专利名称：单相多功能电能计量电路及其电表自动校准方法
技术领域：
本发明涉及一种单相多功能电能计量电路及电表校准方法，特别是涉及一种可自动校表的单相多功能电能计量电路及其电表自动校准方法，属于电能计量技术领域。
背景技术：
电能计量主要把输入的电压和电流信号按照时间相乘，得到功率随着时间变化的信息即瞬时功率，假设电流电压信号为正弦函数，并存在相位差Φ，电流电压信号的关系如下
权利要求
1.一种单相多功能电能计量电路，应用于一智能电表系统，至少包括三路模拟数字转换器，分别用于接收火线电流采样信号、零线电流采样信号及电压采样信号，并将接收到的模拟的该火线电流采样信号、该零线电流采样信号及该电压采样信号转换为数字信号，以得到第一电流采样数据、第二电流采样数据及电压采样数据；三组有效值计算单元，分别接收该第一电流采样数据、该第二电流采样数据及该电压采样数据，并将其分别计算处理后获得第一电流有效值、第二电流有效值及电压有效值；功率运算单元，将该第一电流采样数据、该第二电流采样数据分别与该电压采样数据相乘，得到瞬时有功功率，并将该瞬时有功功率经过一 CIC滤波器输出平均有功功率；将该电压采样数据移相90度后再与该第一电流采样数据、该第二电流采样数据分别相乘，得到瞬时无功功率，并将该瞬时无功功率经过一 CIC滤波器输出平均无功功率；将该第一电流有效值与该第二电流有效值分别与该电压有效值相乘，得到视在功率；以及数字频率转换单元，用于将该瞬时有功功率、该瞬时无功功率和该视在功率通过一定时间的积分，以获得有功能量、无功能量和视在能量，并将该平均有功功率和平均无功功率经过数字到频率转换、潜动判断和频率调制后转换为脉冲信号输出。
2.如权利要求1所述的单相多功能电能计量电路，其特征在于该单相多功能电能计量电路还包括一窃电判断单元,该窃电判断单元接受两路电流的平均有功功率或电流有效值，通过比较两路电流的平均有功功率或电流有效值的大小，产生窃电指示提供给主控 MCU。
3.如权利要求1所述的单相多功能电能计量电路，其特征在于每组有效值计算单元至少包括平方电路、CIC滤波器及开方电路，将接收到的该第一电流采样数据、该第二电流采样数据及该电压采样数据分别通过该平方电路、该Cic滤波器及该开方电路计算后输出该第一电流有效值、该第二电流有效值及该电压有效值
4.如权利要求3所述的单相多功能电能计量电路，其特征在于在每路模拟数字转换器与每组有效值计算单元之间，该单相多功能电能计量电路还包含一数字抽取滤波器、相位校准电路及高通滤波器，以滤去数字信号中的高频噪声与直流增益。
5.如权利要求4所述的单相多功能电能计量电路，其特征在于在该火线电流采样信号、该零线电流采样信号以及该电压采样信号输入到该三路模拟数字转换器之前，还可分别经过一可编程增益放大器对各采样信号进行放大。
6.如权利要求4所述的单相多功能电能计量电路,其特征在于该单相多功能电能计量电路还包括一自动校准模块以修正模拟数字转换器的增益误差和失调误差，该自动校准模块至少包括系统增益校准及系统失调校准两种模式，当该单相多功能电能计量电路在自动校准模式下，通过该主控MCU给该单相多功能电能计量电路发出系统增益校准和系统失调校准的指令，当校准流程完成后，该单相多功能电能计量电路生成校准完成就绪的中断信号，通知主控MCU读取相应的寄存器的值存储到存储器中；当正常工作模式时，主控MCU 从该存储器读取校准数据，写入相应的计量电路校准寄存器中。
7.如权利要求6所述的单相多功能电能计量电路，其特征在于该计量电路校准寄存器包括直流失调校准寄存器、交流失调校准寄存器及直流增益校准寄存器。
8.如权利要求7所述的单相多功能电能计量电路，其特征在于在该系统增益校准模式下，该自动校准模块通过外部精确电压源提供准确的参考电压作为参考信号，将该单相多功能电能计量电路的外部输入引脚接该外部精确电压源，并通过一共模电压接地。
9.如权利要求7所述的单相多功能电能计量电路，其特征在于在该系统失调校准模式下，该自动校准模块将该该单相多功能电能计量电路的外部输入引脚短接，并通过一共模电压接地。
10.如权利要求9所述的单相多功能电能计量电路，其特征在于在三个通道的高通滤波器之后，该直流失调校准寄存器的值分别通过一加法器对该高通滤波器的输出进行修正。
11.如权利要求8所述的单相多功能电能计量电路，其特征在于该直流增益校准寄存器的值分别通过一乘法器对直流失调校准后的结果进行修正，以得到需要的该第一电流采样数据、该第二电流采样数据及该电压采样数据。
12.如权利要求9所述的单相多功能电能计量电路，其特征在于在开平方电路之后， 该交流失调校准寄存器的值分别通过一加法器对该开平方电路的输出进行修正。
13.如权利要求1所述的单相多功能电能计量电路，其特征在于该单相多功能电能计量电路包含一个数字接口单元，该数字接口单元用于与主控MCU之间专递校表参数和计量结果，其可以为I2C，SPI，UART或单线通讯总线。
14.一种电表的自动校准方法，应用于一包含单相多功能电能计量电路的智能电表系统，至少包括如下步骤进行校准程序之前，令该单相多功能电能计量电路处于有效状态，相应的校准中断信号被复位；将自动校准模块的校准参考信号输入到模拟输入引脚；主控MCU发送相应的校准命令到计量电路的数字接口单元；以及该单相多功能电能计量电路根据校准命令完成内部校准，将结果写入相应的校准寄存器并产生校准完成中断信号指示校准完成。
15.如权利要求14所述的电表的自动校准方法,其特征在于该校准命令为8位命令, 对其中各位的不同设置指定了不同的校准模式。
16.如权利要求15所述的电表的自动校准方法，其特征在于该校准模式包括直流失调校准模式、交流失调校准模式、直流增益校准模式及交流增益校准模式。
17.如权利要求16所述的电表的自动校准方法，其特征在于在该直流失调校准模式和该交流失调校准模式下，该单相多功能电能计量电路的外部输入引脚短接接地
18.如权利要求17所述的电表的自动校准方法，其特征在于若该校准命令的校准模式为直流失调校准模式，把最近一个计算周期内的第一电流采样数据、第二电流采样数据及电压采样数据的平均值分别存储到直流失调校准寄存器。
19.如权利要求17所述的电表的自动校准方法，其特征在于若该校准命令的校准模式为交流失调校准模式，把最近一个计算周期内的第一电流有效值、第二电流有效值及电压有效值的平均值分别存储到交流失调校准寄存器。
20.如权利要求16所述的电表的自动校准方法，其特征在于在该直流增益校准模式和该交流增益校准模式下，该单相多功能电能计量电路的外部输入引脚接直流校准信号。
21.如权利要求20所述的电表的自动校准方法，其特征在于若该校准命令的校准模式为直流增益校准模式，由一个计算周期内的瞬态电压采样值的平均值取倒数存储到直流增益校准寄存器，然后对该平均值进行调整，使相应的瞬时电压采样值为I。
22.如权利要求20所述的电表的自动校准方法，其特征在于若该校准命令的校准模式为交流增益校准模式，由一个计算周期内瞬态电压采样值的平均值取倒数存储到直流增益校准寄存器中，然后对该平均值进行调整，使相应的有效值值为O. 6。
全文摘要
本发明公开了一种单相多功能电能计量电路及其电表自动校准方法，该计量电路包括三路模拟数字数字转换器、三组有效值计算单元、功率计算单元及数字频率转换单元，通过上述模块，本发明可以能够同时计量基于火线电流和零线电流的有功能量、无功能量和视在能量以及功率因数，同时可计量电流及电压有效值，并可以根据两路电流的有效值或有功功率的不同产生窃电指示，另外本发明还包含内置自动校准模块，不仅可以自动修正系统的失调和增益误差，使智能电表的校表流程大大简化，且可以修正不同电路间的不同偏差。
文档编号G01R22/10GK102998525SQ20111027301
公开日2013年3月27日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者陈富涛, 胡燕, 杨思彦, 尤剑源 申请人:无锡华润矽科微电子有限公司