CN207181522U - 新型直流电能表 - Google Patents
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Abstract
新型直流电能表，包括：电压采样模块；与所述电压采样模块连接的电压信号隔离模块；与所述电压信号隔离模块连接的模数转换器；与所述模数转换器连接的电流隔离采样模块；与所述模数转换器连接的控制器，所述控制器与按键和显示模块相连；所述电压采样模块将采集的直流电压信号通过所述电压信号隔离模块后传送到所述模数转换器，所述电流隔离采样模块在电气隔离的基础上采集直流电流信号并传送至所述模数转换器，所述模数转换器将电压模拟量数据和电流模拟量数据转换为数字信号后传送至所述控制器。本实用新型实现了直流电能表与直流电网隔离，安全性高，而且电压和电流信号采样准确，转换偏置误差小，计量准确度高。
Description
技术领域
本实用新型属于电能计量技术领域，具体涉及一种直流电能表。
背景技术
随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中最为重要的二次能源，发挥着举足轻重的作用。近年来，随着化石资源不断减少、环保理念不断深入，寻找可再生的能源成了当前世界各国的一个重要的课题。光伏发电、风力发电是较理想的可再生能源发电技术，发展速度迅速，其输出通常为直流电能。随着轨道交通、电动汽车普及，直流电也进一步应用到现实生活中。
因此，随着直流电的应用推广，直流电能的计量问题逐渐显现：传统的直流电能表测量动态范围小，小功率时计量准确度不高，而且传统直流电能表不能与直流电网隔离，电能表内部存在电网高压，导致电能表的安全性不高，例如用户通过按键和液晶屏与电能表进行信息交互等操作时不可避免接触电能表按键与外壳等部件，如果电能表内部存在高压，用户存在一定安全风险。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种计量准确、同时能实现与直流电网隔离、安全性高的直流电能表
为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：
新型直流电能表，包括：电压采样模块；与所述电压采样模块连接的电压信号隔离模块；与所述电压信号隔离模块连接的模数转换器；与所述模数转换器连接的电流隔离采样模块；与所述模数转换器连接的控制器，所述控制器与按键和显示模块相连；所述电压采样模块将采集的直流电压信号通过所述电压信号隔离模块后传送到所述模数转换器，所述电流隔离采样模块在电气隔离的基础上采集直流电流信号并传送至所述模数转换器，所述模数转换器将电压模拟量数据和电流模拟量数据转换为数字信号后传送至所述控制器。
更具体的，所述电压采样模块由多个分压电阻串联构成，串联分压电阻的电压采样输入端与直流电压信号的正端相连，串联分压电阻的电压采样输出端与电压信号隔离模块的第一电压信号输入端相连，串联分压电阻的电压采样输出端同时经第一电阻接地，所述第一电阻的接地端与直流电压信号的负端相连、且与电压信号隔离模块的第二电压信号输入端相连。
更具体的，所述电压信号隔离模块包括隔离放大电路以及与所述隔离放大电路相连的第一抗混叠滤波电路，其中，隔离放大电路与所述电压采样模块相连，第一抗混叠滤波电路与所述模数转换器相连。
更具体的，所述隔离放大电路为型号是AMC1200的隔离放大器，所述隔离放大器的1脚与隔离电源正极相连，2脚与电压采样模块的正输出端相连，3脚与电压采样模块的负输出端相连，4脚接隔离电源地，5脚接内部电源地，6脚和7脚分别与第一抗混叠滤波电路相连，8脚与内部电源正极相连。
更具体的，所述第一抗混叠滤波电路包括第一电容、第二电容、第三电容第二电阻和第三电阻；其中，所述第二电阻的一端与隔离放大电路的第一放大信号输出端相连、另一端与所述模拟转换器相连且同时经所述第一电容接地；所述第三电阻的一端与隔离放大电路的第二放大信号输出端相连、另一端与所述模拟转换器相连且同时经所述第三电容接地，所述第二电容连接在第二电阻的输出端和第三电阻的输出端之间。
更具体的，所述电流隔离采样模块包括电流传感器、电流采样电阻和第二抗混叠滤波电路；所述电流传感器测量电流线上电流的大小，并输出模拟电流信号，模拟信号经所述电流采样电阻进行信号转换后输出至所述第二抗混叠滤波电路，由所述第二抗混叠滤波电路滤波后输出至所述模数转换器。
更具体的，所述电流传感器采用型号为TEC300C15-T1的电流传感器，电流传感器的1脚连接+12V电源，2脚连接-12V电源，3脚与第二抗混叠滤波电路相连，4脚悬空。
更具体的，所述第二抗混叠滤波电路包括第四电阻、第五电阻、第四电容、第五电容和第六电容，所述电流传感器的一输出端与电流采样电阻相连，电流采样电阻的另一端接地且同时与第五电阻相连，第五电阻的另一端与模数转换器相连且同时经第五电容后接地；所述电流传感器的输出端还经所述第四电阻与模数转换器相连，所述第四电阻的另一端同时经第四电容后接地，所述第六电容连接在第四电阻的输出端和第五电阻的输出端之间。
更具体的，所述模数转换器采用型号为ADS1147的模数转换芯片，模数转换芯片的1脚连接数字电源的正极，2脚、3脚连接数字地，4脚连接复位信号，5脚、6脚悬空，7脚经第七电容接地，8脚接地，9脚、10脚分别与电压信号隔离模块的输出端相连，11脚、12脚分别与电流隔离采样模块的输出端相连，13脚、14脚连接模拟电源，15～20脚与控制器相连，接受控制器的控制以及输出数字信号给控制器。
由以上技术方案可知，本实用新型直流电能表具有电压信号隔离模块和电流隔离采样模块，能实现与直流电网的隔离，提高了电能表安全性，保证了用户操作安全，同时采用高精度的模数转换器，具有偏置误差小、精度高的特点，避免了普通模数转换器由于偏置误差大引起的直流测量误差。本实用新型能对直流电能进行准确计量，解决了传统直流计量中测量动态范围小、小功率时计量准确度不高、不能与电网隔离等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例的框图；
图2为本实用新型实施例电压采样模块、电压信号隔离模块、电流隔离采样模块及模数转化器的电路图；
图3为采用本实用新型进行电能计量的流程图。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的直流电能表包括：电压采样模块1、电压信号隔离模块2、电流隔离采样模块3、模数转换器4、控制器5以及与控制器5连接的按键及显示模块(未图示)。其中，电压采样模块1与电压信号隔离模块2相连，电压信号隔离模块2和电流隔离采样模块3分别与模数转换器4相连，模数转换器4与控制器5相连。
电压采样模块1和模数转换器4之间通过电压信号隔离模块2进行电气隔离，电压采样模块1将采集的直流电压信号(电压模拟量数据)通过电压信号隔离模块2后传送到模数转换器4。电流隔离采样模块3在电气隔离的基础上采集直流电流信号，并将采集的电流模拟量数据传送到模数转换器4。模数转换器4将电压模拟量数据和电流模拟量数据转换为数字信号后传送到控制器5，由控制器5对采集数据进行处理。
如图2所示，本实施例的电压采样模块1为由多个分压电阻(RA14、RA15、RA16、RA17、RA18、RA19、RA20、RA21、RA22、RA23)串联构成的电压采样电路，串联分压电阻(R14)的一端(电压采样输入端)与直流电压信号的正端相连，另一端(电压采样输出端)与电压信号隔离模块2的第一电压信号输入端相连，串联分压电阻的电压采样输出端同时经第一电阻RAT接地，第一电阻RAT的接地端与直流电压信号的负端相连，第一电阻RAT的接地端同时与电压信号隔离模块2的第二电压信号输入端相连。
电压信号隔离模块2包括相连的隔离放大电路和第一抗混叠滤波电路，隔离放大电路与电压采样模块1相连，第一抗混叠滤波电路与模数转换器4相连。本实施例的隔离放大电路采用型号为AMC1200的隔离放大器U8。隔离放大器U8的1脚与隔离电源正极VCC1相连，2脚和3脚为电压信号输入引脚，2脚与电压采样模块1的正输出端(串联分压电阻的输出端)相连，即连接经分压的电压信号的正极，3脚与电压采样模块1的负输出端(第一电阻的接地端)相连，即连接经分压的电压信号的负极，4脚接隔离电源地，5脚接内部电源地，6脚、7脚为放大信号输出引脚，6脚和7脚分别与第一抗混叠滤波电路的第一、第二放大信号输入端相连，8脚与内部电源正极AVCC相连。电压信号通过第一抗混叠滤波电路进行滤波后输出至模数转换器4。
本实施例的第一抗混叠滤波电路包括第一电容CA1、第二电容CA2、第三电容CA3以及第二电阻RA13和第三电阻RA24。其中，第二电阻RA13的输入端作为第一抗混叠滤波电路的第一放大信号输入端，与隔离放大电路的第一放大信号输出端(7脚)相连，第二电阻RA13的另一端作为滤波信号的第一输出端，与模拟转换器4相连；第三电阻RA24的输入端作为第一抗混叠滤波电路的第二放大信号输入端，与隔离放大电路的第二放大信号输出端(6脚)相连，第三电阻RA24的另一端作为滤波信号的第二输出端，与模拟转换器4相连。第二电阻RA13的输出端经第一电容CA1接地，第三电阻RA24的输出端经第三电容CA3接地，在第二电阻RA13的输出端和第三电阻RA24的输出端之间连接有第二电容CA2。
电流隔离采样模块3包括电流传感器U1、电流采样电阻RBS和第二抗混叠滤波电路，电流传感器U1用于测量电流线上电流的大小，并输出模拟电流信号，模拟信号经过电流采样电阻RBS进行信号转换后输出至第二抗混叠滤波电路，由第二抗混叠滤波电路滤波后输出至模数转换器4。本实施例的电流传感器采用型号为TEC300C15-T1的电流传感器U1。电流传感器U1的1脚连接+12V电源，2脚连接-12V电源，3脚为电流信号输出引脚、与第二抗混叠滤波电路相连，4脚悬空。电流隔离采样模块3的第二抗混叠滤波电路包括第四电阻RB2、第五电阻RB3及第四电容CB1、第五电容CB2和第六电容CB3。电流传感器U1的输出端(3脚)与电流采样电阻RBS相连，电流采样电阻RBS的另一端接地且同时与第五电阻RB3相连，第五电阻RB3的另一端与模数转换器4相连，第五电阻RB3的另一端同时经第五电容CB2后接地。电流传感器U1的输出端(3脚)还经第四电阻RB2与模数转换器4相连，第四电阻RB2的另一端同时经第四电容CB1后接地。在第四电阻RB2的输出端和第五电阻RB3的输出端之间连接有第六电容CB3。
本实施例的模数转换器4采用型号为ADS1147的模数转换芯片U5，该模数转换芯片为高精度、低偏置的模数转换器，模数转换芯片U5的1脚连接数字电源的正极，2脚、3脚连接数字地，4脚连接复位信号，5脚、6脚悬空，7脚经第七电容接地，8脚接地，9脚、10脚分别与电压信号隔离模块2中第一抗混叠滤波电路的第一、第二输出端相连，接收电压模拟量信号，11脚、12脚分别与电流隔离采样模块3的电流信号输出端相连，接收电流模拟量信号，13脚、14脚连接模拟电源，15～20脚与控制器5相连，接受控制器5的控制以及输出高精度的数字信号给控制器5。
本实用新型电能表的电压采样模块通过电压信号隔离模块连接模数转换器，采集直流电压信号后将电压模拟量数据通过电压信号隔离模块进行电气隔离并传送到模数转换器；电流隔离采样模块与模数转换器连接，在电气隔离的基础上采集直流电流信号并将电流模拟量数据传送到模数转换器；模数转换器与控制器连接，将采样到的电压模拟量数据和电流模拟量数据转换为数字信号并传送到控制器；按键与显示模块，用于获得用户指令，显示电量、电压、电流、功率、电能表参数等各种数据。图3所示为本实用新型的直流电能表的信号采样流程图，电能表进行信号采样的步骤如下：
直流电能表通过电压采样模块采集外部直流电压；
直流电能表通过电流采样模块采集外部直流电流；
模数转换器获取采样的电压模拟量数据和电流模拟量数据；
模数转换器将电压模拟量数据和电流模拟量数据转换为电压数字量数据和电流数字量数据并输出至控制器。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的范围之中。
Claims (9)
1.新型直流电能表，其特征在于，包括：
电压采样模块；
与所述电压采样模块连接的电压信号隔离模块；
与所述电压信号隔离模块连接的模数转换器；
与所述模数转换器连接的电流隔离采样模块；
与所述模数转换器连接的控制器，所述控制器与按键和显示模块相连；
所述电压采样模块将采集的直流电压信号通过所述电压信号隔离模块后传送到所述模数转换器，所述电流隔离采样模块在电气隔离的基础上采集直流电流信号并传送至所述模数转换器，所述模数转换器将电压模拟量数据和电流模拟量数据转换为数字信号后传送至所述控制器。
2.如权利要求1所述的新型直流电能表，其特征在于：所述电压采样模块由多个分压电阻串联构成，串联分压电阻的电压采样输入端与直流电压信号的正端相连，串联分压电阻的电压采样输出端与电压信号隔离模块的第一电压信号输入端相连，串联分压电阻的电压采样输出端同时经第一电阻接地，所述第一电阻的接地端与直流电压信号的负端相连、且与电压信号隔离模块的第二电压信号输入端相连。
3.如权利要求1所述的新型直流电能表，其特征在于：所述电压信号隔离模块包括隔离放大电路以及与所述隔离放大电路相连的第一抗混叠滤波电路，其中，隔离放大电路与所述电压采样模块相连，第一抗混叠滤波电路与所述模数转换器相连。
4.如权利要求3所述的新型直流电能表，其特征在于：所述隔离放大电路为型号是AMC1200的隔离放大器，所述隔离放大器的1脚与隔离电源正极相连，2脚与电压采样模块的正输出端相连，3脚与电压采样模块的负输出端相连，4脚接隔离电源地，5脚接内部电源地，6脚和7脚分别与第一抗混叠滤波电路相连，8脚与内部电源正极相连。
5.如权利要求3或4所述的新型直流电能表，其特征在于：所述第一抗混叠滤波电路包括第一电容、第二电容、第三电容第二电阻和第三电阻；其 中，所述第二电阻的一端与隔离放大电路的第一放大信号输出端相连、另一端与所述模拟转换器相连且同时经所述第一电容接地；所述第三电阻的一端与隔离放大电路的第二放大信号输出端相连、另一端与所述模拟转换器相连且同时经所述第三电容接地，所述第二电容连接在第二电阻的输出端和第三电阻的输出端之间。
6.如权利要求1所述的新型直流电能表，其特征在于：所述电流隔离采样模块包括电流传感器、电流采样电阻和第二抗混叠滤波电路；所述电流传感器测量电流线上电流的大小，并输出模拟电流信号，模拟信号经所述电流采样电阻进行信号转换后输出至所述第二抗混叠滤波电路，由所述第二抗混叠滤波电路滤波后输出至所述模数转换器。
7.如权利要求6所述的新型直流电能表，其特征在于：所述电流传感器采用型号为TEC300C15-T1的电流传感器，电流传感器的1脚连接+12V电源，2脚连接-12V电源，3脚与第二抗混叠滤波电路相连，4脚悬空。
8.如权利要求6或7所述的新型直流电能表，其特征在于：所述第二抗混叠滤波电路包括第四电阻、第五电阻、第四电容、第五电容和第六电容，所述电流传感器的一输出端与电流采样电阻相连，电流采样电阻的另一端接地且同时与第五电阻相连，第五电阻的另一端与模数转换器相连且同时经第五电容后接地；所述电流传感器的输出端还经所述第四电阻与模数转换器相连，所述第四电阻的另一端同时经第四电容后接地，所述第六电容连接在第四电阻的输出端和第五电阻的输出端之间。
9.如权利要求1所述的新型直流电能表，其特征在于：所述模数转换器采用型号为ADS1147的模数转换芯片，模数转换芯片的1脚连接数字电源的正极，2脚、3脚连接数字地，4脚连接复位信号，5脚、6脚悬空，7脚经第七电容接地，8脚接地，9脚、10脚分别与电压信号隔离模块的输出端相连，11脚、12脚分别与电流隔离采样模块的输出端相连，13脚、14脚连接模拟电源，15～20脚与控制器相连，接受控制器的控制以及输出数字信号给控制器。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720693093.XU CN207181522U (zh) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | 新型直流电能表 |
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| CN201720693093.XU CN207181522U (zh) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | 新型直流电能表 |
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|---|---|
| CN207181522U true CN207181522U (zh) | 2018-04-03 |
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ID=61734006
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| CN201720693093.XU Active CN207181522U (zh) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | 新型直流电能表 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN207181522U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107422182A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-12-01 | 珠海中慧微电子股份有限公司 | 直流电能表 |
| CN109030896A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-12-18 | 国网湖南省电力有限公司 | 一种冲击负荷电能表 |
| CN109683654A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-04-26 | 北京航空航天大学 | 一种mppt耐压电路 |
| CN110763909A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-02-07 | 绵阳市维博电子有限责任公司 | 一种数显直流表及其电压采样电路 |
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2017
- 2017-06-14 CN CN201720693093.XU patent/CN207181522U/zh active Active
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