CN201681123U - 高准确度电能计量模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高准确度电能计量模块，该模块包括电路板和该电路板上的数字信号处理器、模数转换芯片、看门狗电路、温度检测芯片、数字电源管理芯片以及基准电压芯片，其中模数转换芯片将输入的模拟电信号进行模数转换并通过串行接口将数字信号传给数字信号处理器进行信号处理与电量计算，看门狗电路对数字信号处理器进行实时监控，数字电源管理芯片为模数转换器提供工作电源，所述数字信号处理器采用BF533处理器、模数转换芯片采用ADS1278芯片、看门狗电路采用ADM706S芯片、温度检测芯片采用TMP122、数字电源管理芯片采用TPS73250和TPS79918、基准电压芯片采用AD780BR。本实用新型能满足准确度等级高达0.1S电能表设计规范要求。

Description

高准确度电能计量模块

技术领域

本实用新型涉及一种电能计量模块。

背景技术

目前市场上使用的电能计量模块主要采用两种方案，一种是计量芯片方案，该方案成熟、稳定、成本低，得到了业界广泛的使用，但有一定局限性：首先，计量芯片的准确度一般，难以满足更高层次的计量准确度与稳定性要求；其次，计量芯片的灵活性较差，难以实现更先进的高端计量、现代信号处理等一些复杂算法。另一种是模块组成方案，该方案一般由数字信号处理模块、数模转换模块、看门狗电路、电源管理模块等功能模块组成，通过它们之间的有效连接使其成为一个整体的电能计量功能模块，但由于目前这种模块组成方案在芯片选型及信号线和模块布置方面尚存在不足，使得其计量精度最多在0.2S-0.5S这个等级。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能有效提高电能计量精度的高准确度电能计量模块。

本实用新型提供的这种高准确度电能计量模块包括电路板和该电路板上的数字信号处理器、模数转换芯片、看门狗电路、温度检测芯片、数字电源管理芯片以及基准电压芯片，其中模数转换芯片将输入的模拟电信号进行模数转换并通过串行接口将数字信号传给数字信号处理器进行信号处理与电量计算，看门狗电路对数字信号处理器进行实时监控，数字电源管理芯片为模数转换器提供工作电源，所述数字信号处理器采用BF533处理器、模数转换芯片采用ADS1278芯片、看门狗电路采用ADM706S芯片、温度检测芯片采用TMP122、数字电源管理芯片采用TPS73250和TPS79918、基准电压芯片采用AD780BR。

为了增加本实用新型电能计量模块的信号处理能力与信号抗干扰能力，所述电路板采用四层结构，信号线布于中间两层，顶层与底层用铜箔包裹，在关键信号线周围放置过孔，使其完全置于一个全封闭的法拉第笼内。将数字电源部分及模拟电源部分分别置于电路板一对角线的两对角位置，将数字信号处理部分和模拟信号采集部分分别置于电路板另一对角线的两对角位置。

由于本实用新型对电能计量模块中的所有芯片进行了重新选型，尤其是对数字信号处理器和模数转换芯片进行了选型，使本实用新型的精度大大提高。本实用新型作为计量模块功能完整、性能优异，并通过各类电磁兼容测试，各技术参数稳定可靠、各项数据指标均可满足准确度等级高达0.1S电能表设计规范要求。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构示意图；

图2是本实用新型实物图。

具体实施方式

从图1可知，本实用新型模块电路由数字信号处理器BF533、模数转换芯片ADS1278、看门狗电路芯片ADM706S、温度检测芯片TMP122、基准电压芯片AD780BR以及数字电源管理芯片TPS73250和TPS79918组成。其中BF533处理器是ADI公司推出的一款嵌入式处理器，处理器结构主要由双16位乘法累加器、双40位算术逻辑单元(ALU)、四个8位视频ALU和1个40位移位器、大容量片内存储器、16KB指令CACHE、64KB指令SRAM、32KB数据CACHE、32KB数据SRAM、4KB暂存器以及动态电源管理等组成，它为计量算法的实现提供强大、稳定的处理平台。图中ADS1278是德州仪器(TI)推出的8通道24位工业Δ-∑模数转换器(ADC)，内部集成有多个独立的高阶斩波稳定调制器和导通带宽滑落幅度很大的FIR数字滤波器，ADS1278具有优良的AC和DC特性，采样率最高可以达128KS/S，62kHz带宽时信噪比(SNR)可达111dB，失调漂移为0.8μV/℃，是模块实现高精度信号采集与高准确度计量算法实现的关键部件。它首先接受外部引入的模拟信号，如电压或电流信号，然后对其进行采样，量化，编码，将输入的模拟信号转换成相应的数字信号，随后这些数字信号又被送入数字信号处理器BF533，按照BF533中设定的算法程序进行相应的运算处理，最终将输入的模拟信号转换成与之相应的频率脉冲，通过对频率脉冲的计数来确定电能的多少。图中ADM706S在上电过程中对系统供电电压进行监控，如果供电电压未达到BF533预置工作电压时，为BF533提供一路复位信号，禁止其工作；如果供电电压达到BF533预置工作电压且电压稳定时间超过200ms，释放复位信号，令BF533工作，可有效防止因电源电压较低使BF533产生错误的动作。此外，在BF533正常工作期间，ADM706S还对BF533进行运行状态监控，如果超过1.6SBF533未向ADM706S进行报告(BF533每隔1.6S就向ADM706S发送一个电平信号)，则ADM706S会发出复位信号使BF533重新进入工作状态。基准电压芯片AD780BR为ADS1278提供一路3ppm初始精度0.1％的高稳定2.5V基准电压，温度检测芯片TMP122负责对ADS1278进行温度检测，并实时向BF533报告当前温度，用于实现模块计量算法的温度补偿。数字电源管理芯片TPS73250和TPS79918为ADS1278提供+5.0V、+1.8V两路工作电压，同时利用其电源芯片的使能引脚功能，由BF533控制实现ADS1278芯片先上1.8V工作电源、后上+5.0V工作电源的上电时序功能。

由图2可知，为增加电路模块的信号处理能力与信号抗干扰能力，电路板采用4层板布板技术，所有关键信号线布于电路板中间两层，并用顶层与底层电路板上完整的铜箔进行包裹，同时在几个关键信号旁放置过孔，使其完全置于一个全封闭的法拉第笼内，极大减少了外界信号对信号线的干扰。在电路布局上，形成了两个电源区域、一个模拟信号采集区域、一个数字信号处理区域共4大区域。其中，数字电源部分置于电路板左上角，模拟电源置于电路板右下角，这样就减少了数字电源与模拟电源的相互干扰；同样将数字信号处理单元置于电路板右上角，模拟信号采集单元置左下角，也减少了高速数字处理信号对低频模拟信号的干扰。

Claims (3)

1.一种高准确度电能计量模块，包括电路板和该电路板上的数字信号处理器、模数转换芯片、看门狗电路、温度检测芯片、数字电源管理芯片以及基准电压芯片，其中模数转换芯片将输入的模拟电信号进行模数转换并通过串行接口将数字信号传给数字信号处理器进行信号处理与电量计算，看门狗电路对数字信号处理器进行实时监控，数字电源管理芯片为模数转换器提供工作电源，其特征在于所述数字信号处理器采用BF533处理器、模数转换芯片采用ADS1278芯片、看门狗电路采用ADM706S芯片、温度检测芯片采用TMP122、数字电源管理芯片采用TPS73250和TPS79918、基准电压芯片采用AD780BR。

2.根据权利要求1所述的高准确度电能计量模块，其特征在于所述电路板采用四层结构，信号线布于中间两层，顶层与底层用铜箔包裹，在关键信号线周围放置过孔，使其完全置于一个全封闭的法拉第笼内。

3.根据权利要求1或2所述的高准确度电能计量模块，其特征是将数字电源部分及模拟电源部分分别置于电路板一对角线的两对角位置，将数字信号处理部分和模拟信号采集部分分别置于电路板另一对角线的两对角位置。

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