CN210294369U - 一种防窃电单相电能表 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种防窃电单相电能表，包括：单相电能计量芯片，用于进行电能计量并输出电能计量信号；与线路电源连接的电源监测电路，用于检测线路电源是否对外供电并输出监测结果信号；包括第一开关、第二开关和逻辑控制模块的电源切换开关电路；第一开关的第一端与线路电源连接，第二开关的第一端与电池电源连接，第一开关和第二开关的第二端均与单相电能计量芯片的供电端连接；逻辑控制模块的输入端与电源监测电路的输出端连接，用于分别输出与监测结果信号对应的开关控制信号至第一开关和第二开关，以便在线路电源不对外供电时切换接入电池电源；电池电源，用于向单相电能计量芯片备用供电。本申请具有体积小、成本低、发热量小的有益效果。

Description

一种防窃电单相电能表

技术领域

本申请涉及电能计量技术领域，特别涉及一种防窃电单相电能表。

背景技术

电能是一种商品，需要以正当途径购买使用。为了解决实际应用中用户将零线从电能表中移除的偷电行为令电能表因缺失供电信号和电压检测信号而无法正常计量的问题，现有技术中的电能表大多采用一个专用的电流互感器利用电路中的电流信号为电能表供电，并基于电流有效值来计量电能。但是，电流互感器一般体积庞大，而且容易饱和发热，成本也比较高，在使用时具有很大的局限性。鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种成本低、体积小、发热不严重的防窃电单相电能表，以提高产品综合性能和经济效益。

为解决上述技术问题，本申请公开了一种防窃电单相电能表，包括：

单相电能计量芯片，用于进行电能计量并输出对应的电能计量信号；

与线路电源连接的电源监测电路，用于检测所述线路电源是否对外供电，并输出对应的监测结果信号；

包括第一开关、第二开关和逻辑控制模块的电源切换开关电路；所述第一开关的第一端用于与所述线路电源连接，所述第二开关的第一端与电池电源连接，所述第一开关和所述第二开关的第二端均与所述单相电能计量芯片的供电端连接；所述逻辑控制模块的输入端与所述电源监测电路的输出端连接，用于分别输出与所述监测结果信号对应的开关控制信号至所述第一开关和所述第二开关，以便在所述线路电源不对外供电时切换接入所述电池电源；

所述电池电源，用于向所述单相电能计量芯片备用供电。

可选地，所述单相电能计量芯片具有正常计量工作模式和掉零线计量工作模式；所述掉零线计量工作模式为间断性休眠的低功耗模式。

可选地，所述单相电能计量芯片包括相连的工作模式配置电路和电能计量电路；所述防窃电单相电能表还包括：

与火线耦合并且与所述工作模式配置电路连接的火线电流监测电路，用于监测是否有火线电流输出并输出火线电流监测信号；

与零线耦合并且与所述工作模式配置电路连接的零线电流监测电路，用于监测是否有零线电流输出并输出零线电流监测信号；

所述工作模式配置电路用于根据所述火线电流监测信号和所述零线电流监测信号，在火线电流和零线电流不均为零时输出掉零线计量工作模式配置信号至所述电能计量电路。

可选地，所述火线电流监测电路和所述零线电流监测电路均包括滤波模块。

可选地，所述单相电能计量芯片还包括直流分量修正电路；所述直流分量修正电路包括：

预设寄存器，用于存储常温下的直流分量值；

温度检测电路，用于检测实时的环境温度；

与所述预设寄存器和所述温度检测电路均相连的直流分量运算电路，用于基于所述直流分量值和所述环境温度，输出对应的用于确定电能计量修正结果的直流分量修正值至所述电能计量电路。

可选地，还包括：

与所述电能计量电路的输出端连接的电能计量显示装置，用于根据所述电能计量信号进行电能计量结果显示。

可选地，所述电能计量信号为脉冲频率与电能计量结果对应的CF脉冲信号；所述电能计量显示装置为LED灯。

可选地，所述单相电能计量芯片的型号为V99系列。

本申请所提供的防窃电单相电能表包括：单相电能计量芯片，用于进行电能计量并输出对应的电能计量信号；与线路电源连接的电源监测电路，用于检测所述线路电源是否对外供电，并输出对应的监测结果信号；包括第一开关、第二开关和逻辑控制模块的电源切换开关电路；所述第一开关的第一端用于与所述线路电源连接，所述第二开关的第一端与电池电源连接，所述第一开关和所述第二开关的第二端均与所述单相电能计量芯片的供电端连接；所述逻辑控制模块的输入端与所述电源监测电路的输出端连接，用于分别输出与所述监测结果信号对应的开关控制信号至所述第一开关和所述第二开关，以便在所述线路电源不对外供电时切换接入所述电池电源；所述电池电源，用于向所述单相电能计量芯片备用供电。

可见，本申请所提供的防窃电单相电能表，设置有可作为备用电源的电池电源、以及用于进行电源切换的电源切换开关电路，通过电源监测电路对线路电源的输出状态进行监测，可在线路电源无法对外供电时切换接入电池电源进行供电，实现电能的防窃电计量。由于相比于电流互感器，电池电源具有体积小、成本低、发热量小的优点，因此本申请可极大地提高产品综合性能和经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例公开的一种防窃电单相电能表的电路结构图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种成本低、体积小、发热不严重的防窃电单相电能表，以提高产品综合性能和经济效益。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

当前，为了进行防窃电电能计量，现有技术中的电能表大多采用一个专用的电流互感器利用电路中的电流信号为电能表供电，并基于电流有效值来计量电能。但是，电流互感器一般体积庞大，而且容易饱和发热，成本也比较高，在使用时具有很大的局限性。鉴于此，本申请提供了一种防窃电单相电能表，可有效解决上述问题。

参见图1所示，本申请实施例公开了一种防窃电单相电能表，主要包括：

单相电能计量芯片100，用于进行电能计量并输出对应的电能计量信号；

与线路电源连接的电源监测电路200，用于检测线路电源是否对外供电，并输出对应的监测结果信号；

包括第一开关K1、第二开关K2和逻辑控制模块的电源切换开关电路300；第一开关K1的第一端用于与线路电源连接，第二开关K2的第一端与电池电源400连接，第一开关K1和第二开关K2的第二端均与单相电能计量芯片100的供电端连接；逻辑控制模块的输入端与电源监测电路200的输出端连接，用于分别输出与监测结果信号对应的开关控制信号至第一开关K1和第二开关K2，以便在线路电源不对外供电时切换接入电池电源400；

电池电源400，用于向单相电能计量芯片100备用供电。

具体地，正常工作状态下的电能表具体利用其所接入的线路中的电能来供给自身电路运行使用，即线路电源即为电能表的供电来源。由此，当零线从电能表中移除后，电能表将失去供电信号，同时也缺失用于电能计量的电压检测信号，因而无法正常工作。

需要指出的是，为了应对电能表在零线移除后因缺失供电信号和电压检测信号而无法正常计量工作的情况，本申请实施例所提供的防窃电单相电能表设置有作为备用电源的电池电源400，电池电源400可在线路电源无法为防窃电单相电能表供电时，代替线路电源为防窃电单相电能表中的单相电能计量芯片100供电。

具体地，电池电源400和线路电源均通过电源切换开关电路300与单相电能计量芯片100的供电端连接。第一开关K1连接在线路电源与单相电能计量芯片100供电端之间，第二开关K2连接在电池电源400与单相电能计量芯片100供电端之间。逻辑控制模块的两个输出端分别与第一开关K1和第二开关K2的控制端连接，用于输出对应的开关控制信号以控制第一开关K1和第二开关K2的通断。

电源监测电路200可监测线路电源的输出状态，并输出监测结果信号。具体地，例如，在线路电源正常对外供电时，监测结果信号可具体为高电平，而在线路电源无法对外供电时，监测结果信号可具体为低电平。对应地，当接收到低电平的监测结果信号时，电源切换开关电路300中的逻辑控制模块便可以向第二开关K2发送令第二开关K2闭合的开关控制信号，从而将电池电源400作为备用电源接入电路中。

还需要说明的是，所述单相电能计量芯片100既可以在线路电源正常供电、可接收到电压采样电路的发送的电压采样信号时，基于电压采样信号进行电能计量，也可以在缺失电压采样信号、利用电池电源400供电时基于采样获取的电流有效值进行电能计量。至于电压采样电路和电流采样电路可参考现有技术，因此图1中并未示出。

本申请实施例所提供的防窃电单相电能表包括：单相电能计量芯片100，用于进行电能计量并输出对应的电能计量信号；与线路电源连接的电源监测电路200，用于检测线路电源是否对外供电，并输出对应的监测结果信号；包括有第一开关K1、第二开关K2和逻辑控制模块的电源切换开关电路300；第一开关K1的第一端用于与线路电源连接，第二开关K2的第一端与电池电源400连接，第一开关K1和第二开关K2的第二端均与单相电能计量芯片100的供电端连接；逻辑控制模块的输入端与电源监测电路200的输出端连接，用于分别输出与监测结果信号对应的开关控制信号至第一开关K1和第二开关K2，以便在线路电源不对外供电时切换接入电池电源400；电池电源400，用于向单相电能计量芯片100备用供电。

可见，本申请实施例所提供的防窃电单相电能表，设置有可作为备用电源的电池电源400、以及用于进行电源切换的电源切换开关电路300，通过电源监测电路200对线路电源的输出状态进行监测，可在线路电源无法对外供电时切换接入电池电源400进行供电，实现电能的防窃电计量。由于相比于电流互感器，电池电源400具有体积小、成本低、发热量小的优点，因此本申请可极大地提高产品综合性能和经济效益。

在上述内容的基础上，作为一种具体实施方式，本申请实施例所提供的防窃电单相电能表中，单相电能计量芯片100具有正常计量工作模式和掉零线计量工作模式；掉零线计量工作模式为间断性休眠的低功耗模式。

具体地，由于电池电源400的电量是有限的，因此当采用电池电源400供电时，降低防窃电单相电能表的功耗是十分有意义和有必要的。由此，本实施例中，单相电能计量芯片100除了正常计量工作模式以外，还具有掉零线计量工作模式。顾名思义，掉零线计量工作模式适用于掉零线、采用电池电源400供电的时候。相比于正常计量工作模式，处于掉零线计量工作模式的单相电能计量芯片100在计量过程中会间断性休眠，依次降低平均功耗。掉零线计量工作模式又可称为低功耗模式。

在上述内容的基础上，进一步地，本申请实施例所提供的防窃电单相电能表中，单相电能计量芯片100包括相连的工作模式配置电路和电能计量电路；防窃电单相电能表还包括：

与火线耦合并且与工作模式配置电路连接的火线电流监测电路，用于监测是否有火线电流输出并输出火线电流监测信号；

与零线耦合并且与工作模式配置电路连接的零线电流监测电路，用于监测是否有零线电流输出并输出零线电流监测信号；

工作模式配置电路用于根据火线电流监测信号和零线电流监测信号，在火线电流和零线电流不均为零时输出掉零线计量工作模式配置信号至电能计量电路。

具体地，线路电源无法为电能表供电的原因除了零线被移出以外，还有可能是电网的断电故障。由此，本实施例中，具体设置有分别与工作模式配置电路连接的火线电流监测电路和零线电流监测信号。容易理解的是，火线电流即该防窃电单相电能表所在相电路的相电流，零线电流即零线中的电流。当火线电流和零线电流均为零时，说明电网发生断电故障，则此时无需启动掉零线计量工作模式；当火线电流和零线电流不均为零时，说明线路电源无法供电的原因是电能表的零线被移出，则工作模式配置电路可向电能计量电路发送掉零线计量工作模式配置信号，以便电能计量电路启动低功耗的掉零线计量工作模式。

需要进一步说明的是，为了降低掉零线计量工作模式下的功耗，可令系统大部分时间处于休眠状态，并且，在一个唤醒周期内，可以仅令火线电流监测电路和零线电流监测电路中的一个进行电流检测。

由于电流有效值的检测需要耗费一定的能耗与时间，因此，为了进一步降低防窃电单相电能表的功耗，火线电流监测电路和零线电流监测电路在判断是否有电流存在时，均无需进行电流的有效值计算，只需将采样电流的数据与预设阈值进行比较。

而为了进一步提高对电流有无的判断结果的准确性，作为一种具体实施例，进一步地，火线电流监测电路和零线电流监测电路可均包括滤波模块。

如前所述，当工作模式配置电路向电能计量电路发送掉零线计量工作模式配置信号、将电能计量电路配置为低功耗的掉零线计量工作模式之后，电能计量电路需要依据电流有效值进行电能计量。火线电流监测电路和零线电流监测电路可将电流采样数据输出至电能计量电路，以便电能计量电路确定对应的火线电流有效值和零线电流有效值并进行电能计量。

容易理解的是，在掉零线计量工作模式下，为进一步提高电能计量准确性、避免用户偷电，可具体基于火线电流和零线电流中的较大值进行电能计量。具体地，电能计量电路可内设比较电路，以便确定出火线电流和零线电流中的较大值。

此外，值得一提的是，在实际应用中，交流电流的采样电流信号会叠加有一定量干扰交流计量的直流分量，在计量过程中需要将该部分直流分量去除。

由此，进一步地，单相电能计量芯片100还包括直流分量修正电路；该直流分量修正电路包括：

预设寄存器，用于存储常温下的直流分量值；

温度检测电路，用于检测实时的环境温度；

与预设寄存器和温度检测电路均相连的直流分量运算电路，用于基于直流分量值和环境温度，输出对应的用于确定电能计量修正结果的直流分量修正值至电能计量电路。

通常，直流分量可通过进行多个采样周波的积分而获取，但若每次唤醒后进行电能计量时均进行积分计算而获取直流分量，势必会增大系统功耗。由于直流分量的影响因素除了采样ADC和线路板设计等硬件因素以外，还有环境温度这一外部环境因素。因此，本实施例中，具体利用预设寄存器来预先存储常温下的直流分量值，从而在该常温下的直流分量值的基础上进行修正，从而获取与当前环境温度对应的直流分量修正值，由直流分量运算电路发送至电能计量电路，以便电能计量电路将电流有效值减去直流分量修正值以获取有效电流修正值，进而基于有效电流修正值进行电能计量，获取电能计量修正结果。其中，有效电流修正值可取多次修正结果的平均值。

在上述内容的基础上，本申请实施例所提供的防窃电单相电能表中，所述单相电能计量芯片可具体为万高公司生产的V99系列产品。

在利用有效电流修正值进行电能计量时，由于存在休眠时间，因此，作为一种具体实施方式，电能计量电路可具体包括常数积分电路和常数寄存器，常数寄存器中存放有唤醒时刻获取的有效电流修正值。

具体地，若用Irmsn表示第n次唤醒后获取的有效电流修正值，用△Tn表示唤醒间隔时间，则所述常数积分电路第n次的能量计量结果为：

其中，△Tn优选为常数，即不随n的变化而变化。例如，具体可设置为△Tn＝6s。利用常数积分电路进行电能计量，则处于休眠时的电路积分电路仅有维持电路运转的最基础功耗C₀，并不会增加计量功耗。若唤醒时开启电流有效值检测和电能计量时的功耗为Cr，单个周期内唤醒状态持续时间为t，则本申请实施例所提供的防窃电单相电能表的平均功耗为：

对于V99系列，C₀＝7μA；C＝1.1mA；△Tn＝6s；

在掉零线计量工作模式下t＝50ms，则此时平均功耗为C＝16μA；

在正常计量工作模式下t＝10ms，则此时平均功耗为C＝8.8μA；

如此，若以容量为1200毫安时的电池作为本申请中的电池电源，则在有窃电的情况下，本申请所提供的防窃电单相电能表的续航使用寿命可达8年；在无窃电的情况下，本申请所提供的防窃电单相电能表的续航使用寿命可超过10年，因此完全满足大部分市场的使用要求。

在上述内容的基础上，进一步地，本申请实施例所提供的防窃电单相电能表，还包括：

与电能计量电路的输出端连接的电能计量显示装置，用于根据电能计量信号进行电能计量结果显示。

进一步地，作为一种具体实施方式，电能计量信号可以为脉冲频率与电能计量结果对应的CF脉冲信号；电能计量显示装置可以为LED灯。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种防窃电单相电能表，其特征在于，包括：

单相电能计量芯片，用于进行电能计量并输出对应的电能计量信号；

与线路电源连接的电源监测电路，用于检测所述线路电源是否对外供电，并输出对应的监测结果信号；

包括第一开关、第二开关和逻辑控制模块的电源切换开关电路；所述第一开关的第一端用于与所述线路电源连接，所述第二开关的第一端与电池电源连接，所述第一开关和所述第二开关的第二端均与所述单相电能计量芯片的供电端连接；所述逻辑控制模块的输入端与所述电源监测电路的输出端连接，用于分别输出与所述监测结果信号对应的开关控制信号至所述第一开关和所述第二开关，以便在所述线路电源不对外供电时切换接入所述电池电源；

所述电池电源，用于向所述单相电能计量芯片备用供电。

2.根据权利要求1所述的防窃电单相电能表，其特征在于，所述单相电能计量芯片具有正常计量工作模式和掉零线计量工作模式；所述掉零线计量工作模式为间断性休眠的低功耗模式。

3.根据权利要求2所述的防窃电单相电能表，其特征在于，所述单相电能计量芯片包括相连的工作模式配置电路和电能计量电路；所述防窃电单相电能表还包括：

与火线耦合并且与所述工作模式配置电路连接的火线电流监测电路，用于监测是否有火线电流输出并输出火线电流监测信号；

与零线耦合并且与所述工作模式配置电路连接的零线电流监测电路，用于监测是否有零线电流输出并输出零线电流监测信号；

所述工作模式配置电路用于根据所述火线电流监测信号和所述零线电流监测信号，在火线电流和零线电流不均为零时输出掉零线计量工作模式配置信号至所述电能计量电路。

4.根据权利要求3所述的防窃电单相电能表，其特征在于，所述火线电流监测电路和所述零线电流监测电路均包括滤波模块。

5.根据权利要求3所述的防窃电单相电能表，其特征在于，所述单相电能计量芯片还包括直流分量修正电路；所述直流分量修正电路包括：

预设寄存器，用于存储常温下的直流分量值；

温度检测电路，用于检测实时的环境温度；

与所述预设寄存器和所述温度检测电路均相连的直流分量运算电路，用于基于所述直流分量值和所述环境温度，输出对应的用于确定电能计量修正结果的直流分量修正值至所述电能计量电路。

6.根据权利要求1所述的防窃电单相电能表，其特征在于，还包括：

与所述电能计量电路的输出端连接的电能计量显示装置，用于根据所述电能计量信号进行电能计量结果显示。

7.根据权利要求6所述的防窃电单相电能表，其特征在于，所述电能计量信号为脉冲频率与电能计量结果对应的CF脉冲信号；所述电能计量显示装置为LED灯。

8.根据权利要求1至7任一项所述的防窃电单相电能表，其特征在于，所述单相电能计量芯片的型号为V99系列。

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