CN201138354Y - 一种电能计量芯片内的电压比较结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电能计量芯片内的电压比较结构，针对现有技术的单相电能表缺乏防窃电功能而提出的，本实用新型的电压比较结构包括，信号采样模块，对输入的电压信号进行采样，并转换为数字信号，得到采样电压值；取峰值模块，根据信号采样模块得到的采样电压值，取其峰值，输出用于比较的电压峰值；计时模块，根据取峰值模块的结果启动或停止计时，并将计时信息反馈到取峰值模块；阈值比较器，将取峰值模块输出的电压峰值与预设的阈值进行比较，给出窃电指示；输出选择器，根据阈值比较器输出的窃电指示，输出实际用来计量的电压值。本实用新型的电压比较结构实现缺失零线的检测和防窃电测量，整个电压比较结构的结构简单，易于实现。

Description

一种电能计量芯片内的电压比较结构

技术领域

本实用新型涉及一种在电能计量芯片内的电路结构，尤其涉及一种在电能计量芯片内实现防窃电电能计量设计要求的电压比较结构。

背景技术

当前，电子式电能表的防窃电技术在电能表行业中的地位越来越重要，不同国家、地区的电能表市场都在不同程度上要求电能表的防窃电计量。人们所意识到的窃电现象和防窃电技术的类型在不断增多，而且每年都会针对新的窃电行为，研究出相应的防窃电技术。在电能计量芯片领域，相应地要求芯片具有防窃电检测和计量功能。

与三相电能表比较，单相电能表更加注重于电能表的防窃电技术。图1为没有设计防窃电功能的简单单相电能表模型，它仅能测量火线的电压信号和电能表进线端的电压信号，而对于即使是非常简单的窃电行为也是无能为力的。

通常缺失零线的窃电行为体现为移除电子式电能表1接线中的一路，通常窃电者移除零线，主电压为零，使得电子式电能表1没有电网电压的进入，导致电子式电能表1不能正常计量或不能工作。如图2a所示，除了断开一根导线的连接进行移除主电压窃电行为，窃电者可能会附加二极管、电容、电阻等器件及其组合来干扰对主电压的正常检测。如图2b所示，以附加二极管3为例，实际上这个二极管3可能被电容、电阻以及三者的组合所代替。

实用新型内容

针对上述缺失零线的窃电行为，可用一个低成本的电流互感器，从其余的连接电子式电能表导线中流经的电流上窃取很小的电能给电子式电能表供电，使电子式电能表可以正常工作。同时，采用防窃电电能计量芯片可以进行缺失零线的检测和防窃电测量。

图3是检测零线缺失窃电行为的防窃电单相电能表模型示意图，采用本实用新型的电能计量芯片的电压比较结构的检测零线缺失的防窃电电表模型。在这个方案中，除电池外，电能表的电源供给由两部分组成，一是火线和零线的主电压提供电源，另一部分是供电电流互感器从其余连接电表导线中流经的电流上取得的电源来提供电能表电源，如图3中的电流互感器4。所以当移除主电压时，即零线缺失情况下，供电电流互感器4从电流上取得的电源仍能保持电能表工作，进行防窃电测量。此时，测量的精度不是最终要的指标。由于没有主电压信号存在，功率因素和外部电压的测量已经不可能实现。没有功率因素，最高的电流精度对于电能的计量都是没有意义的，而且主电压的估计值在不同地区，不同电网会有几个百分比的误差，即使在同一个城市误差也依然存在。一般可以使用额定电压作为估计值进行计量，就是在电能计量芯片内预置一个电压值，当检测出零线缺失的窃电行为时，用这个预置的电压值进行计量。

本实用新型的目的在于提供能够实现进行缺失零线的检测和防窃电测量功能的电能计量芯片内的电压比较结构。

本实用新型提供的电能计量芯片内的电压比较结构，包括对输入的电压信号进行采样，转换为数字信号并输出电压采样值的信号采样模块；

根据上述信号采样模块采样得到的电压采样值，取其电压峰值并输出所述电压峰值的取峰值模块；

对所述取峰值模块的取峰值进行计时，并将计时信息反馈到所述取峰值模块的计时模块；

将所述取峰值模块输出的电压峰值与预设的阈值进行比较，并输出窃电指示的阈值比较器，该预置的阈值比正常工作时的电压值要小得多，当取峰值模块输出的电压峰值大于预设的阈值，说明电能计量表工作正常，阈值比较器给出未发现零线缺失的指示；当取峰值模块输出的电压峰值小于预设的阈值，说明电能计量表工作不正常，阈值比较器给出零线缺失的窃电指示。

根据所述阈值比较器输出的窃电指示，输出实际用来计量的电压值的输出选择器。若阈值比较器给出未发现零线缺失的指示，输出选择器根据该指示选择输出信号采样模块采样得到的采样电压值，作为实际用来计量的电压值；若阈值比较器给出零线缺失的窃电指示，输出选择器根据该指示选择输出一预置的电压值，作为实际用来计量的电压值。

本实用新型提供的电能计量芯片内的电压比较结构，由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：通过电压通道的采样，并自动进行电压通道的电压峰值并与预设阈值的比较，输出实际用来计量的电压值，实现缺失零线时的检测和防窃电测量。从而保证了电能计量芯片具有防窃电的功能，大大降低检测零线缺失窃电的电表制造成本；整个电压比较结构的结构简单，易于实现。

附图说明

通过以下对本实用新型的电能计量芯片内的电压比较结构的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本实用新型的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1是没有设计防窃电功能的简单单相电能表模型示意图；

图2a、图2b是采用缺失零线窃电行为的单相电能表模型示意图；

图3是检测零线缺失窃电行为的防窃电单相电能表模型示意图；

图4是本实用新型一优选实施例的电压比较结构示意图；

图5是本实用新型一优选实施例的电压比较结构的取峰值模块工作流程示意图。

具体实施方式

本实用新型通过电压通道的采样，并自动进行电压通道的电压峰值并与预设阈值的比较，输出实际用来计量的电压值，实现缺失零线时的检测和防窃电测量。

请参照图4，本实用新型一优选实施例的电压比较结构示意图。为了实现电能计量芯片的防窃电功能，通过信号采样模块401对电压通道输入的电压进行采样，并转换为数字信号，输出采样电压值。取峰值模块402根据信号采样模块401输出的采样电压值，取该采样电压值的峰值，输出用于比较的电压峰值；计时模块405根据取峰值模块402的结果启动或停止计时，并反馈到取峰值模块402；阈值比较器404将取峰值模块402输出的电压峰值与预设的阈值进行比较，给出是否缺失零线的窃电指示；输出选择器403根据阈值比较器404输出的窃电指示，输出实际用来计量的电压值。若指示存在窃电行为，则输出选择器403输出预置的电压值，若未指示存在窃电行为，则输出选择器403输出信号采样模块401输出的采样电压值。该电压比较结构可以自动进行电压通道的电压峰值与预设阈值比较，输出实际用来计量的电压值，实现缺失零线时的检测和防窃电测量。

请结合图4参照图5所示，这是电压比较结构的取峰值模块402的工作流程示意图。本实用新型的电压比较结构的取峰值模块402工作流程，主要分为启动或停止计时模块和比较两个功能。

以n和n+1分别代表电压通道前后两个邻近时刻采样所得的电压值的绝对值，n为前一时刻的电压绝对值，n+1为后一时刻的电压绝对值。首先进行步骤51，启动计时模块405，开始计时，N为预设的计时时间。接着进行步骤52，取峰值模块402开始进行取峰值，具体为步骤521，将后一时刻的电压绝对值n+1与前一时刻的电压绝对值n进行比较，如果后一时刻的电压绝对值n+1小于等于前一时刻的电压绝对值n，则步骤522，取峰值模块402取电压峰值为前一时刻的电压绝对值n，如果计时未到N秒，重复步骤521；如果后一时刻的电压绝对值n+1大于前一时刻的电压绝对值n，则步骤523，取峰值模块402取电压峰值为后一时刻的电压绝对值n+1，如果计时未到N秒，重复步骤521；如果计时到N秒，则进行步骤53，计时模块405停止计时；接着进行步骤54，取峰值模块402判断电压值是否存在正负变化，一般数字化的电压值是一个多位的二进制数，如用补码表示的时候，最高位为1即表示负数，最高位为低即表数正数，此时只要将两个数的最高位进行异或运算，若结果为1表示存在正负变化，结果为0表示不存在正负变化。当然也可以用其他数字化的形式来表示电压值，也可以用其它算法来判断电压值的正负变化，如果N秒时间内的所采样的电压存在正负值变化，则步骤55，取峰值模块402保持所取的电压峰值不变，然后进行步骤57，取峰值模块402输出电压峰值，且计时模块405清零并重新开始计时，返回步骤51；如果N秒时间内的所采样的电压不存在正负值变化，则步骤56，取峰值模块402将电压峰值置零，然后进行步骤57，取峰值模块402输出电压峰值，且计时模块405清零并重新开始计时，返回步骤51。

针对图2a的窃电者企图通过移除零线的窃电行为，在本实用新型的电能计量芯片内预置一个阈值，如在阈值比较器404里预置一阈值。该预置的阈值比正常工作时的电压值要小得多。当取峰值模块402输出的电压峰值大于预设的阈值，说明电能计量表工作正常，阈值比较器404给出没发现零线缺失的指示，输出选择器403根据该指示选择将信号采样模块401采样得到的电压值输出，作为实际用来计量的电压值；当取峰值模块402输出的电压峰值小于预设的阈值，说明电能计量表工作不正常，阈值比较器404给出零线缺失的窃电指示，输出选择器403根据该指示选择将预置一个电压值输出，作为实际用来计量的电压值。

针对图2b这样窃电者企图通过附加元器件改变主电压的特性，干扰电能表检测的窃电行为，则检测该窃电行为需要判断电压的特性。图5中步骤54判断电压值是否有正负变化来判断是否存在窃电行为，当电压值没有正负变化时，根据交流电的性质可以肯定主电压的特性被附加元器件改变，此时将取峰值模块将电压峰值置零，说明有窃电行为发生。当电压值有正负变化时，则取峰值模块保持峰值不变并输出峰值，同时计时模块清零。这样，本实用新型的电能计量芯片内的电压比较结构实现通过电压通道的采样，自动进行电压通道的电压峰值与预设阈值的比较，输出实际用来计量的电压值，实现缺失零线时的检测和防窃电测量。从而实现了电能计量芯片内的检测零线缺失窃电行为的电能计量设计要求的防窃电功能。

综上所述，本实用新型电压比较结构实现缺失零线的检测和防窃电测量，从而保证了电能计量芯片具有防窃电的功能，大大降低检测缺失零线的防窃电电表制造成本；整个电压比较结构的结构简单，易于实现。

当然，本实用新型还可有其他实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1、一种电能计量芯片内的电压比较结构，其特征在于，包括

对输入的电压信号进行采样，转换为数字信号，并输出电压采样值的信号采样模块；

取上述电压采样值的电压峰值，并输出所述电压峰值的取峰值模块；

对所述取峰值模块的取峰值进行计时，并将计时信息反馈到所述取峰值模块的计时模块；

将所述取峰值模块输出的电压峰值与预设的阈值进行比较，当所述电压峰值大于所述阈值时给出未发现缺失零线的指示；当所述电压峰值小于所述阈值时给出发现缺失零线的指示的阈值比较器；

当所述阈值比较器给出未发现缺失零线的指示时，选择输出所述信号采样模块输出的电压采样值；当所述阈值比较器给出发现缺失零线的指示时，选择输出一预置的电压值的输出选择器。

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