CN218584881U - 一种三相四线的电能计量电路及电能表 - Google Patents

Abstract

一种三相四线的电能计量电路及电能表，包括：电压采样电路检测三相电网的各相电压以输出各相电压的模拟电压采样信号；电流采样电路检测三相电网的各相电流和中性线电流以分别输出各相电流的模拟电流采样信号和中性线电流的模拟电流采样信号；计量电路根据基准时钟信号将各模拟电流采样信号转换为数字电流采样信号；控制电路对各相电压的模拟电压采样信号、各相电流的数字电流采样信号以及中性线电流的数字电流采样信号进行运算以输出三相电网的电参数；各相电流的数字电流采样信号以及中性线电流的数字电流采样信号为单比特信号；提高了信号传输速度，使得电能表的三相的合相功率能实时反映当前负载的实际使用功率，并降低了成本。

Description

一种三相四线的电能计量电路及电能表

技术领域

本申请属于电能计量技术领域，尤其涉及一种三相四线的电能计量电路及电能表。

背景技术

现有技术的电能表使用三颗单相计量芯片，分别对A相、B相、C相的电压信号和电流信号进行采集，单相计量电路和控制电路之间通过UART方式进行通讯，UART是一种两线的全双工通讯方式，并在UART信号线上做了信号隔离处理。现有技术的电能表读取分相功率，再求合相功率，并通过计算合相功率产生脉冲，由于受到UART方式的通讯速率以及单片机处理器的应用程序处理速率的制约，计算得到的合相功率，会滞后于电能表的实际使用功率，实际功率有变化时，计算得到的合相功率不能实时反映当前负载的实际使用功率。

另一种现有技术的三相四线的电能表将对市电电源采样后的前期信号处理全部在控制电路之外进行外置处理并进行电气隔离，但提高了电能表的成本。

故现有技术的电能表存在三相的合相功率不能实时反映当前负载的实际使用功率，以及成本过高的问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种三相四线的电能计量电路及电能表，旨在解决传统的电能表存在三相的合相功率不能实时反映当前负载的实际使用功率，以及成本过高的问题。

本申请实施例的第一方面提了一种三相四线的电能计量电路，包括：

电压采样电路，配置为接入三相电网，并检测所述三相电网的各相电压，以输出所述各相电压的模拟电压采样信号；

电流采样电路，配置为接入所述三相电网，并检测所述三相电网的各相电流和中性线电流，以输出所述各相电流的模拟电流采样信号和所述中性线电流的模拟电流采样信号；

计量电路，与所述电流采样电路连接，配置为根据基准时钟信号将所述各相电流的模拟电压采样信号转换为所述各相电流的数字电压采样信号，且根据所述基准时钟信号将所述中性线电流的模拟电流采样信号转换为所述中性线电流的数字电流采样信号；

控制电路，与所述电压采样电路和所述计量电路连接，配置为输出所述基准时钟信号，对各相电压的模拟电压采样信号、所述各相电流的数字电流采样信号以及所述中性线电流的数字电流采样信号进行运算以输出所述三相电网的电参数；

所述各相电流的数字电流采样信号以及所述中性线电流的数字电流采样信号为单比特信号。

在其中一个实施例中，所述电压采样电路包括：

A相电压检测组件，配置为检测A相电压以输出所述A相电压的模拟电压采样信号；

B相电压检测组件，配置为检测B相电压以输出所述B相电压的模拟电压采样信号；

C相电压检测组件，配置为检测C相电压以输出所述C相电压的模拟电压采样信号。

在其中一个实施例中，所述A相电压检测组件、所述B相电压检测组件以及所述C相电压检测组件均包括电压检测模块，所述电压检测模块包括n个电阻组成的电阻串、第一电阻、第二电阻、第一电容及第二电容，其中，n为正整数且n≧1；

所述电阻串的第一端作为所述电压检测模块的单相电压输入端，与所述三相电网连接，以接入单相电压；

所述电阻串的第二端、第一电阻的第一端、第一电容的第一端、所述第二电阻的第二端以及所述第二电容的第二端共同作为所述电压检测模块的模拟电压采样信号输出端，与所述计量电路连接，以输出所述单相电压的模拟电压采样信号；

第一电阻的第二端、第二电阻的第一端、第一电容的第二端以及第二电容的第一端共接于电源地。

在其中一个实施例中，所述电流采样电路包括：

A相电流检测组件，配置为采用锰铜片检测A相电流以输出所述A相电流的模拟电流采样信号；

B相电流检测组件，配置为采用锰铜片检测B相电流以输出所述B相电流的模拟电流采样信号；

C相电流检测组件，配置为采用锰铜片检测C相电流以输出所述C相电流的模拟电流采样信号；

中性线电流检测组件，配置为采用锰铜片检测中性线电流以输出所述中性线电流的模拟电流采样信号。

在其中一个实施例中，所述A相电流检测组件、所述B相电流检测组件、所述C相电流检测组件以及所述中性线电流检测组件均包括电流检测模块，所述电流检测模块包括锰铜片、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三电容及第四电容；

所述锰铜片的第一端、所述第三电阻的第一端、所述第四电阻的第一端及所述第五电阻的第一端共同作为所述电流检测模块的单相电流输入端或所述电流检测模块的中性线电流输入端，以接入所述单相电流或所述中性线电流；

所述第五电阻的第二端、所述第三电容的第一端、所述第六电阻的第一端以及所述第四电容的第二端共同作为所述电流检测模块的模拟电流采样信号输出端，与所述计量电路连接，以输出所述单相电流的模拟电流采样信号或所述中性线电流的模拟电流采样信号；

所述第七电阻的第二端、所述第六电阻的第二端、所述第三电阻的第二端以及所述锰铜片的第二端共同作为所述电流检测模块的单相电流输出端或所述电流检测模块的中性线电流输出端，以输出所述单相电流或所述中性线电流；

所述第四电阻的第二端、所述第七电阻的第一端、第三电容的第二端以及第四电容的第一端共接于电源地。

在其中一个实施例中，所述计量电路包括：

A相计量组件，与所述A相电流检测组件以及所述控制电路连接，配置为根据所述基准时钟信号将所述A相电流的模拟电流采样信号转换为A相电流的数字电流采样信号；

B相计量组件，与所述B相电流检测组件以及所述控制电路连接，配置为根据所述基准时钟信号将所述B相电流的模拟电流采样信号转换为B相电流的数字电流采样信号；

C相计量组件，与所述C相电流检测组件以及所述控制电路连接，配置为根据所述基准时钟信号将所述C相电流的模拟电流采样信号转换为C相电流的数字电流采样信号；

中性线计量组件，与所述中性线电流检测组件以及所述控制电路连接，配置为根据所述基准时钟信号将所述中性线电流的模拟电流采样信号转换为所述中性线电流的数字电流采样信号。

在其中一个实施例中，所述A相计量组件、所述B相计量组件、所述C相计量组件以及所述中性线计量组件均包括计量模块，所述计量模块包括单相计量芯片；

所述单相计量芯片的电流通道正模拟输入端和所述单相计量芯片的电流通道负模拟输入端作为所述计量模块的单相电流的模拟电流采样信号输入端，与所述电流采样电路连接，以接入所述单相电流的模拟电流采样信号或所述中性线电流的模拟电流采样信号；

所述单相计量芯片的电流通道ADC采样信号输出端作为所述计量模块的单相电流的数字电流采样信号输出端，与所述控制电路连接，以输出所述单相电流的数字电流采样信号或所述中性线电流的数字电流采样信号；

所述单相计量芯片的外灌系统时钟输入端作为所述计量模块的基准时钟信号输入端，与所述控制电路连接，以接入所述基准时钟信号。

在其中一个实施例中，所述计量电路还包括：

A相隔离组件，连接在所述A相计量组件和所述控制电路之间，配置为对A相电流的数字电流采样信号进行容耦隔离；

B相隔离组件，连接在所述B相计量组件和所述控制电路之间，配置为对所述B相电流的数字电流采样信号进行容耦隔离；

C相隔离组件，连接在所述C相计量组件和所述控制电路之间，配置为对所述C相电流的数字电流采样信号进行容耦隔离。

在其中一个实施例中，所述A相隔离组件、所述B相隔离组件以及所述C相隔离组件包括隔离模块，所述隔离模块包括容耦隔离器；

所述容耦隔离器的第一输入端作为所述隔离模块的单相电流的数字电流采样信号输入端，与单相的所述计量组件连接，以接入所述单相电流的数字电流采样信号或所述中性线电流的数字电流采样信号；

所述容耦隔离器的第一输出端作为所述隔离模块的单相电流的数字电流采样信号输出端，与所述控制电路连接，以输出容耦隔离后的所述单相电流的数字电流采样信号或所述中性线电流的数字电流采样信号；

所述容耦隔离器的第二输入端作为所述隔离模块的基准时钟信号输入端，与所述控制电路连接，以接入所述基准时钟信号；

所述容耦隔离器的第二输出端作为所述隔离模块的基准时钟信号输出端，与单相的所述计量组件连接，以输出容耦隔离后的所述基准时钟信号。

在其中一个实施例中，所述控制电路包括三相计量芯片；

所述三相计量芯片的电压采样通道A的正模拟输入端和电压采样通道A的负模拟输入端共同作为所述控制电路的A相电压的模拟电压采样信号输入端，与所述电压采样电路连接，以接入A相电压的模拟电压采样信号；所述三相计量芯片的电压采样通道B的正模拟输入端和电压采样通道B的负模拟输入端共同作为所述控制电路的B相电压的模拟电压采样信号输入端，与所述电压采样电路连接，以接入B相电压的模拟电压采样信号；所述三相计量芯片的电压采样通道C的正模拟输入端和电压采样通道C的负模拟输入端共同作为所述控制电路的C相电压的模拟电压采样信号输入端，与所述电压采样电路连接，以接入C相电压的模拟电压采样信号；

所述三相计量芯片的第一电流外置ADC输入端作为所述控制电路的A相电流的数字电流采样信号输入端，与所述计量电路连接，以接入A相电流的数字电流采样信号；所述三相计量芯片的第二电流外置ADC输入端作为所述控制电路的B相电流的数字电流采样信号输入端，与所述计量电路连接，以接入B相电流的数字电流采样信号；所述三相计量芯片的第三电流外置ADC输入端作为所述控制电路的C相电流的数字电流采样信号输入端，与所述计量电路连接，以接入C相电流的数字电流采样信号；所述三相计量芯片的第四电流外置ADC输入端作为所述控制电路的中性线电流的数字电流采样信号输入端，与所述计量电路连接，以接入所述中性线电流的数字电流采样信号；

所述三相计量芯片的外灌时钟输出端作为所述控制电路的基准时钟信号输出端，与所述计量电路连接，以输出所述基准时钟信号。

本申请实施例的第二方面提了一种电能表，包括如上述第一方面内容中任一项所述的电能计量电路。

本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例通过电压采样电路检测三相电网的各相电压，以输出各相电压的模拟电压采样信号，电流采样电路检测三相电网的各相电流和中性线电流，以输出各相电流的模拟电流采样信号和中性线电流的模拟电流采样信号，计量电路根据基准时钟信号将各相电流的模拟电流采样信号转换为各相电流的数字电流采样信号，并根据基准时钟信号将中性线电流的模拟电流采样信号转换为中性线电流的数字电流采样信号，控制电路输出基准时钟信号，并对各相电压的模拟电压采样信号、各相电流的数字电流采样信号以及中性线电流的数字电流采样信号进行运算以输出三相电网的电参数。由于计量电路与控制电路之间的电流采样信号采用数字信号进行传输，传输速度快，故电能表的三相的合相功率能实时反映当前负载的实际使用功率；且计量电路使用相同的时钟对各相电流的模拟电流采样信号和中性线电流的模拟电流采样信号进行转换，故在时钟相位上，A\B\C相在时钟上有共同的时钟基准，能直接通过控制电路获得相角、电能等参数值，提高了电能表的计算精度，提升了电能表的性能，

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种三相四线的电能计量电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种电压采样电路的各电压检测组件的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种电流采样电路的各电流检测组件的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种计量电路的各计量组件的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种计量电路的各隔离组件的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的电压采样电路的电压检测模块的一种部分示例电路结构示意图；

图7为本申请实施例提供的电流采样电路的电流检测模块的一种部分示例电路结构示意图；

图8为本申请实施例提供的计量电路的计量模块与隔离模块连接的一种部分示例电路结构示意图；

图9为本申请实施例提供的控制电路的三相计量芯片的一种部分示例电路结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种三相四线的电能计量电路的具体结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下面结合具体的实施例来进行具体说明。

图1示出了本申请较佳实施例提供的三相四线的电能计量电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，本申请实施例的第一方面提了一种三相四线的电能计量电路，包括电压采样电路100、电流采样电路200、计量电路300和控制电路400。

电压采样电路100，配置为接入三相电网，并检测三相电网的各相电压，以输出各相电压的模拟电压采样信号。

电流采样电路200，配置为接入三相电网，并检测三相电网的各相电流和中性线电流，以输出各相电流的模拟电流采样信号和中性线电流的模拟电流采样信号。

计量电路300，与电流采样电路200连接，配置为根据基准时钟信号将各相电流的模拟电压采样信号转换为各相电流的数字电压采样信号，且根据基准时钟信号将中性线电流的模拟电流采样信号转换为中性线电流的数字电流采样信号。

控制电路400，与电压采样电路100和计量电路300连接，配置为输出基准时钟信号，对各相电压的模拟电压采样信号、各相电流的数字电流采样信号以及中性线电流的数字电流采样信号进行运算以输出三相电网的电参数。

需要说明的是，各相电流的数字电流采样信号以及中性线电流的数字电流采样信号可以为单比特信号。

如图2所示，在一个实施例中，电压采样电路100包括A相电压检测组件110、B相电压检测组件120和C相电压检测组件130。

A相电压检测组件110，配置为检测A相电压以输出A相电压的模拟电压采样信号。B相电压检测组件120，配置为检测B相电压以输出B相电压的模拟电压采样信号。C相电压检测组件130，配置为检测C相电压以输出C相电压的模拟电压采样信号。

由于A相电压检测组件110、B相电压检测组件120及C相电压检测组件130对三相的电压分别进行电压采样，并输出各相电压的模拟电压采样信号，有利于获得更准确的电能参数。

如图3所示，在一个实施例中，电流采样电路200包括A相电流检测组件210、B相电流检测组件220、C相电流检测组件230和中性线电流检测组件240。

A相电流检测组件210，配置为采用锰铜片检测A相电流以输出A相电流的模拟电流采样信号。B相电流检测组件220，配置为采用锰铜片检测B相电流以输出B相电流的模拟电流采样信号。C相电流检测组件230，配置为采用锰铜片检测C相电流以输出C相电流的模拟电流采样信号。中性线电流检测组件240，配置为采用锰铜片检测中性线电流以输出中性线电流的模拟电流采样信号。

由于A相电流检测组件210、B相电流检测组件220、C相电流检测组件230及中性线电流检测组件240对三相电流及中性线电流分别进行电流采样，并输出各相电流的模拟电流采样信号以及中性线电流的模拟电流采样信号，有利于获得更准确的电能参数。

现有技术的电能表，在多功能三相表中，主要使用成熟的电流互感器(CT)采样电路，但是存在以下缺点：直流分量下易饱和，导致计量误差变大；易受恒定磁场干扰，导致计量误差变大；体积较大，不易安装；非线性元器件存在角差；对于不同次谐波，衰减的幅度和相移都不相同，且成本较高，如抗直流偏磁互感器，存在价格高，高温0.5L下精度差的缺点。

在本实施例中采用了锰铜片采样，具备以下优点：锰铜片为纯阻性元器件，能完全真实、实时的反映电网的波形，且没有直流分量下快速饱和影响误差的情况；不受恒定磁场的影响；体积小易安装；成本低；非线性元器件没有角差。

如图4所示，在一个实施例中，计量电路300包括A相计量组件311、B相计量组件312、C相计量组件313和中性线计量组件314。

A相计量组件311，与A相电流检测组件210以及控制电路400连接，配置为根据所述基准时钟信号将A相电流的模拟电流采样信号转换为A相电流的数字电流采样信号。

B相计量组件312，与B相电流检测组件220以及控制电路400连接，配置为根据所述基准时钟信号将B相电流的模拟电流采样信号转换为B相电流的数字电流采样信号。

C相计量组件313，与C相电流检测组件230以及控制电路400连接，配置为根据所述基准时钟信号将C相电流的模拟电流采样信号转换为C相电流的数字电流采样信号。

中性线计量组件314，与中性线电流检测组件240以及控制电路400连接，配置为根据所述基准时钟信号将中性线电流的模拟电流采样信号转换为中性线电流的数字电流采样信号。

通过A相计量组件311、B相计量组件312、C相计量组件313和中性线计量组件314，对A相电流、B相电流、C相电流及中性线电流的模拟电流采样信号分别进行模数转换，转为对应的A相电流、B相电流、C相电流及中性线电流的数字电流采样信号，提高了传输效率，也便于控制电路根据数字采样信号进行电能参数的运算。

如图5所示，在一个实施例中，计量电路300还包括A相隔离组件321、B相隔离组件322、C相隔离组件323。

A相隔离组件321，连接在A相计量组件311和控制电路400之间，配置为对A相电流的数字电流采样信号进行容耦隔离。

B相隔离组件322，连接在B相计量组件312和控制电路400之间，配置为对B相电流的数字电流采样信号进行容耦隔离。

C相隔离组件323，连接在C相计量组件313和控制电路400之间，配置为对C相电流的数字电流采样信号进行容耦隔离。

由于隔离组件对强电端的数字电流采样信号与弱电端的控制电路400采用容耦隔离的隔离方式进行了电气隔离，满足了在需要控制电路400以弱电信号控制强电设备的用电场景中安全性的需求，增强了电能表耐压性能。

在另一个实施例中，计量电路300还包括滤波电路，滤波电路对容耦隔离后的单相电流或中性线电流的1bit的数字电流信号I_1bit_IN进行滤波处理，再输入控制电路400。其中，滤波电流可以为RC滤波电路。

图6示出了本实用新型实施例提供的三相四线的电能计量电路中电压检测模块的一种部分示例电路结构，图7示出了本实用新型实施例提供的三相四线的电能计量电路中电流检测模块的一种部分示例电路结构，图8示出了本实用新型实施例提供的三相四线的电能计量电路中计量模块的一种部分示例电路结构，图8示出了本实用新型实施例提供的三相四线的电能计量电路中隔离模块的一种部分示例电路结构，图9示出了本实用新型实施例提供的三相四线的电能计量电路中控制电路的一种部分示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

A相电压检测组件110、B相电压检测组件120以及C相电压检测组件130均包括电压检测模块。如图6所示，电压检测模块包括n个电阻组成的电阻串Rn、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1及第二电容C2。

电阻串Rn的第一端作为电压检测模块的单相电压输入端，与三相电网连接，以接入单相电压UN；电阻串Rn的第二端、第一电阻R1的第一端、第一电容C1的第一端、第二电阻R2的第二端及第二电容C2的第二端同作为电压检测模块的模拟电压采样信号输出端，与计量电路300连接，以输出单相电压的模拟电压采样信号；第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端、第一电容C1的第二端及第二电容C2的第一端共接于电源地。

需要说明的是，以A相为例，电阻串Rn的第二端、第一电阻R1的第一端与第一电容C1的第一端共同作为电压检测模块的第一模拟电压采样信号输出端，与计量电路300连接，以输出A相电压的正模拟电压采样信号VAP。

第二电阻R2的第二端和第二电容C2的第二端共同作为电压检测模块的第二模拟电压采样信号输出端，与计量电路300连接，以输出单相电压的负模拟电压采样信号VAN。

电阻串能对各相的相电压信号进行分压，而电容则对电压采样信号中的杂波信号进行滤波，便于获取到稳定的模拟电压采样信号。

优选地，电阻串Rn中各电阻的阻值相等或不相等，n为正整数且N≧1，进一步地，n取值为7。n的具体取值在本实施例中不进行限制，根据电能表的电压采样电路的需求对电阻串的n值进行设定。

A相电流检测组件210、B相电流检测组件220、C相电流检测组件230以及中性线电流检测组件240均包括电流检测模块。如图7所示，电流检测模块包括锰铜片MTA、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第三电容C3及第四电容C4。

锰铜片MTA的第一端、第三电阻R3的第一端、第四电阻R4的第一端及第五电阻R5的第一端共同作为电流检测模块的单相电流输入端或电流检测模块的中性线电流输入端，以接入单相电流或中性线电流。

第五电阻R5的第二端、第三电容C3的第一端、第六电阻R6的第一端与第四电容C4的第二端共同作为电流检测模块的模拟电流采样信号的输出端，以输出单相电流的模拟电流采样信号或中性线电流的模拟电流采样信号。

第七电阻R7的第二端、第六电阻R6的第二端、第三电阻R3的第二端以及锰铜片MTA的第二端共同作为电流检测模块的单相电流输出端或电流检测模块的中性线电流输出端，以输出单相电流或中性线电流。

第四电阻R4的第二端、第七电阻R7的第一端、第三电容C3的第二端以及第四电容C4的第一端共接于电源地。

需要说明的是，第五电阻R5的第二端与第三电容C3的第一端共同作为电流检测模块的第一模拟电流采样信号输出端，以输出单相电流的正模拟电流采样信号或中性线电流的正模拟电流采样信号。

第六电阻R6的第一端与第四电容C4的第二端共同作为电流检测模块的第二模拟电流采样信号输出端，以输出单相电流的负模拟电流采样信号或中性线电流的负模拟电流采样信号。

A相计量组件311、B相计量组件312、C相计量组件313以及中性线计量组件314均包括计量模块。如图8所示，计量模块包括单相计量芯片U1。

单相计量芯片U1的电流通道正模拟输入端V1P和电流通道负模拟输入端V1N作为计量模块的单相电流的模拟电流采样信号输入端，与电流采样电路200连接，以接入单相电流的模拟电流采样信号或中性线电流的模拟电流采样信号。

单相计量芯片U1的电流通道ADC采样信号输出端ADC_IOUT作为计量模块的单相电流的数字电流采样信号输出端，与控制电路400连接，以输出单相电流的数字电流采样信号或中性线电流的数字电流采样信号。

单相计量芯片U1的外灌系统时钟输入端作CLKIN为计量模块的基准时钟信号输入端，与控制电路400连接，以接入基准时钟信号。

更具体地说，单相计量芯片U1对模拟电流信号进行放大，将放大后的模拟电流信号转换为1bit的数字电流采样信号，单相计量芯片U1还根据控制电路400输出的基准时钟信号采集1bit的数字电流采样信号，然后1bit的数字电流采样信号通过单相计量芯片U1的硬件管脚电流通道ADC采样信号输出端ADC_IOUT输出。

由于三相四线的模拟电流采样信号经单相计量芯片U1采集后，通过单相计量芯片U1的硬件管脚电流通道ADC采样信号输出端ADC_IOUT以兆级时钟数据流的采样频率，实时传输到控制电路400中进行处理，信号采集及处理具有实时性，避免了现有技术的电能表通信本身的延时给电能计量带来的误差，并避免了用户负载快速变化时响应不及时导致的电能计量误差。

在一个实施例中，单相计量芯片U1的型号优选为RN8207D，优选地，时钟数据流的频率为大于或者等于2M。优选地，单相计量芯片U1的的放大倍数为1倍、2倍、4倍、8倍或16倍中任一种。

在一个实施例中，A相隔离组件321、B相隔离组件322及C相隔离组件323包括隔离模块，隔离模块包括容耦隔离器U2。

如图8所示，容耦隔离器U2的第一输入端INA作为隔离模块的单相电流的数字电流采样信号输入端，与单相的计量组件连接，以接入单相电流的数字电流采样信号或中性线电流的数字电流采样信号。

容耦隔离器U2的第一输出端OUTA作为隔离模块的单相电流的数字电流采样信号输出端，与控制电路400连接，以输出单相电流的数字电流采样信号或中性线电流的数字电流采样信号。

容耦隔离器U2的第二输入端INC作为隔离模块的基准时钟信号输入端，与控制电路400连接，以接入基准时钟信号。

容耦隔离器U2的第二输出端OUTC作为隔离模块的基准时钟信号输出端，与单相的计量组件连接，以输出容耦隔离后的基准时钟信号。

需要说明的是，容耦隔离器U2的第一输入端INA接入单相计量芯片U1的电流通道ADC采样信号输出端ADC_IOUT传输过来的单相电流的数字电流采样信号或中心线电流的数字电流采样信号，然后经容耦隔离器U2的第一输出端OUTA输出单相电流或中性线电流的1bit的数字电流信号I_1bit_IN；容耦隔离器U2的第二输入端INC接入控制电路400传输过来的基准时钟信号，然后经容耦隔离器U2的第二输出端OUTC输出容耦隔离后的基准时钟信号。

更具体地说，在单相计量芯片U1的电流通道ADC采样信号输出端ADC_IOUT与容耦隔离器U2第一输入端INA之间连接第八电阻R8，容耦隔离器U2的第二输出端OUTC与单相计量芯片U1的外灌系统时钟输入端作CLKIN之间连接第九电阻R9，第八电阻R8和第九电阻R9滤除了数字电流采样信号和基准时钟信号的尖峰信号，对数字电流采样信号和基准时钟信号进行去噪，便于保持数字电流采样信号和基准时钟信号幅值的稳定。

以A相为例，通过设置容耦隔离模块，实现了A相电流检测组件210、A相计量组件311与控制电路400之间的电气隔离，即实现了模拟采样信号的强电输入端与数字采样信号的弱电输出端电气隔离，此时的控制电路以弱电为地，提高了控制电路采用弱电信号控制强电设备的耐压电压，提升了电能计量电路及电能表的安全性。优选地，容耦隔离模块的隔离电压设置为大于或者等于2000V，例如容耦隔离模块的隔离电压范围为2000V～3000V。

由于设置容耦隔离模块通过容耦隔离方式进行数字电流采样信号及基准时钟信号的高效传输，实现了电能计量电路及电能表的兆级时钟数据流的传输速度，能将数字电流采样信号实时传输到控制电路进行处理，信号采集及处理具有实时性，避免了现有技术的电能表通信本身的延时给电能计量带来的误差，并避免了用户负载快速变化时响应不及时导致的电能计量误差。

如图9所示，在一个实施例中，控制电路400包括三相计量芯片U3。

三相计量芯片U3的电压采样通道A的正模拟输入端VAP和电压采样通道A的负模拟输入端VAN/UA_DIN共同作为控制电路400的A相电压的模拟电压采样信号输入端，与电压采样电路100连接，以接入A相电压的模拟电压采样信号；三相计量芯片U3的电压采样通道B的正模拟输入端VBP和电压采样通道B的负模拟输入端VBN/UB_DIN共同作为控制电路400的B相电压的模拟电压采样信号输入端，与电压采样电路100连接，以接入B相电压的模拟电压采样信号；三相计量芯片U3的电压采样通道C的正模拟输入端VCP和电压采样通道C的负模拟输入端VCN/UC_DIN共同作为控制电路400的C相电压的模拟电压采样信号输入端，与电压采样电路100连接，以接入C相电压的模拟电压采样信号。

三相计量芯片U3的第一电流外置ADC输入端IA_DIN作为控制电路400的A相电流的模拟电流采样信号输入端，与计量电路300连接，以接入A相电流的数字电流采样信号；第二电流外置ADC输入端IB_DIN作为控制电路400的B相电流的数字电流采样信号输入端，与计量电路300连接，以接入B相电流的数字电流采样信号；第三电流外置ADC输入端IC_DIN作为控制电路400的C相电流的数字电流采样信号输入端，与计量电路300连接，以接入C相电流的数字电流采样信号；第四电流外置ADC输入端IN_DIN作为控制电路400的中性线电流的数字电流采样信号输入端，与计量电路300连接，以接入中性线电流的数字电流采样信号。

三相计量芯片U3的外灌时钟输出端ADIN_CKO作为控制电路400的基准时钟信号输出端，与计量电路300连接，以输出基准时钟信号。

需要说明的是，三相计量芯片U3的数字信号处理模块根据预先设置好的计算式进行运算，以输出三相电网的电参数，例如有功功率、无功功率、视在功率、电压有效值、电流有效值、功率因数、相角等。同时，三相计量芯片U3还具有波形缓存、过零检测、过压过流检测、电压暂降检测、相序检测、电压线频率检测的功能。

在一个实施例中，三相计量芯片U3的型号优选为RN8302C。

更具体地说，三相计量芯片U3包括电压模数转换模块，电压模数转换模块配置为放大各相电压的模拟电压采样信号，并将放大后的各相电压的模拟电压采样信号转换为各相电压的数字电压采样信号，并根据三相计量芯片U3内部的基准时钟信号采集各相电压的数字电压采样信号(图中未示出)，以输出各相电压的数字电压采样信号，并传输至三相计量芯片U3中的数字信号处理模块。

本实施例的三相四线的电能计量电路在各相电流的数字电流采样信号和各相电压的数字电压采样信号传输到三相计量芯片U3的数字信号处理模块后，能通过硬件实时处理电能计量，不需要现有技术中对分相的功率进行累加运算以及电能计量的运算，减少了软件开销，降低了运算时间。

本实施例的三相四线的电能计量电路通过设置容耦隔离模块的隔离方式，实现了三相计量芯片和单相计量模块之间的电气隔离，此时三相计量芯片以弱电为地，提高了三相计量芯片采用弱电信号控制强电设备的安全。

本实施例的三相四线的电能计量电路通过3颗单相计量芯片，与1颗三相计量芯片的搭配，降低了成本。3颗单相计量芯片的时钟与三相计量芯片的时钟保持同步，故在时钟相位上，A\B\C相在时钟上有共同的时钟基准，能直接通过三相计量芯片获得相角、电能等参数值，提高了电能表的计算精度。例如在计算电压、电流之间的相角时，可以选择共同的一相，如以A相电压UA作为时钟基准，能直接计算出UB/UC/IA/IB/IC与UA的角差。

现有技术的电能表由于单相计量芯片与三相计量芯片是通过UART通讯的方式，读取分相功率，再求合相功率，通过计算合相功率产生脉冲，由于受到UART通讯速率，以及芯片的应用程序处理速率的制约，计算得到的合相功率，会滞后于电能表的实际功率，用户实际的负载功率有变化时，计算得到的合相功率不能获得实时的负载功率。另外，当电能表反复上下电时，三相计量芯片的脉冲尾数，三相计量芯片也较难通过通讯获取。例如按1秒读取一次电能数据，现有技术的电能表默认在这1秒内，负载的功率是稳定的，但实际负载运行时，不是理想的稳定运行。故当负载发生变化时，或者电能表在上下电过程中，三相计量芯片计算出来的电能与实际负载电能存在较大误差。

采用本实施例的电能计量电路的电能表将A\B\C相的单相计量芯片的数字电流采样信号，通过1bit数字电流采样信号的数据流传输到三相计量芯片的数字信号处理模块中，并将A\B\C相的模拟电压采样信号通过三相计量芯片内置的电压模数转换模块转换为数字电压采样信号，通过1bit数字电压采样信号的数据流也传输到三相计量芯片的数字信号处理模块中，消除了当负载电流发生波动时因通讯方式带来的计算误差。

采用本实施例的电能计量电路的电能表还能具备谐波分析和全失压的功能。

以下结合工作原理对图6至图10所示的作进一步说明：

三相电网A相的模拟电压信号经过包括分压电阻串的A相电压检测组件110，获得A相电压的模拟电压采样信号；A相电压的正模拟电压采样信号VAP接入至三相计量芯片U3的电压采样通道A的正模拟输入端VAP，A相电压的负模拟电压采样信号VAN接入至三相计量芯片U3的电压采样通道A的正模拟输入端VAN，通过三相计量芯片U3内置的电压模数转换模块放大A相电压的模拟电压采样信号并将放大后的A相电压的模拟电压采样信号转换为1bit的数字电压采样信号。

三相电网A相的电流信号经过包括锰铜片的A相电流检测组件210并被转换为A相电流的模拟电流采样信号；A相电流的正模拟电流采样信号IAP接入至A相计量组件311的单相计量芯片U1的电流通道正模拟输入端V1P，A相电流的负模拟电流采样信号IAN接入至A相计量组件311的单相计量芯片U1的电流通道负模拟输入端V1N，单相计量芯片U1将放大后的A相电流的模拟电流采样信号转换为1bit的数字电流采样信号；单相计量芯片U1接收三相计量芯片U3通过A相隔离组件321的容耦隔离器U2传输过来的容耦隔离后并进行去噪的基准时钟信号，单相计量芯片U1的时钟与三相计量芯片U3的时钟保持同步，并根据基准时钟信号采集1bit的数字电流采样信号；从单相计量芯片U1的电流通道ADC采样信号输出端ADC_IOUT输出1bit的数字电流采样信号IA_1bit_OUT，去噪后传输至A相隔离组件321的容耦隔离器U2的第一输入端INA；容耦隔离器U2的第二输出端OUTA输出容耦隔离后的1bit的数字电流采样信号IA_1bit_IN；1bit的数字电流采样信号IA_1bit_IN再经过阻容滤波后转化为1bit的数字电流采样信号IA_1bit(图中未示出滤波电路)，并发送至三相计量芯片U3的第一电流外置ADC输入端IA_DIN。

三相电网的B相、C相的采样工作过程与上述A相的采样工作过程相同，三相电网的中性线只进行电流采样，且中性线计量组件314与控制电路400之间没有容耦隔离器U2进行电气隔离，单相计量芯片U1的电流通道ADC采样信号输出端ADC_IOUT输出1bit的数字电流采样信号IN_1bit_OUT，直接传输至三相计量芯片U3的第四电流外置ADC输入端IN_DIN，其余工作过程与上述A相的电流采样工作过程相同。

三相计量芯片U3的电压采样通道A的正模拟输入端VAP接入A相电压的正模拟电压信号VAP，电压采样通道A的负模拟输入端VAN/UA_DIN接入A相电压的负模拟电压信号VAN；三相计量芯片U3的电压采样通道B的正模拟输入端VBP接入B相电压的正模拟电压信号VBP，电压采样通道B的负模拟输入端VBN/UB_DIN接入B相电压的负模拟电压信号VBN；三相计量芯片U3的电压采样通道C的正模拟输入端VCP接入C相电压的正模拟电压信号VCP，电压采样通道C的负模拟输入端VCN/UC_DIN接入C相电压的负模拟电压信号VCN。

三相计量芯片U3的第一电流外置ADC输入端IA_DIN接入A相电流的1bit的数字电流采样信号IA_1bit，第二电流外置ADC输入端IB_DIN接入B相电流的1bit的数字电流采样信号IB_1bit，第三电流外置ADC输入端IC_DIN接入C相电流的1bit的数字电流采样信号IC_1bit，第四电流外置ADC输入端IN_DIN接入中性线电流的1bit的数字电流采样信号IN_1bit，三相计量芯片U3接收到三相四线的1bit的数字电压采样信号及数字电流采样信号后，三相计量芯片U3的数字信号处理模块根据预设的计算式进行运算，以输出电能表需要的三相电网的电参数。

三相计量芯片U3接收到三相四线的模拟电压采样信号及1bit的数字电流采样信号后，三相计量芯片U3的数字信号处理模块根据预设的计算式进行运算，以输出电能表需要的三相电网的电参数。

本申请实施例的第二方面提了一种电能表，包括如上述第一方面内容中任一项的电能计量电路。

本申请实施例提供的三相四线的电能计量电路及电能表，通过电压采样电路检测三相电网的各相电压，以输出各相电压的模拟电压采样信号，电流采样电路检测三相电网的各相电流和中性线电流，以输出各相电流的模拟电流采样信号和中性线电流的模拟电流采样信号，计量电路根据基准时钟信号将各相电流的模拟电流采样信号转换为各相电流的数字电流采样信号，并根据基准时钟信号将中性线电流的模拟电流采样信号转换为中性线电流的数字电流采样信号，控制电路输出基准时钟信号，并对各相电压的模拟电压采样信号、各相电流的数字电流采样信号以及中性线的数字电流采样信号进行运算以输出三相电网的电参数；各相电流的数字电流采样信号以及中性线电流的数字电流采样信号为单比特信号；计量电路隔离了电流采样电路与控制电路，满足了电能表在部分用电场景的安全性需求，提高了电能表获得各电参数的速度；且计量电路使用相同的时钟对各相电流的模拟电流采样信号和中性线电流的模拟电流采样信号进行转换，故在时钟相位上，A\B\C相在时钟上有共同的时钟基准，能直接通过控制电路获得相角、电能等参数值，提高了电能表的计算精度，从而提升了电能表的性能。

同时，由于未对电压采样电路进行电气隔离，节省了3路隔离信号，减小了容耦隔离器的体积，也未对计量电路的中性线电流检测组件进行电气隔离，减少了容耦隔离器的数量，从而还降低了电能表的成本。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三相四线的电能计量电路，其特征在于，包括：

电压采样电路，配置为接入三相电网，并检测所述三相电网的各相电压，以输出所述各相电压的模拟电压采样信号；

电流采样电路，配置为接入所述三相电网，并检测所述三相电网的各相电流和中性线电流，以输出所述各相电流的模拟电流采样信号和所述中性线电流的模拟电流采样信号；

计量电路，与所述电流采样电路连接，配置为根据基准时钟信号将所述各相电流的模拟电压采样信号转换为所述各相电流的数字电压采样信号，且根据所述基准时钟信号将所述中性线电流的模拟电流采样信号转换为所述中性线电流的数字电流采样信号；

控制电路，与所述电压采样电路和所述计量电路连接，配置为输出所述基准时钟信号，对各相电压的模拟电压采样信号、所述各相电流的数字电流采样信号以及所述中性线电流的数字电流采样信号进行运算以输出所述三相电网的电参数；

所述各相电流的数字电流采样信号以及所述中性线电流的数字电流采样信号为单比特信号；

其中，所述电流采样电路包括A相电流检测组件、B相电流检测组件、C相电流检测组件及中性线电流检测组件；所述计量电路包括A相计量组件、A相隔离组件、B相计量组件、B相隔离组件、C相计量组件、C相隔离组件及中性线计量组件；

其中，所述A相电流检测组件，配置为采用锰铜片检测A相电流以输出所述A相电流的模拟电流采样信号；所述B相电流检测组件，配置为采用锰铜片检测B相电流以输出所述B相电流的模拟电流采样信号；所述C相电流检测组件，配置为采用锰铜片检测C相电流以输出所述C相电流的模拟电流采样信号；所述中性线电流检测组件，配置为采用锰铜片检测中性线电流以输出所述中性线电流的模拟电流采样信号；

其中，所述A相计量组件，与所述A相电流检测组件以及所述控制电路连接，配置为根据所述基准时钟信号将所述A相电流的模拟电流采样信号转换为A相电流的数字电流采样信号；所述A相隔离组件，连接在所述A相计量组件和所述控制电路之间，配置为对A相电流的数字电流采样信号进行容耦隔离；

所述B相计量组件，与所述B相电流检测组件以及所述控制电路连接，配置为根据所述基准时钟信号将所述B相电流的模拟电流采样信号转换为B相电流的数字电流采样信号；所述B相隔离组件，连接在所述B相计量组件和所述控制电路之间，配置为对所述B相电流的数字电流采样信号进行容耦隔离；

所述C相计量组件，与所述C相电流检测组件以及所述控制电路连接，配置为根据所述基准时钟信号将所述C相电流的模拟电流采样信号转换为C相电流的数字电流采样信号；所述C相隔离组件，连接在所述C相计量组件和所述控制电路之间，配置为对所述C相电流的数字电流采样信号进行容耦隔离；

所述中性线计量组件，与所述中性线电流检测组件以及所述控制电路连接，配置为根据所述基准时钟信号将所述中性线电流的模拟电流采样信号转换为所述中性线电流的数字电流采样信号。

2.如权利要求1所述的电能计量电路，其特征在于，所述电压采样电路包括：

A相电压检测组件，配置为检测A相电压以输出所述A相电压的模拟电压采样信号；

B相电压检测组件，配置为检测B相电压以输出所述B相电压的模拟电压采样信号；

C相电压检测组件，配置为检测C相电压以输出所述C相电压的模拟电压采样信号。

3.如权利要求2所述的电能计量电路，其特征在于，所述A相电压检测组件、所述B相电压检测组件以及所述C相电压检测组件均包括电压检测模块，所述电压检测模块包括n个电阻组成的电阻串、第一电阻、第二电阻、第一电容及第二电容，其中，n为正整数且n≧1；

所述电阻串的第一端作为所述电压检测模块的单相电压输入端，与所述三相电网连接，以接入单相电压；

所述电阻串的第二端、第一电阻的第一端、第一电容的第一端、所述第二电阻的第二端以及所述第二电容的第二端共同作为所述电压检测模块的模拟电压采样信号输出端，与所述计量电路连接，以输出所述单相电压的模拟电压采样信号；

第一电阻的第二端、第二电阻的第一端、第一电容的第二端以及第二电容的第一端共接于电源地。

4.如权利要求1所述的电能计量电路，其特征在于，所述A相电流检测组件、所述B相电流检测组件、所述C相电流检测组件以及所述中性线电流检测组件均包括电流检测模块，所述电流检测模块包括锰铜片、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三电容及第四电容；

所述锰铜片的第一端、所述第三电阻的第一端、所述第四电阻的第一端及所述第五电阻的第一端共同作为所述电流检测模块的单相电流输入端或所述电流检测模块的中性线电流输入端，以接入所述单相电流或所述中性线电流；

所述第五电阻的第二端、所述第三电容的第一端、所述第六电阻的第一端以及所述第四电容的第二端共同作为所述电流检测模块的模拟电流采样信号输出端，与所述计量电路连接，以输出所述单相电流的模拟电流采样信号或所述中性线电流的模拟电流采样信号；

所述第七电阻的第二端、所述第六电阻的第二端、所述第三电阻的第二端以及所述锰铜片的第二端共同作为所述电流检测模块的单相电流输出端或所述电流检测模块的中性线电流输出端，以输出所述单相电流或所述中性线电流；

所述第四电阻的第二端、所述第七电阻的第一端、第三电容的第二端以及第四电容的第一端共接于电源地。

5.如权利要求1所述的电能计量电路，其特征在于，所述A相计量组件、所述B相计量组件、所述C相计量组件以及所述中性线计量组件均包括计量模块，所述计量模块包括单相计量芯片；

所述单相计量芯片的电流通道正模拟输入端和所述单相计量芯片的电流通道负模拟输入端作为所述计量模块的单相电流的模拟电流采样信号输入端，与所述电流采样电路连接，以接入所述单相电流的模拟电流采样信号或所述中性线电流的模拟电流采样信号；

所述单相计量芯片的电流通道ADC采样信号输出端作为所述计量模块的单相电流的数字电流采样信号输出端，与所述控制电路连接，以输出所述单相电流的数字电流采样信号或所述中性线电流的数字电流采样信号；

所述单相计量芯片的外灌系统时钟输入端作为所述计量模块的基准时钟信号输入端，与所述控制电路连接，以接入所述基准时钟信号。

6.如权利要求1所述的电能计量电路，其特征在于，所述A相隔离组件、所述B相隔离组件以及所述C相隔离组件包括隔离模块，所述隔离模块包括容耦隔离器；

所述容耦隔离器的第一输入端作为所述隔离模块的单相电流的数字电流采样信号输入端，与单相的所述计量组件连接，以接入所述单相电流的数字电流采样信号或所述中性线电流的数字电流采样信号；

所述容耦隔离器的第一输出端作为所述隔离模块的单相电流的数字电流采样信号输出端，与所述控制电路连接，以输出容耦隔离后的所述单相电流的数字电流采样信号或所述中性线电流的数字电流采样信号；

所述容耦隔离器的第二输入端作为所述隔离模块的基准时钟信号输入端，与所述控制电路连接，以接入所述基准时钟信号；

所述容耦隔离器的第二输出端作为所述隔离模块的基准时钟信号输出端，与单相的所述计量组件连接，以输出容耦隔离后的所述基准时钟信号。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的电能计量电路，其特征在于，所述控制电路包括三相计量芯片；

所述三相计量芯片的电压采样通道A的正模拟输入端和电压采样通道A的负模拟输入端共同作为所述控制电路的A相电压的模拟电压采样信号输入端，与所述电压采样电路连接，以接入A相电压的模拟电压采样信号；所述三相计量芯片的电压采样通道B的正模拟输入端和电压采样通道B的负模拟输入端共同作为所述控制电路的B相电压的模拟电压采样信号输入端，与所述电压采样电路连接，以接入B相电压的模拟电压采样信号；所述三相计量芯片的电压采样通道C的正模拟输入端和电压采样通道C的负模拟输入端共同作为所述控制电路的C相电压的模拟电压采样信号输入端，与所述电压采样电路连接，以接入C相电压的模拟电压采样信号；

所述三相计量芯片的第一电流外置ADC输入端作为所述控制电路的A相电流的数字电流采样信号输入端，与所述计量电路连接，以接入A相电流的数字电流采样信号；所述三相计量芯片的第二电流外置ADC输入端作为所述控制电路的B相电流的数字电流采样信号输入端，与所述计量电路连接，以接入B相电流的数字电流采样信号；所述三相计量芯片的第三电流外置ADC输入端作为所述控制电路的C相电流的数字电流采样信号输入端，与所述计量电路连接，以接入C相电流的数字电流采样信号；所述三相计量芯片的第四电流外置ADC输入端作为所述控制电路的中性线电流的数字电流采样信号输入端，与所述计量电路连接，以接入所述中性线电流的数字电流采样信号；

所述三相计量芯片的外灌时钟输出端作为所述控制电路的基准时钟信号输出端，与所述计量电路连接，以输出所述基准时钟信号。

8.一种电能表，其特征在于，所述电能表还包括如上述权利要求1至7任意一项所述的电能计量电路。

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