CN213482331U - 一种直流计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流计量装置，包括：采样电路、信号预处理电路及计量电路，其中，采样电路，分别与所述直流电力线路、信号预处理电路及计量电路连接，用于采集直流电力线路的电压及电流，得到直流电压及直流电流；信号预处理电路，分别与所述采样电路及计量电路连接，用于对所述直流电流依次进行滤波、差分处理，并抑制直流电流中的交流分量，得到调理后的直流电流；计量电路，对所述调理后的直流电流及所述直流电压进行计量，得到直流计量结果。本实用新型的采样电路采集直流电压及直流电流，信号预处理电路对直流电流进行滤波、差分放大及抑制交流分量，计量电路对直流电压及直流电流进行计量，从而实现精确计量。

Description

一种直流计量装置

技术领域

本实用新型涉及信号处理领域，具体涉及一种直流计量装置。

背景技术

当前随着越来越多的直流发电设备和用电设备的出现，对直流测量和计量领域的要求也进一步提高，需要测量各种直流信号参数，并能进行直流功率计算和电能计量，然后通过电能进行实时计费，如给电动汽车充电的直流充电系统，太阳能发电、逆变器等。现有的直流计量装置一般采用MCU自带的AD转换器来测量直流信号，测量精度比较差，只能单独测量一路电压或电流信号，无法进行直流功率和直流电能计算。另外，由于直流计量系统中微小信号测量一直是比较难的地方，大多数测量仪器测得的直流信号精准度差，以致于计量装置计量误差大。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的计量装置计量误差大的缺陷，从而提供一种直流计量装置。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供一种直流计量装置，包括：采样电路、信号预处理电路及计量电路，其中，采样电路，分别与直流电力线路、信号预处理电路及计量电路连接，用于采集直流电力线路的电压及电流，得到直流电压及直流电流；信号预处理电路，分别与采样电路及计量电路连接，用于对直流电流依次进行滤波、差分处理，并抑制直流电流中的交流分量，得到调理后的直流电流；计量电路，对调理后的直流电流及直流电压进行计量，得到直流计量结果。

在一实施例中，直流计量装置还包括：供电电路，其输入端与直流电力线路连接，其输出端与计量电路连接，用于将直流电力线路的电压转换为供电电压，为计量电路供电；显示装置，与计量电路连接，用于显示直流计量结果。

在一实施例中，采样电路包括：电流采样电路及电压采样电路，其中，电流采样电路包括采样电阻，采样电阻串联在直流电力线路中，采样电阻的两端与信号预处理电路的输入端连接；电压采样电路包括分压电阻及保护开关管，分压电阻的第一端与直流电力线路连接，第二端与保护开关管的第一端连接；保护开关管的第二端与直流电力线路连接，且保护开关管的两端均与计量电路的输入端连接。

在一实施例中，信号预处理电路包括：滤波电路及差分放大电路，其中，滤波电路，其输入端与采样电阻的两端连接，其输出端分别与差分放大电路的输入端及接地端连接，用于对直流电流进行滤波；差分放大电路，其输出端与计量电路的输入端连接，用于对滤波后的直流电流进行差分处理，并抑制直流电流中的交流分量。

在一实施例中，滤波电路包括：第一电容、第二电容及第三电容，其中，第一电容，其第一端与接地端连接，其第二端分别与第二电容的第一端及采样电阻的第一端连接；第三电容，其第一端分别与第二电容的第二端及采样电阻的第二端连接，其第二端与接地端连接。

在一实施例中，差分放大电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第四电容、第五电容及运算放大器，其中，第一电阻的第一端与第一电容的第二端连接，第四电容与第三电阻并联连接后的一端与接地端连接，另一端分别与第一电阻的第二端及运算放大器的正相输入端连接；第二电阻的第一端与第三电容的第一端连接，第五电容与第四电阻并联连接后的一端分别与第二电阻的第二端、运算放大器的反相输入端连接，另一端与运算放大器的输出端连接；运算放大器的输出端与计量电路的输入端连接。

在一实施例中，计量电路包括：计量芯片、处理芯片及外围电路，其中，计量芯片通过其外围电路分别与电流采样电路及电压采样电路连接，用于对调理后的直流电流及调理后的直流电流进行计量，得到直流计量结果；处理芯片通过SPI接口与计量芯片连接，用于读取直流计量结果。

在一实施例中，第一电阻及第二电阻采用大阻值电阻，用于放大输入阻抗。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的直流计量电路，采样电路采集直流电压及直流电流，信号预处理电路对直流电流进行滤波、差分放大及抑制交流分量，计量电路对直流电压及直流电流进行计量，从而实现精确计量。

2.本实用新型提供的直流计量电路，滤波电路采用三个电容做差模与共模滤波，差分放大电路中在关键电阻上并联电容，有效剥离交流干扰信号和直流分量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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提供的直流计量电路的一个具体示例的组成图；

图2为本实用新型实施例提供的直流计量电路的另一个具体示例的组成图；

图3为本实用新型实施例提供的直流计量电路的另一个具体示例的组成图；

图4为本实用新型实施例提供的采样电路及信号预处理电路的一个具体示例的组成图；

图5为本实用新型实施例提供的直流计量电路的另一个具体示例的组成图；

图6为本实用新型实施例提供的计量芯片及外围电路的一个具体示例的组成图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本实用新型实施例提供一种直流计量装置，应用于需要利用直流电流及直流电压进行计量的场合，如图1所示，包括：采样电路1、信号预处理电路2及计量电路3。

本实用新型实施例的采样电路1，分别与直流电力线路、信号预处理电路2及计量电路3连接，用于采集直流电力线路的电压及电流，得到直流电压及直流电流。信号预处理电路2，分别与采样电路1及计量电路3连接，用于对直流电流依次进行滤波、差分处理，并抑制直流电流中的交流分量，得到调理后的直流电流。计量电路3，对调理后的直流电流及直流电压进行计量，得到直流计量结果。

本实用新型实施例的采样电路1分为电流采样电路1及电压采样电路1，其中由于直流电力线路中，交流分量对干扰直流电流的采集，而对直流电压的影响不大，因此，采样电路1采集直流电流后需要信号预处理电路2对其进行滤波、差分放大、抑制直流电流等之后，再输送到计量电路3中进行计量，而直流电压则直流输送到计量电路3中进行计量。

本实用新型实施例提供的直流计量电路，采样电路采集直流电压及直流电流，信号预处理电路对直流电流进行滤波、差分放大及抑制交流分量，计量电路对直流电压及直流电流进行计量，从而实现精确计量。

在一具体实施例中，如图2所示，上述的直流计量装置还包括：

供电电路4，其输入端与直流电力线路连接，其输出端与计量电路3连接，用于将直流电力线路的电压转换为供电电压，为计量电路3供电。

在一具体实施例中，如图3所示，采样电路1包括：电流采样电路11及电压采样电路12。

本实用新型实施例的电流采样电路11包括采样电阻，采样电阻串联在直流电力线路中，采样电阻的两端与信号预处理电路2的输入端连接；电压采样电路12包括分压电阻及保护开关管，分压电阻的第一端与直流电力线路连接，第二端与保护开关管的第一端连接；保护开关管的第二端与直流电力线路连接，且保护开关管的两端均与计量电路3的输入端连接。

具体地，如图4所示，R23为采样电阻，R43和R44为分压电阻，TV2为保护开关管。R23串联在直流电力线路中，通过采集其两端电压，并经过滤波、差分放大后，得到直流电流，R43及R44串联在直流电力线路中，该两个电阻对直流电力线路的电压进行限制后，输送到计量电路3中，TV2用于当直流电力线路过压时，及时断开计量电路3与直流电力线路的连接。

在一具体实施例中，如图5所示，信号预处理电路2包括：滤波电路31及差分放大电路32，其中，滤波电路31，其输入端与采样电阻的两端连接，其输出端分别与差分放大电路32的输入端及接地端连接，用于对直流电流进行滤波；差分放大电路32，其输出端与计量电路3的输入端连接，用于对滤波后的直流电流进行差分处理，并抑制直流电流中的交流分量。

在一具体实施例中，如图4所示，滤波电路31包括：第一电容C76、第二电容C65及第三电容C77，其中，第一电容C76，其第一端与接地端连接，其第二端分别与第二电容C65的第一端及采样电阻的第一端连接；第三电容C77，其第一端分别与第二电容C65的第二端及采样电阻的第二端连接，其第二端与接地端连接。

如图4所示，差分放大电路32包括：第一电阻R22、第二电阻R24、第三电阻R19、第四电阻R27、第四电容C8、第五电容C10及运算放大器U28，其中，第一电阻R22的第一端与第一电容C76的第二端连接，第四电容C8与第三电阻R19并联连接后的一端与接地端连接，另一端分别与第一电阻R22的第二端及运算放大器U28的正相输入端连接；第二电阻R24的第一端与第三电容C77的第一端连接，第五电容C10与第四电阻R27并联连接后的一端分别与第二电阻R24的第二端、运算放大器U28的反相输入端连接，另一端与运算放大器的输出端连接；运算放大器U28的输出端与计量电路3的输入端连接。

具体的，如图4所示，滤波电路31为由C76、C65及C77构成的一阶滤波器，可以对共模干扰及差模干扰进行滤波。差分放大电路32由R22、R24、R19、R27、C8、C10及U28组成，其中R22、R24的阻值较大，用于放大输入阻抗，起到减少信号损失的作用，在R19及R27均并联一个电容，该电容所在支路相对于直流电流为开路、相对于交流分量为积分电路，因此交流分量的增益比直流电流的增益(运算放大器增益)小，因此差分放大电路32可以有效地抑制交流分量。本实用新型实施例中U28的静态增益为10倍，可以有效的放大信号，并选用U28的型号为精密运放OPA2277AU，需要说的是，U28的增益可以根据实际工况进行设置，同时其选型也可以根据实际工况要求进行选择。

在一具体实施例中，计量电路3包括：计量芯片、处理芯片及外围电路，其中，计量芯片通过其外围电路分别与电流采样电路11及电压采样电路12连接，用于对调理后的直流电流及调理后的直流电流进行计量，得到直流计量结果；处理芯片通过SPI接口与计量芯片连接，用于读取直流计量结果。

如图6所示，计量芯片为U12，其4脚及5脚通过外围电路与电流采样电路11的输出端连接，其8脚及9脚通过外围电路与电压采样电路12的输出端连接。计量芯片对直流电压及直流电流进行运算，可以得到电能、功率等，处理芯片读取计量结果。

本实用新型实施例的计量芯片采样锐能微计量芯片，其输入范围为0-1V，可以有效覆盖差分放大电路32的输出，需要说明的是，计量芯片及处理芯片中所涉及的算法等均是现有技术成熟的算法，且芯片的选型可以根据实际工况需求选择。

本实用新型实施例提供的直流计量电路，采样电路采集直流电压及直流电流，信号预处理电路对直流电流进行滤波、差分放大及抑制交流分量，计量电路对直流电压及直流电流进行计量，从而实现精确计量；滤波电路采用三个电容做差模与共模滤波，差分放大电路中在关键电阻上并联电容，有效剥离交流干扰信号和直流分量。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种直流计量装置，其特征在于，包括：采样电路、信号预处理电路及计量电路，其中，

采样电路，分别与直流电力线路、信号预处理电路及计量电路连接，用于采集直流电力线路的电压及电流，得到直流电压及直流电流；

信号预处理电路，分别与所述采样电路及计量电路连接，用于对所述直流电流依次进行滤波、差分处理，并抑制直流电流中的交流分量，得到调理后的直流电流；

计量电路，对所述调理后的直流电流及所述直流电压进行计量，得到直流计量结果。

2.根据权利要求1所述的直流计量装置，其特征在于，还包括：

供电电路，其输入端与直流电力线路连接，其输出端与计量电路连接，用于将所述直流电力线路的电压转换为供电电压，为所述计量电路供电。

3.根据权利要求1所述的直流计量装置，其特征在于，所述采样电路包括：电流采样电路及电压采样电路，其中，

电流采样电路包括采样电阻，所述采样电阻串联在所述直流电力线路中，采样电阻的两端与所述信号预处理电路的输入端连接；

电压采样电路包括分压电阻及保护开关管，所述分压电阻的第一端与直流电力线路连接，第二端与保护开关管的第一端连接；保护开关管的第二端与直流电力线路连接，且保护开关管的两端均与所述计量电路的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的直流计量装置，其特征在于，所述信号预处理电路包括：滤波电路及差分放大电路，其中，

滤波电路，其输入端与采样电阻的两端连接，其输出端分别与所述差分放大电路的输入端及接地端连接，用于对直流电流进行滤波；

差分放大电路，其输出端与所述计量电路的输入端连接，用于对滤波后的直流电流进行差分处理，并抑制直流电流中的交流分量。

5.根据权利要求4所述的直流计量装置，其特征在于，所述滤波电路包括：第一电容、第二电容及第三电容，其中，

第一电容，其第一端与接地端连接，其第二端分别与第二电容的第一端及采样电阻的第一端连接；

第三电容，其第一端分别与第二电容的第二端及采样电阻的第二端连接，其第二端与接地端连接。

6.根据权利要求5所述的直流计量装置，其特征在于，所述差分放大电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第四电容、第五电容及运算放大器，其中，

第一电阻的第一端与第一电容的第二端连接，第四电容与第三电阻并联连接后的一端与接地端连接，另一端分别与第一电阻的第二端及运算放大器的正相输入端连接；

第二电阻的第一端与第三电容的第一端连接，第五电容与第四电阻并联连接后的一端分别与第二电阻的第二端、运算放大器的反相输入端连接，另一端与运算放大器的输出端连接；

运算放大器的输出端与所述计量电路的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的直流计量装置，其特征在于，所述计量电路包括：计量芯片、处理芯片及外围电路，其中，

计量芯片通过其外围电路分别与电流采样电路及电压采样电路连接，用于对所述调理后的直流电流及调理后的直流电流进行计量，得到直流计量结果；

处理芯片通过SPI接口与计量芯片连接，用于读取所述直流计量结果。

8.根据权利要求6所述的直流计量装置，其特征在于，所述第一电阻及第二电阻采用大阻值电阻，用于放大输入阻抗。

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