CN112285416A - 一种电能表检测电路及智能电表 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电能表检测电路及智能电表，所述电能表检测电路包括：高压检测单元；低压检测单元；主控单元；所述主控单元的输入端分别与高压检测单元、低压检测单元的输出端连接，所述高压检测单元用于电表掉电判断、上电判断，所述低压检测单元用于控制电表上电工作；所述检测电路内设有高压整流电路和高压分压电路，其中所述高压整流电路和高压分压电路内较少电容设置，采用高压电平信号使得检测信号传输时更加快速，降低电表掉电的响应时间，提高电能表检测数据的可靠性，可以避免因为掉电保持时间不够产生的额外的电池功耗，无需配置大容量电解电容即可配置掉电拉闸，节约检测电路成本。
Description
技术领域
本发明涉及电路领域，特别涉及一种电能表检测电路及智能电表。
背景技术
现有智能电表大多采用内部低压直流电源分压电路判断上下电，即：将系统12V直流电源分压至1.25V～3.30V左右，输出到MCU的内置ADC或比较器中，当系统发生掉电时，该分压信号低于MCU设置的上下电阈值，进而使单片机系统触发掉电中断，进入低功耗模式。现有的低压直流电源分压电路主要存在以下两个问题：一、智能电表系统响应时间长，不利于掉电时的数据保存，难以配置掉电拉闸。从掉电事件发生，到系统检测到掉电一般有500-1500ms的延时，而系统3.3V的掉电后保持时间一般在300-2000ms左右，现有解决该问题的技术方案是设置大容量的电解电容，因此成本较高。二、系统判断上电、掉电一般不存在迟滞区间或迟滞区间窄。当欠压或窃电事件发生时，表计12V直流电源有可能在设定的掉电阈值上下反复波动，使表计反复复位，无法正常进行检测计量，使得检测数据无法正常保存，可能造成用户用电不被计费的现象。
发明内容
本发明其中一个目的在于提供一种电能表检测电路及智能电表，所述检测电路内设有高压整流电路和高压分压电路，其中所述高压整流电路和高压分压电路内较少电容设置，采用高压电平信号使得检测信号传输时更加快速，降低电表掉电的响应时间，提高电能表检测数据的可靠性，可以避免因为掉电保持时间不够产生的额外的电池功耗，无需配置大容量电解电容即可配置掉电拉阀，节约检测电路成本。
本发明另一个目的在于提供一种电能表检测电路及智能电表，所述检测电路设置迟滞比较电路，通过迟滞比较电路可设置迟滞比较区间，从而可以避免电能表在欠压、窃电、强电磁干扰状态下反复复位，从而可以检测到更精准的检测数据，同时可提高电表的使用寿命。
本发明另一个目的在于提供一种电能表检测电路及智能电表，所述检测电路内还设有光耦元件，通过所述光耦元件使得所述电能表具有较高的共模抑制能力，可有效地减少检测信号受到外界电压电流的干扰。
为了实现至少一个上述发明目的，本发明进一步提供一种电能表检测电路，包括：
高压检测单元；
低压检测单元；
主控单元；
所述主控单元的输入端分别与高压检测单元、低压检测单元的输出端连接，所述高压检测单元用于电表掉电判断、上电判断，所述低压检测单元用于控制电表上电工作。
根据本发明其中一个较佳实施例，所述高压检测单元包括高压整流电路、高压分压电路、光耦传输电路、迟滞比较电路；
其中所述高压整流电路的输出端与高压分压电路的输入端连接，所述高压分压电路的输出端与光耦传输电路的输入端连接，所述光耦传输电路的输出端与迟滞比较电路的输入端连接，所述迟滞比较电路的输出端与主控单元的输入端连接。
根据本发明其中一个较佳实施例，所述高压整流电路包括第一二极管至第十七二极管共十七个二极管，其中所述第一二极管至第十六二极管连接组成三相全波整流电路，用于形成三相全波整流电流；
其中所述第二二极管负极、第六二极管负极、第十二极管负极、第十四二极管负极共同与第十七二极管的正极、高压分压电路的输入端连接，所述第十七二极管的负极与直流电网正极连接，所述第四二极管正极、第八二极管正极、第十二二极管正极、第十六二极管正极与高压整流电路网络HVGND连接，所述直流电网正极和高压整流电路网络HVGND与电能表开关电源的输入电容连接。
根据本发明其中一个较佳实施例，所述高压分压电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；所述第一电阻的第一端与所述高压整流电路的输出端连接，所述第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与光耦传输电路的输入端连接。
根据本发明其中一个较佳实施例，所述光耦传输电路包括第一光耦、第六电阻、第七电阻、第一电容；所述第一光耦的A级与高压分压电路的输出端连接，K级与高压整流电路网络HVGND连接，集电极与所述第七电阻第二端、第一电容第一端、迟滞比较电路输入端连接，所述第七电阻第一端与第六电阻第二端连接，所述第六电阻第一端与供电电源网络MVDD连接，供电电源网络MVDD与主控单元输出端连接，所述第一光耦的发射极与第一电容第二端、信号地连接。
根据本发明其中一个较佳实施例，所述迟滞比较电路包括第八电阻、第九电阻、第一比较器和第十电阻。所述第八电阻的第一端与光耦传输电路的输出端、第一比较器的反相输入端连接，第八电阻的第二端与信号地连接，所述第九电阻第一端与参考电压连接，第九电阻第二端与第一比较器的同相输入、第十电阻的第一端连接，所述第十电阻的第二端与第一比较器的输出端、主控单元的输入端连接，所述第一比较器的第八端与供电电源网络MVDD连接，第四端与电源地连接。
根据本发明其中一个较佳实施例，所述低压分压电路包括第十一电阻、第十二电阻和第二电容。所述第十一电阻的第一端与12V电源连接，第十一电阻的第二端与第十二电阻的第一端、第二电容的第一端、主控单元的输入端连接，第十二电阻的第二端、第二电容的第二端与信号地连接。
根据本发明其中一个较佳实施例，所述第一比较器还设有上门限阈值，若高压检测单元输入的高压差分信号高于所述上门限阈值，则所述第一比较器翻转输出低电平信号，用于触发所述主控单元MCU掉电中断。
根据本发明其中一个较佳实施例，所述第一比较器还设有下门限阈值，若高压检测单元输入的高压差分信号低于所述下门限阈值，则所述第一比较器翻转输出高电平信号，用于触发所述主控单元MCU上电。
为了实现至少一个上述发明目的，本发明进一步提供一种智能电表，所述智能电表采用上述电能表检测电路。
附图说明
图1显示的是本发明一种电能表检测电路的模块示意图；
图2显示的是本发明一种电能表检测电路中高压检测单元的电路结构示意图；
图3显示的是本发明一种电能表检测电路中低压检测单元的电路结构示意图；
图4显示的是本发明一种电能表检测电路中主控MCU结构示意图。
其中，
第一二极管-D1,第二二极管-D2,第三二极管-D3,第四二极管-D4，第五二极管-D5，第六二极管-D6，第七二极管-D7，第八二极管-D8，第九二极管-D9，第十二极管-D10，第十一二极管-D11，第十二二极管-D12，第十三二极管-D13，第十四二极管-D14，第十五二极管-15，第十六二极管-D16，第十七二极管-D17，第一电阻-R1，第二电阻-R2，第三电阻-R3，第四电阻-R4，第五电阻-R5，第六电阻-R6，第七电阻-R7，第八电阻-R8，第九电阻-R9，第十电阻-R10，第十一电阻-R11，第十二电阻-R12，第一电容-C1，第二电容-C2，第一光耦-UP1，第一比较器-UC1A。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
请结合图1-4，本发明提供的一种电能表检测电路包括高压检测单元、低压检测单元和主控单元MCU，其中所述主控单元MCU输入端分别和所述高压检测单元输出端、低压检测输出端连接。具体的，所述主控单元MCU输入端包括MVDD引脚、LVDIN引脚和INT_LVD引脚分别连接MVDD供电电源网络、LVDIN低压电源网络和INT_LVD信号传输电源网络，分别用于传输MVDD信号、LVDIN信号和INT_LVD信号，其中所述MVDD信号为门电路供电信号，用于控制所述高压检测单元的使能工作，所述LVDIN信号为低压分压信号，用于判断主控单元MCU是否上电，所述INT_LVD信号为高压上下电信号，用于执行高压上下电操作。所述主控单元MCU获取所述LVDIN信号和INT_LVD信号，并对所述高压检测单元输出MVDD信号以控制所述高压检测单元的使能工作。
值得一提的是，所述高压检测单元包括高压整流电路、高压分压电路、光耦传输电路、迟滞比较电路。高压整流电路的输出端与高压分压电路的输入端连接，所述高压分压电路的输出端与光耦传输电路的输入端连接，所述光耦传输电路的输出端与迟滞比较电路的输入端连接，所述迟滞比较电路的输出端与主控单元的输入端连接。具体的请参考图2，所述高压整流电路包括多个二极管，所述高压整流电路包括第一二极管D1至第十七二极管D17，共十七个二极管，高压分压电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，其中第一电阻R1的第一端与高压整流电路的输出端连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端与第三电阻R3的第一端连接，所述第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端连接，所述第四电阻R4的第二端与第五电阻R5的第一端连接，所述第五电阻R5的第二端与光耦传输电路的输入端连接。所述光耦传输电路包括第一光耦UP1、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1，迟滞比较电路包括第八电阻R8、第九电阻R9、第一比较器UC1A和第十电阻R10。所述第一光耦优选光电三极管型，其中所述第一光耦UP1具有A极、K极、发射极和集电极，所述第一光耦UP1的A极与高压分压电路的输出端连接，K极与高压整流电路的高压电源网络HVGND连接，集电极与第七电阻R7第二端、第一电容C1第一端、迟滞比较电路输入端连接，第七电阻R7第一端与第六电阻R6第二端连接，第六电阻R6第一端与供电电源网络MVDD连接，供电电源网络MVDD与主控单元MCU输出端连接，由主控单元MCU推挽输出控制模块电路是否使能。
其中所述第一光耦UP1的发射极分别与第一电容C1第二端、信号地连接。第八电阻R8的第一端与光耦传输电路的输出端、第一比较器UC1A的反相输入端连接，第八电阻R8的第二端与信号地连接，所述第九电阻R9第一端与参考电压Vref连接，第九电阻R9的第二端与第一比较器UC1A的同相输入端、第十电阻R10的第一端连接，所述第十电阻R10的第二端与第一比较器UC1A的输出端、主控单元MCU的输入端连接，所述第一比较器UC1A的第八端与供电电源网络MVDD连接，第四端与电源地连接。所述第一光耦UP1和第一比较器UC1A的电路连接结构可使得所述主控单元MCU获取的MVDD信号、LVDIN信号和INT_LVD信号更加快速和稳定，可以有效避免电能表在欠压、窃电、强电磁干扰状态下反复复位，从而可以检测到更精准的检测数据。
值得一提的是，所述高压整流电路中的第二二极管D2、第六二极管D6、第十二极管D12、第十四二极管D14的负极共同与第十七二极管D17的正极、高压分压电路的输入端连接，用于将整形后的高压交流电提供给高压分压电路，第十七二极管D17用于避免掉电后开关电源输入电容反充电引起的检测延时。第十七二极管D17的负极与直流电源网络DC+连接，所述第四二极管D4、第八二极管D8、第十二二极管D12、第十六二极管D16的正极与高压电源网络HVGND连接，所述直流电源网络DC+、高压电源网络HVGND与电能表开关电源的输入电容连接。
所述低压检测单元包括低压分压电路，具体请参考附图3，所述低压分压电路包括第十一电阻R11、第十二电阻R12和第二电容C2。所述第十一电阻R11的第一端与12V电源连接，第十一电阻R11的第二端与第十二电阻R12的第一端、第二电容C2的第一端、主控单元MCU的输入端连接，第十二电阻R12的第二端、第二电容C2的第二端与信号地连接。高压检测单元的输出端通过信号传输电源网络INT_LVD接入主控单元MCU的GPIO1引脚，低压检测单元的输出端通过低压电源网络LVDIN接入主控单元MCU的GPIO2引脚，主控单元MCU的输出端通过供电电源网络MVDD与高压检测单元连接，控制该单元是否使能工作。
为了更好地说明本发明的技术效果，本发明进一步提供一种电路检测方法，所述方法包括如下步骤：
将交流电输入所述高压检测单元，所述高压检测单元的高压整流电路和高压分压电路将交流电整流、分压后形成半波(单相电)或六头波(三相电)波形的电流，该电流驱动第一光耦UP1，所述第一光耦UP1输出衰减后的相对稳定的信号电流，所述信号电流通过第一电容平波、第六电阻R6和第七电阻R7上拉后形成低纹波模拟信号HV_LVDIN，其中所述低纹波模拟信号HV_LVDIN随着交流电压升高而降低。
所述低压分压电路内设有中断电压阈值，比如所述中断电压阈值可设置为0.9V，所述低压分压电路中的12V直流电源在经过第十一电阻R11和第十二电阻R12，分压后获取约为1.2V的低压分压信号LVDIN，该低压分压信号LVDIN为模拟信号，12V直流电源为开关电源输出信号，所述低压分压信号LVDIN用于上电信号判断和触发主控单元MCU的外部断电。需要说明的是，设置电网电源的正常电压上限阈值和下限阈值，一般设置正常电压的60％为下限阈值，设置正常电压的130％为上限阈值，若电网电源处于电压上限阈值和下限阈值之间，则所述电能表可以正常工作，所述高压检测单元的电平保持稳定状态，低压检测单元的电平保持稳定在中断阈值之上。
在本发明一个适用场景中，若电网停电或其他异常情况发生使电能表输入电压低于正常电压下限阈值时，低纹波模拟信号HV_LVDIN信号高于第一比较器UC1A的上门限阈值，第一比较器UC1A输出电平INT_LVD翻转生成低电平，进一步使得主控单元MCU触发掉电中断，进入掉电保存程序，所述电能表的计量、通信、显示等功能被关闭，掉电保存结束后迟滞比较电路UC1A的供电电源MVDD受主控MCU控制关闭，减少掉电功耗。其中当高压上下电信号INT_LVD翻转时开关电源输入电容电量未耗干，此时智能电表电源系统内有足够电量供系统做掉电保存、掉电拉闸。
若电网从停电开始上电时，电能表开关电源经短暂充电后开始输出稳定12V电源电压。当12V电源从0V上升到正常电压的下限阈值时，低压分压电路产生低压分压信号LVDIN，所述低压分压信号LVDIN触发主控单元MCU外部中断，主控单元MCU打开高压检测单元直流电源网络MVDD，仅当高压检测单元HV_LVD信号低于第一比较器的下门限阈值时，即INT_LVD输出为高电平时，智能电表执行上电操作。
智能电表内部设有供电电池，当电网停电时，所述智能电表处于睡眠模式，所述主控单元MCU仅RTC模块和上电检测唤醒模块保持工作，其工作电流在10uA以内。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明，本发明的目的已经完整并有效地实现，本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (10)
1.一种电能表检测电路，其特征在于，包括：
高压检测单元；
低压检测单元；
主控单元；
所述主控单元的输入端分别与高压检测单元、低压检测单元的输出端连接，所述高压检测单元用于电表掉电判断、上电判断，所述低压检测单元用于控制电表上电工作。
2.根据权利要求1所述的一种电能表检测电路，其特征在于，所述高压检测单元包括高压整流电路、高压分压电路、光耦传输电路、迟滞比较电路；
其中所述高压整流电路的输出端与高压分压电路的输入端连接，所述高压分压电路的输出端与光耦传输电路的输入端连接，所述光耦传输电路的输出端与迟滞比较电路的输入端连接，所述迟滞比较电路的输出端与主控单元的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种电能表检测电路，其特征在于，所述高压整流电路包括第一二极管至第十七二极管共十七个二极管，其中所述第一二极管至第十六二极管连接组成三相全波整流电路，用于形成三相全波整流电流；
其中所述第二二极管负极、第六二极管负极、第十二极管负极、第十四二极管负极共同与第十七二极管的正极、高压分压电路的输入端连接，所述第十七二极管的负极与直流电网正极连接，所述第四二极管正极、第八二极管正极、第十二二极管正极、第十六二极管正极与高压整流电路网络HVGND连接，所述直流电网正极和高压整流电路网络HVGND与电能表开关电源的输入电容连接。
4.根据权利要求3所述的一种电能表检测电路，其特征在于，所述高压分压电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；所述第一电阻的第一端与所述高压整流电路的输出端连接，所述第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与光耦传输电路的输入端连接。
5.根据权利要求2所述的一种电能表检测电路，其特征在于，所述光耦传输电路包括第一光耦、第六电阻、第七电阻、第一电容；所述第一光耦的A级与高压分压电路的输出端连接，K级与高压整流电路网络HVGND连接，集电极与所述第七电阻第二端、第一电容第一端、迟滞比较电路输入端连接，所述第七电阻第一端与第六电阻第二端连接，所述第六电阻第一端与供电电源网络MVDD连接，供电电源网络MVDD与主控单元输出端连接，所述第一光耦的发射极与第一电容第二端、信号地连接。
6.根据权利要求2所述的一种电能表检测电路，其特征在于，所述迟滞比较电路包括第八电阻、第九电阻、第一比较器和第十电阻。所述第八电阻的第一端与光耦传输电路的输出端、第一比较器的反相输入端连接，第八电阻的第二端与信号地连接，所述第九电阻第一端与参考电压连接，第九电阻第二端与第一比较器的同相输入、第十电阻的第一端连接，所述第十电阻的第二端与第一比较器的输出端、主控单元的输入端连接，所述第一比较器的第八端与供电电源网络MVDD连接，第四端与电源地连接。
7.根据权利要求2所述的一种电能表检测电路，其特征在于，所述低压分压电路包括第十一电阻、第十二电阻和第二电容，所述第十一电阻的第一端与12V电源连接，第十一电阻的第二端与第十二电阻的第一端、第二电容的第一端、主控单元的输入端连接，第十二电阻的第二端、第二电容的第二端与信号地连接。
8.根据权利要求2所述的一种电能表检测电路，其特征在于，所述第一比较器还设有上门限阈值，若高压检测单元输入的高压差分信号高于所述上门限阈值，则所述第一比较器翻转输出低电平信号，用于触发所述主控单元MCU掉电中断。
9.根据权利要求2所述的一种电能表检测电路，其特征在于，所述第一比较器还设有下门限阈值，若高压检测单元输入的高压差分信号低于所述下门限阈值，则所述第一比较器翻转输出高电平信号，用于触发所述主控单元MCU上电。
10.一种智能电表，其特征在于，所述智能电表采用上述权利要求1-9中任意一项所述的一种电能表检测电路。
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