CN207303983U - 一种基于智能电表的多量程电流检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于智能电表的多量程电流检测电路,解决了直接对小电流进行测量,精度不高的问题,其技术方案要点是,包括火线电流检测单元、比较单元、响应于比较单元以输出选择信号的控制单元、响应于选择信号以对大电流进行检测的大电流检测单元以及响应于选择信号以对小电流进行检测的小电流检测单元;控制单元与小电流检测单元之间还耦接有放大单元,本实用新型的多量程电流检测电路,根据检测到的电流大小来选择不同的量程,同时在小电流检测过程中,先通过放大单元进行放大,避免小电流在外界干扰之下而造成检测精度过低的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能电表,特别涉及一种基于智能电表的多量程电流检测电路。
背景技术
智能电表是智能电网的智能终端,它已经不是传统意义上的电能表,智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外,为了适应智能电网和新能源的使用它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能,智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。
为了实现双向多种费率计量等功能,所以需要对火线的电流进行检测,而火线电流基于负载的情况会发生变化,有时候火线电流较大,有时候火线电流较小,而在测量较小的火线电流时,容易出现干扰,因为外界干扰对小电流的影响很大,所以直接对较小的火线电流进行测量会造成不精确,给后续的测量造成了很大的麻烦。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于智能电表的多量程电流检测电路,能够根据实际的火线电流情况选择不同的量程进行检测,避免测量小电流的火线电流时出现不精确的情况。
本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种基于智能电表的多量程电流检测电路,包括用于检测火线电流并输出电流信号的火线电流检测单元、预设有基准值信号且耦接于火线电流检测单元并将电流信号与基准值信号进行比较以输出比较信号的比较单元、响应于比较信号以输出选择信号的控制单元、响应于选择信号以对大电流进行检测的大电流检测单元以及响应于选择信号以对小电流进行检测的小电流检测单元;所述控制单元与小电流检测单元之间还耦接有将火线电流检测单元所检测到的小电流进行放大的放大单元;当电流信号大于基准值信号时,所述控制单元控制大电流检测单元启动;当电流信号小于基准值信号时,所述控制单元控制放大单元与小电流检测单元启动。
采用上述方案,基于火线电流检测单元所检测到的电流信号,通过比较单元以及控制单元进行选择对应的量程检测,根据电流信号的大小以选择大电流检测单元或小电流检测单元,同时在小电流检测过程中,先通过放大单元进行放大,避免小电流在外界干扰之下而造成检测精度过低的问题。
作为优选,所述火线电流检测单元包括耦接于火线上并输出火线变流信号的火线电流互感器、耦接于火线电流互感器以接收火线变流信号以将火线变流信号进行偏置以形成火线正向电流信号的火线偏置部、耦接于火线偏置部以将火线正向电流信号进行传输的火线信号跟随部,所述火线信号跟随部的输出端以输出电流信号。
采用上述方案,将火线电流进行传导并形成正反向交流信号,之后通过偏置部的设置,使得正反向交流信号转变形成全部都是正向的电流信号,方便后续的信号传输。
作为优选,所述火线电流互感器与火线偏置部之间设有用于对火线变流信号进行滤波的火线滤波部。
作为优选,所述火线滤波部包括滤波电阻、第一滤波电容、第二滤波电容以及第三滤波电容;滤波电阻、第二滤波电容以及第三滤波电容均并接于火线电流互感器的二次侧两端,第一滤波电容串接于火线电流互感器的二次侧并且连接于第二滤波电容与第三滤波电容之间。
采用上述方案,根据滤波电阻以及两个滤波电容的设置,对经过火线电流互感器的感应电流信号进行滤波,保证进入到火线偏置部的信号能够更加稳定,保证后续信号的稳定输出。
作为优选,所述火线偏置部包括第一偏置电阻与第二偏置电阻,所述第二偏置电阻并接于火线电流互感器的二次侧两端,所述第一偏置电阻的一端连接于电源,另一端连接于第二偏置电阻,所述第一偏置电阻与第二偏置电阻之间的连接节点以输出火线正向电流信号。
采用上述方案,根据实际情况来对第一偏置电阻与第二偏置电阻进行设定,实现将正反向交流信号转变为都是正向的交流信号,同时在设计过程中通常优选将第一偏置电阻与第二偏置电阻的阻值均设置成相同的状态,使得在不改变交流信号波形的状态下,仅仅朝向正值的方向进行偏移,完成对交流信号的正反向调节。
作为优选,还包括耦接于火线电流检测单元且响应于电流信号以进行短路保护的短路保护单元。
作为优选,所述短路保护单元包括预设有短路保护基准信号且耦接于火线电流检测单元并将电流信号与短路保护基准信号进行比较以输出判断信号的判断单元以及响应于判断信号以控制是否断开电网供电的驱动单元。
采用上述方案,对电网进行短路保护,一旦出现过流的情况,即电流信号大于短路保护基准信号时,驱动单元就会直接切断电网供电,保证设备使用的安全性,同时也保证使用者的人身安全。
作为优选,所述判断单元上还耦接有用于设定短路保护基准信号的设定部。
采用上述方案,根据实际情况可以进行调节,设置不同的短路保护基准信号,方便调试以及生产。
作为优选,所述驱动单元包括响应于判断信号以实现通断的开关元件以及响应于开关元件的通断以控制是否断开电网供电的执行元件。
作为优选,所述开关元件为三极管或晶闸管,所述执行元件为继电器,所述继电器的线圈上反并联有续流二极管。
采用上述方案,三极管或晶闸管都能够完成开关的功能,同时能够根据电压变化或电流变化来实现通断,方便对电路中的一些信号进行判断,提高电路设计的合理性;执行元件采用继电器,使得整体的电路能够更加的简单,同时继电器的常开触点与常闭触点相互配合实现,能够实现一次检测完成两种动作,使得电路设计更加便捷,且成本低廉便于后期的维护;继电器的线圈上所反并联的续流二极管,能够将残留在继电器的线圈上的残余电流进行消耗,有效的提高继电器使用的寿命。
综上所述,本实用新型具有以下有益效果:
1、根据检测到的电流大小来选择不同的量程,同时在小电流检测过程中,先通过放大单元进行放大,避免小电流在外界干扰之下而造成检测精度过低的问题;
2、对电网进行短路保护,一旦出现过流的情况,则直接切断电网供电,提高使用安全性。
附图说明
图1为多量程电流检测的一种实施方式的电路原理图;
图2为图1中所采用单片机的电路原理图;
图3为多量程电流检测的另一种实施方式的电路原理图;
图4为短路保护单元的电路原理图。
图中:1、火线电流检测单元;11、火线滤波部;12、火线偏置部;13、火线信号跟随部;2、比较单元;3、控制单元;4、大电流检测单元;5、小电流检测单元;6、放大单元;7、短路保护单元;71、判断单元;711、设定部;72、驱动单元。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释,其并不是对本实用新型的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
智能电表是智能电网的智能终端,智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外,为了适应智能电网和新能源的使用它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能;其中,为了保证电流数据采集的精确性,所以在智能电表中设计了多量程电流检测电路,另外为了保证负载使用的安全性,所以在智能电表中设计了短路保护单元7。
基于多量程电流检测功能:
如图1与3所示,多量程电流检测电路包括用于检测火线电流并输出电流信号的火线电流检测单元1、预设有基准值信号且耦接于火线电流检测单元1并将电流信号与基准值信号进行比较以输出比较信号的比较单元2、响应于比较信号以输出选择信号的控制单元3、响应于选择信号以对大电流进行检测的大电流检测单元4以及响应于选择信号以对小电流进行检测的小电流检测单元5;控制单元3与小电流检测单元5之间还耦接有将火线电流检测单元1所检测到的小电流进行放大的放大单元6;当电流信号大于基准值信号时,控制单元3控制大电流检测单元4启动;当电流信号小于基准值信号时,控制单元3控制放大单元6与小电流检测单元5启动。
火线电流检测单元1包括耦接于火线上并输出火线变流信号的火线电流互感器T1、耦接于火线电流互感器T1以接收火线变流信号以将火线变流信号进行偏置以形成火线正向电流信号的火线偏置部12、耦接于火线偏置部12以将火线正向电流信号进行传输的火线信号跟随部13,火线信号跟随部13的输出端以输出电流信号;火线电流互感器T1与火线偏置部12之间设有用于对火线变流信号进行滤波的火线滤波部11。
火线电流互感器T1包括连接于火线上的一次侧以及与火线滤波部11连接的二次侧。
火线滤波部11包括滤波电阻RS1、第一滤波电容C8、第二滤波电容C9以及第三滤波电容C10;滤波电阻RS1、第二滤波电容C9以及第三滤波电容C10均并接于火线电流互感器T1的二次侧两端,第一滤波电容C8串接于火线电流互感器T1的二次侧并且连接于第二滤波电容C9与第三滤波电容C10之间。
火线偏置部12包括第一偏置电阻R3与第二偏置电阻R5,第二偏置电阻R5并接于火线电流互感器T1的二次侧两端,第一偏置电阻R3的一端连接于电源,另一端连接于第二偏置电阻R5,第一偏置电阻R3与第二偏置电阻R5之间的连接节点以输出火线正向电流信号。
火线信号跟随部13包括第一运算放大器UT1A,第一运算放大器UT1A的型号优选采用LM324;第一运算放大器UT1A的同相端连接于第一偏置电阻R3与第二偏置电阻R5之间以接收火线正向电流信号,第一运算放大器UT1A的反相端连接于第一运算放大器UT1A的输出端,第一运算放大器UT1A的输出端输出电流信号。
通过火线电流检测单元1对火线上的电流经过滤波、偏置等过程以输出一个适合后续电路接收的电流信号。
比较单元2的功能是预设一个基准值信号并将电流信号与基准值信号进行比较;而控制单元3用于选择是通过大电流检测单元4还是小电流检测单元5进行检测。
如图1至2所示,在一个实施例中,比较单元2与控制单元3的功能均可以通过单片机来实现,即将比较单元2与控制单元3直接集成在单片机中实现上述的功能,单片机可以采用型号为STM32F407VET6的单片机;单片机直接接收到火线电流检测单元1所接收到电流信号,并根据电流信号的大小以选择大电流检测单元4或小电流检测单元5实现检测。
大电流检测单元4包括多个大电流量程,依次为50A档、30A档、20A档以及10A档;不同档位分别对应有开关元件以及电阻,并且从电阻的一侧接出大电流检测点。
小电流检测单元5包括多个小电流量程,依次为1A档、2A档、4A档以及5A档;不同档位分别对应有开关元件以及电阻,并且从电阻的一侧接出小电流检测点。
放大单元6包括型号为LM324的运算放大器,运算放大器的同相端连接电阻R25后连接于火线电流检测单元1的输出端以接收电流信号,运算放大器的反相端连接有倍数放大部,倍数放大部包括电阻R27与电容C23,电容C23、电阻R27以及小电流检测单元5所对应的开关元件与电阻串联,电容C23的另一端接地,电阻R27与小电流检测单元5所对应的开关元件之间的连接节点与运算放大器的反相端连接;即通过不同的开关元件的闭合以切换不同的电阻接入倍数放大部,实现不同放大倍数的转换,保证放大后的精度。
其中,大电流检测单元4中的开关元件与小电流检测单元5中的开关元件可以独立设置的开关元件,也可以采用集成式的开关芯片;本实施例中,优选采用集成式的开关芯片,且优选采用CH444;开关芯片对应的开关接口分别接入多个档位所对应的电阻后接出测量点;型号为CH444的开关芯片具有两个受控端,分别为VCA0端与VCA1端;单片机根据检测到电流信号来对VCA0端与VCA1端进行控制以选择对应的量程进行检测,具体如下表所示:
基于大电流量程:
基于小电流量程:
如图3所示,在一个实施例中,比较单元2与控制单元3均采用模拟电路的方式实现。
大电流检测单元4包括多个大电流量程,依次为50A档、30A档、20A档以及10A档;不同档位分别对应有控制开关以及电阻,并且从电阻的一侧接出大电流检测点。
小电流检测单元5包括多个小电流量程,依次为1A档、2A档、4A档以及5A档;不同档位分别对应有控制开关以及电阻,并且从电阻的一侧接出小电流检测点。
放大单元6包括型号为LM324的运算放大器,运算放大器的同相端连接电阻R25后连接于火线电流检测单元1的输出端以接收电流信号,运算放大器的反相端连接有倍数放大部,倍数放大部包括电阻R27与电容C23,电容C23、电阻R27以及小电流检测单元5多对应的控制开关与电阻串联,电容C23的另一端接地,电阻R27与小电流检测单元5多对应的控制开关之间的连接节点与运算放大器的反相端连接;即通过不同的控制开关的闭合以切换不同的电阻接入倍数放大部,实现不同放大倍数的转换,保证放大后的精度。
基于大电流量程,例如为50A档的量程:
比较单元2优选采用双限比较器,双限比较器包括由两个型号为LM339比较器组成的一个窗口比较器以及外围电路,其中一个比较器的同相端连接于另一个比较器的反相端并连接于火线电流检测单元1的输出端连接以接收电流信号,两个比较器的输出端相互连接后并串入一个上拉电阻RS91;其中,双限比较器上耦接有用于设置上限基准值信号与下限基准值信号的上下限设定单元;上下限设定单元包括用于设定上限基准值信号的上限基准部以及用于设定下限基准值信号的下限基准部。
上限基准部包括电阻R92与电阻R93,电阻R92与电阻R93之间的连接节点连接于其中一个LM339比较器的反相端;上限基准部上耦接有用于调节上限基准值信号的上限调节部,上限调节部优选为串联于电阻R92、电阻R93上的滑动变阻器RP91,上限基准部所设定的上限基准值信号对应于50A。
下限基准部包括电阻R94与电阻R95,电阻R94与电阻R95之间的连接节点连接于另一个LM339比较器的同相端;下限基准部上耦接有用于调节下限基准值信号的下限调节部,下限调节部优选为串联于电阻R94、电阻R95上的滑动变阻器RP92,下限基准部所设定的下限基准值信号对应于20A。
当比较单元2接收到的电流信号位于20A-50A之间时,则输出一个高电平的比较信号至控制单元3;反之,则输出低电平的比较信号。
控制单元3包括NPN型的三极管Q91以及继电器KM91,三极管Q91的基极连接于比较单元2的输出端,三极管Q91的发射极接地,集电极连接于继电器KM91的线圈后连接于电源,继电器KM91的常开触点即为大电流检测单元4中的控制开关。
具体工作过程如下:
当电流信号落入上下限的范围之内时,比较单元2输出高电平的比较信号至三极管Q91,三极管Q91导通,继电器KM91的线圈得电,继电器KM91的常开触点闭合,使得对应的检测回路导通,从而大电流检测点能够输出对应的所需检测电流。
其中,30A档、20A档以及10A档的电路设计与50A档的电路设计相同,区别之处在于设定的上限基准值信号、下限基准值信号的不同。
基于小电流量程:
其中,1A档、2A档、4A档以及5A档的电路设计与50A档的电路设计相同,故不再赘述。区别之处在于设定的上限基准值信号、下限基准值信号的不同
基于短路保护功能,如图4所示:
在多量程电流检测电路的基础上还包括耦接于火线电流检测单元1且响应于电流信号以进行短路保护的短路保护单元7;短路保护单元7包括预设有短路保护基准信号且耦接于火线电流检测单元1并将电流信号与短路保护基准信号进行比较以输出判断信号的判断单元71以及响应于判断信号以控制是否断开电网供电的驱动单元72。
判断单元71优选为LM393A型号的比较器,判断单元71的同相端与火线电流检测单元1连接以接收电流信号,反相端连接有预设的基准值信短路保护基准信号。
短路保护基准信号通过耦接于判断单元71上的设定部711进行设定,设定部711包括相互串联的电阻R7与电阻R4;电阻R7的一端连接电源,电阻R4的另一端接地;电阻R7与电阻R4的之间的连接节点与反相端连接以提供短路保护基准信号。
判断单元71将接收到的电流信号与短路保护基准信号相互比较,并输出判断信号,当电流信号大于短路保护基准信号,输出高电平的判断信号,当电流信号小于短路保护基准信号,输出低电平的判断信号。
驱动单元72包括响应于判断信号以实现通断的开关元件以及响应于开关元件的通断以控制是否断开电网供电的执行元件;开关元件为三极管或晶闸管,本实施例中开关元件采用NPN型的三极管Q1,执行元件为继电器KM1;三极管Q1的基极连接于判断单元71的输出端,三极管Q1的发射极接地,三极管Q1的集电极连接于继电器KM1的线圈后连接电源,继电器KM1的常闭触点连接于电网供电回路,继电器KM1的线圈上反并联有续流二极管D1。
具体工作过程如下:
当电流信号大于短路保护基准信号,输出高电平的判断信号至三极管Q1,三极管Q1导通,继电器KM1的线圈得电,继电器KM1的常闭触点打开,以断开电网的供电回路,实现短路保护的功能。
Claims (10)
1.一种基于智能电表的多量程电流检测电路,其特征是:包括用于检测火线电流并输出电流信号的火线电流检测单元(1)、预设有基准值信号且耦接于火线电流检测单元(1)并将电流信号与基准值信号进行比较以输出比较信号的比较单元(2)、响应于比较信号以输出选择信号的控制单元(3)、响应于选择信号以对大电流进行检测的大电流检测单元(4)以及响应于选择信号以对小电流进行检测的小电流检测单元(5);所述控制单元(3)与小电流检测单元(5)之间还耦接有将火线电流检测单元(1)所检测到的小电流进行放大的放大单元(6);当电流信号大于基准值信号时,所述控制单元(3)控制大电流检测单元(4)启动;当电流信号小于基准值信号时,所述控制单元(3)控制放大单元(6)与小电流检测单元(5)启动。
2.根据权利要求1所述的一种基于智能电表的多量程电流检测电路,其特征是:所述火线电流检测单元(1)包括耦接于火线上并输出火线变流信号的火线电流互感器、耦接于火线电流互感器以接收火线变流信号以将火线变流信号进行偏置以形成火线正向电流信号的火线偏置部(12)、耦接于火线偏置部(12)以将火线正向电流信号进行传输的火线信号跟随部(13),所述火线信号跟随部(13)的输出端以输出电流信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于智能电表的多量程电流检测电路,其特征是:所述火线电流互感器与火线偏置部(12)之间设有用于对火线变流信号进行滤波的火线滤波部(11)。
4.根据权利要求3所述的一种基于智能电表的多量程电流检测电路,其特征是:所述火线滤波部(11)包括滤波电阻、第一滤波电容、第二滤波电容以及第三滤波电容;滤波电阻、第二滤波电容以及第三滤波电容均并接于火线电流互感器的二次侧两端,第一滤波电容串接于火线电流互感器的二次侧并且连接于第二滤波电容与第三滤波电容之间。
5.根据权利要求2所述的一种基于智能电表的多量程电流检测电路,其特征是:所述火线偏置部(12)包括第一偏置电阻与第二偏置电阻,所述第二偏置电阻并接于火线电流互感器的二次侧两端,所述第一偏置电阻的一端连接于电源,另一端连接于第二偏置电阻,所述第一偏置电阻与第二偏置电阻之间的连接节点以输出火线正向电流信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于智能电表的多量程电流检测电路,其特征是:还包括耦接于火线电流检测单元(1)且响应于电流信号以进行短路保护的短路保护单元(7)。
7.根据权利要求6所述的一种基于智能电表的多量程电流检测电路,其特征是:所述短路保护单元(7)包括预设有短路保护基准信号且耦接于火线电流检测单元(1)并将电流信号与短路保护基准信号进行比较以输出判断信号的判断单元(71)以及响应于判断信号以控制是否断开电网供电的驱动单元(72)。
8.根据权利要求7所述的一种基于智能电表的多量程电流检测电路,其特征是:所述判断单元(71)上还耦接有用于设定短路保护基准信号的设定部(711)。
9.根据权利要求7所述的一种基于智能电表的多量程电流检测电路,其特征是:所述驱动单元(72)包括响应于判断信号以实现通断的开关元件以及响应于开关元件的通断以控制是否断开电网供电的执行元件。
10.根据权利要求9所述的一种基于智能电表的多量程电流检测电路,其特征是:所述开关元件为三极管或晶闸管,所述执行元件为继电器,所述继电器的线圈上反并联有续流二极管。
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CN201721399059.8U CN207303983U (zh) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 一种基于智能电表的多量程电流检测电路 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
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