与所述合闸开关串联后连接于所述主线路上；

阻抗检测单元，包括依次连接的阻抗采样电路、放大电路；所述阻抗采样电路用于采样用电侧阻抗上的电压；所述放大电路用于对该电压进行放大；

控制单元，包括模数转换电路，以及控制电路，所述模数转换电路用于对放大后的所述用电侧阻抗上的电压进行模数转换，所述控制电路根据模数转换结果，识别所述合闸开关切换至闭合时，控制所述供电开关闭合。

2.根据权利要求1所述的电表的合闸控制电路，其特征在于，所述阻抗采样电路包括与所述供电开关并联的第一分压电路，以及连接于所述用电侧主线路上的第二分压电路；当所述合闸开关闭合时，所述第二分压电路与所述用电侧阻抗并联；

当所述供电开关开闸时，所述第二分压电路两端的电压小于或等于预设的安全电压。

3.根据权利要求2所述的电表的合闸控制电路，其特征在于，所述第二分压电路包括至少一个电阻、至少一个电容。

4.根据权利要求2所述的电表的合闸控制电路，其特征在于，所述放大电路中的起放大作用的包括运算放大器；

其中，所述运算放大器的同相输入端与反相输入端分别与所述第二分压电路的两端连接，以放大所述第二分压电路的两端电压的差值。

5.根据权利要求4所述的电表的合闸控制电路，其特征在于，所述放大电路包括运算放大器、同相端电阻、反相端电阻、静态点电路、反馈电路；

其中，所述第二分压电路的第一端通过所述同相端电阻连接至所述运算放大器的同相端；所述第二分压电路的第二端通过所述反相端电阻连接至所述运算放大器的反相端；

所述反馈电路连接于所述运算放大器的输出端和所述反相输入端之间；

所述静态点电路连接于所述运算放大器的同相端。

6.根据权利要求5所述的电表的合闸控制电路，其特征在于，所述电表的合闸控制电路还包括第一调整电阻、第二调整电阻；

所述第一调整电阻连接于所述第二分压电路的第一端与所述同相端电阻之间；

所述第二调整电阻连接于所述第二分压电路的第二端与所述反相端电阻之间；

所述第一调整电阻、所述第二调整电阻、同相端电阻、反相端电阻、与静态点电路形成调整电路，以使传输到所述运算放大器的同相端与反相端的信号为共模差分信号。

7.根据权利要求4所述的电表的合闸控制电路，其特征在于，所述运算放大器输出信号至少能够被10位的模数转换电路所识别。

8.根据权利要求4所述的电表的合闸控制电路，其特征在于，所述控制电路为所述电表的主控芯片，所述电表还具有受控于所述主控芯片的计量芯片；

所述主控芯片的ADC引脚与所述运算放大器的输出端连接。

9.一种电表的合闸控制器，其特征在于，所述电表的合闸控制器用于控制电表中的供电开关合闸；

所述电表的合闸控制器包括如权利要求1至8任意一项所述的电表的合闸控制电路中的所述阻抗检测电路与控制电路。

10.一种电表，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的电表的合闸控制电路。

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