CN1987488A - 电能计量芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明一种电能计量芯片，包括：电压电流采样及模数转换模块，用于将两路输入模拟信号转换为高精度两路数字信号；功率计算模块，用于将所述模数转换模块输出的两路信号经滤波后相乘，并将相应乘积结果滤波后再转换为乘积脉冲信号输出；能量计算模块，用于对功率计算模块输出的乘积脉冲进行计数，计数的结果即表示电能；上电复位及时钟单元，用于保持所述电能计量芯片在稳定的时钟输入及稳定电压情况下稳定工作，当电压非正常时，所述电能计量芯片内部电路将进入相应复位状态；参考电压源，用于为所述电能计量芯片提供稳定的参考电压。本发明采用单芯片即可完成电能的计量，极大的简化了电子式电能表的设计，非常适合电子式电能表的应用。
Description
【技术领域】
本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种电能计量芯片。
【背景技术】
我国是一个电能表应用大国，每年全国需求约3000万台，目前我国的电能表主要有机械电能表、机电一体化电能表及全电子式电能表。由于电子工艺的发展与进步以及电能表技术的发展，全电子式电能表的可靠性、稳定性、经济性都有了极大的提高，目前全电子式电能表所占市场份额在70％左右，由于电能表牵涉到千家万户，根据市场需求，电能表需要进一步增加功能，提高可靠性。
在目前的主流单相电能表，如图1所示，采用电能计量加脉冲计数器的结构，该方案包括电能计量模块及步进电机计数器，该方案在电能计量芯片中直接将功率转换为脉冲信号，由脉冲信号驱动步进计数器进行电能计数。方案非常简单，但步进脉冲计数器存在一些缺点，如计数器由于故障卡字，不能够正常计量电能等。
而且，使用脉冲计数器的电能表存在抄表不方便，不能够自动抄表，为了抄表要耗费大量的人力、物力，这降低了工作效率，增加了浪费。
为了解决电能表的缺点，目前有一些解决方案，如图2所示分立元件方法，该方案需要至少三～五颗芯片，包括电能计量芯片、单片机、外接存储器、LCD显示驱动芯片以及RS485等通讯接口芯片。该方法将电能计量芯片的脉冲输入单片机，由单片机完成电能计数，由单片机将电能数据存储到外接的存储芯片中，并由单片机控制LCD显示驱动芯片，将电能数据显示在显示器上。其RS485等通讯接口可以完成电能数据传送等功能，可以实现自动抄表功能。
为了解决分立元件的方案带来的问题，中国实用新型专利公告号CN1490626A提供了一种复费率电能表专用芯片，其原理图如图3所示，在单芯片中集成了前述分立元件的所有功能，虽然该方案可以解决分立元件电能表带来的问题，但它同时引入新的缺点：芯片功能复杂，芯片的制造工艺也复杂，这就不能够很好的降低芯片成本，这降低了电能表的经济性。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：提供一种电能计量芯片，解决脉冲计数器的卡字问题，降低电能表的设计复杂度，提高经济性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电能计量芯片，包括：
电压电流采样及模数转换模块，用于将两路输入模拟信号转换为高精度两路数字信号；
功率计算模块，用于将所述模数转换模块输出的两路信号经滤波、相位调整后相乘，并将乘积结果滤波后转换为周期脉冲信号输出，其中，该电能计量芯片还包括：
能量计算模块，用于对功率计算模块输出的乘积脉冲进行计数，计数的结果即表示电能；
上电复位及时钟单元，用于保持所述电能计量芯片在稳定的时钟输入及稳定电压情况下稳定工作，当电压非正常时，所述电能计量芯片内部电路将进入相应复位状态。
参考电压源，用于为所述电能计量芯片提供稳定的参考电压。
上述技术方案的进一步改进在于：该电能计量芯片还包括一显示驱动模块，用于将所述显示能量计算模块的计算结果传送至显示设备显示。
上述技术方案的进一步改进在于：该电能计量芯片还包括一能量数据存储模块，用于储存所述显示能量计算模块的计算结果。
上述技术方案的进一步改进在于：该电能计量芯片还包括一通讯与控制接口，用于实现所述显示能量计算模块的计算结果与所述电能计量芯片外围装置间的数据交换；
上述技术方案的进一步改进在于：该通讯与控制接口控制能量计算模块中功率一脉冲转换中的脉冲常数可以通过芯片的通讯控制接口来控制。
上述技术方案的进一步改进在于：该功率计算模块包括滤波电路、相位调整电路及乘法器，所述滤波电路、相位调整电路分别连接于所述乘法器的两输入端。
本发明的有益效果是：本发明电能计量芯片包括电压电流采样及数模转换模块、功率计算模块、能量计算模块、上电复位及时钟单元、参考电压源，从而可实现芯片内电能的计量，解决了传统采用脉冲计数器易出现卡字的问题，降低了电能表的设计复杂度，提高了经济性。
同时，本发明电能计量芯片还包括显示驱动模块、能量数据存储模块、通讯与控制接口，从而表示电能数据的计量结果可存储在非易失储存器中，并且可通过显示驱动模块驱动外部的显示器显示能量数据或通过芯片中的通讯及控制接口完成电能数据的读取，实现电能表的抄表功能，因而非常适合于电子式电能表的应用。
【附图说明】
图1是一种现有电能计量芯片的原理框图。
图2是一种现有多功能电能表原理框图。
图3是一种现有多功能电能计量芯片的原理方框图。
图4是本发明电能计量芯片的原理方框图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图4所示，本发明电能计量芯片一种电能计量芯片，包括电压电流采样及数模转换模块、功率计算模块、能量计算模块、上电复位及时钟单元、参考电压源。
该电压电流采样及模数转换模块，用于将两路输入模拟信号转换为高精度两路数字信号；
该功率计算模块，用于将所述模数转换模块输出的两路信号相乘，并经滤波输出乘积脉冲信号，该功率计算模块包括滤波电路、相位调整电路及乘法器，所述滤波电路、相位调整电路分别连接于所述乘法器的两输入端；
该电压电流采样及模数转换模块用于将两路输入模拟信号转换为盖精度两路数字信号；
该功率计算模块用于将所述模数转换模块输出的两路信号相乘，并经滤波输出乘积脉冲信号，其特征在于：该电能计量芯片还包括：
该能量计算模块，用于对功率计算模块输出的乘积脉冲进行计数，计数的结果即表示电能；
该上电复位及时钟单元，用于保持所述电能计量芯片在稳定的时钟输入及稳定电压情况下稳定工作，当电压非正常时，所述电能计量芯片内部电路将进入相应复位状态；
参考电压源，用于为所述电能计量芯片提供稳定的参考电压，以使芯片能够满足电能计量的相关标准规定。
该电能计量芯片还包括一显示驱动模块，用于将所述显示能量计算模块的计算结果传送至显示设备显示。
该电能计量芯片还包括一能量数据存储模块，用于储存所述显示能量计算模块的计算结果。
该电能计量芯片还包括一通讯与控制接口，用于实现所述显示能量计算模块的计算结果与所述电能计量芯片外围装置间的数据交换，该通讯与控制接口控制能量计算模块中功率-脉冲转换中的脉冲常数可以通过芯片的通讯控制接口来控制。
该电能计量芯片还包括一工作时，先将输入两路模拟信号(电流信号/电压信号)进行高精度的模数转换(ADC)，
然后，将高精度的数字信号后直接送入功率计算模块，在进行功率计算时，要对每路数据进行滤波、相位调整后再计算功率，
将功率数据低通滤波后转换脉冲信号输出至电能计量模块，其中功率-脉冲转换时的脉冲常数可以通过芯片的通讯控制接口来控制。
随后，电能计数模块将功率计算模块来的脉冲进行计数，计数的结果即表示电能，芯片对电能数据进行实时储存，同时可以通过显示驱动模块驱动输出或通过通讯接口输出电能数据。
本发明电能计量芯片包括电压电流采样及数模转换模块、功率计算模块、能量计算模块、上电复位及时钟单元，从而可实现芯片内电能的计量，解决了传统采用脉冲计数器易出现卡字的问题，降低了电能表的设计复杂度，提高了经济性。
同时，本发明电能计量芯片还包括显示驱动模块、能量数据存储模块、通讯与控制接口，从而表示电能数据的计量结果可存储在非易失储存器中，并且可通过显示驱动模块驱动外部的显示器显示能量数据或通过芯片中的通讯及控制接口完成电能数据的读取，实现电能表的抄表功能，因而非常适合于电子式电能表的应用。
Claims (6)
1、一种电能计量芯片，包括：
电压电流采样及模数转换模块，用于将两路输入模拟信号转换为高精度两路数字信号；
功率计算模块，用于将所述模数转换模块输出的两路信号进行滤波、相位调整后相乘，并将乘积结果滤波后转换为脉冲信号，其特征在于：该电能计量芯片还包括：
能量计算模块，用于对功率计算模块输出的乘积脉冲进行计数，计数的结果即表示电能；
上电复位及时钟单元，用于保持所述电能计量芯片在稳定的时钟输入及稳定电压情况下稳定工作，当电压非正常时，所述电能计量芯片内部电路将进入相应复位状态。
参考电压源，用于为所述电能计量芯片提供稳定的参考电压。
2、如权利1所述的电能计量芯片，其特征在于：该电能计量芯片还包括一显示驱动模块，用于将所述能量计算模块的计算结果传送至显示设备显示。
3、如权利1所述的电能计量芯片，其特征在于：该电能计量芯片还包括一能量数据存储模块，用于储存所述能量计算模块的计算结果。
4、如权利1所述的电能计量芯片，其特征在于：该电能计量芯片还包括一通讯与控制接口，用于实现所述能量计算模块的计算结果及能量数据存储模块所存储数据与所述电能计量芯片外围装置间的数据交换。
5、如权利4所述的电能计量芯片，其特征在于：该通讯与控制接口控制能量计算模块中功率一脉冲转换中的脉冲常数可以通过芯片的通讯控制接口来控制。
6、如权利1所述的电能计量芯片，其特征在于：该功率计算模块包括滤波电路、相位调整电路及乘法器，所述滤波电路、相位调整电路分别连接于所述乘法器的两输入端。
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| CN 200510120845 CN1987488A (zh) | 2005-12-23 | 2005-12-23 | 电能计量芯片 |
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