宽量程直流电能表的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种宽量程直流电能表，包括通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块、存储模块、SOC芯片、直流电流采样模块、直流电压采样模块和工作电源模块；直流电流采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连接，直流电压采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连，工作电源模块为SOC芯片供电。本实用新型能采集直流电网的电压、电流、功率、电量等信号值；直流电流输入信号支持0~300mV分流器输入，直流电压信号支持0~1200V输入。由于本实用新型采用SOC方案，大幅降低了元器件数量，降低成本，显著提高运行速度及抗干扰能力。
【专利说明】宽量程直流电能表
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种直流电能表，特别涉及一种宽量程直流电能表。
【背景技术】
[0002]近几年，太阳能、风电等新能源及电动汽车正处于快速发展期，但是其使用的环境也很复杂:直流电压输入范围从几十伏到千多伏变化，直流电流的分流器毫伏信号从零到几百毫伏变化，工作电源也有220VAC、110VDC等多种，环境干扰也很大。由于市场才兴起且新国家标准也处于起草中，所以新的直流电能表产品也处于起步阶段，现有产品都存在较大缺陷:如直流电压输入只有220V等单一规格，直流电流的毫伏信号只有75mV单一规格，工作电源也只能输入市电220VAC。
[0003]此外，现有产品采用的方案为AD芯片+计量芯片+管理芯片，这种方案成本很高，抗干扰性差。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种低成本且高可靠的宽量程直流电能表。
[0005]本实用新型提供的这种宽量程直流电能表，包括通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块、存储模块、S0C芯片、直流电流采样模块、直流电压采样模块和工作电源模块；直流电流采样模块的输出端与S0C芯片的输入端连接，直流电压采样模块的输出端与S0C芯片的输入端连，工作电源模块为S0C芯片供电，S0C芯片还分别与通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块和存储模块连接。
[0006]所述S0C芯片采用单片机。
[0007]所述直流电流采样模块包括第一保护支路、一个匹配电阻RA和第一滤波支路；第一保护支路包括一个瞬变抑制器T1，瞬变抑制器T1接于直流电流采样端的两端；匹配电阻RA与瞬变抑制器T1并联接于直流电流采样端的两端；第一滤波支路包括电阻R26、电阻R27、电容C22、电容C20和电容C27，电阻R26接于直流电流采样端的正输入端及其对应直流电流采样输出端之间，电阻R27接于直流电流采样端的负输入端及其对应直流电流采样输出端之间；电容C22和电容C20串联后接于直流电流采样输出端的两端之间，此两电容中间的连接点处接地，电容C27接于直流电流采样输出端的两端之间，该直流电流采样输出端与所述S0C芯片的模拟输入端连接。
[0008]所述直流电压采样模块包括第二保护支路、第二降压支路和第二滤波支路；第二保护支路包括压敏电阻RV2、电感LV+和电感LV-，压敏电阻RV2接于直流电压采样端的两端，直流电压采样端的正端再与电感LV+相连，直流电压采样端的负端与电感LV-相连；第二降压支路包括分压电阻RV16和分压电阻R30 ;第二滤波支路包括电阻R31、电阻R29、电容C25、电容C23和电容C29，第二滤波支路与所述第一滤波支路的电路结构一样；直流电压采样端与第二保护支路相连后，再接入到第二降压支路，第二滤波支路接于第二降压电路和直流电压采样输出端之间，该直流电压采样输出端与所述S0C芯片的模拟输入端连接。[0009]所述工作电源模块采用开关电源电路，其包括一个型号为TNY268的单片式开关电源芯片。
[0010]本实用新型具有宽量程、高精度的特点；能采集直流电网的电压、电流、功率、电量等信号值；直流电流输入信号支持OlOOmV分流器输入，直流电压信号支持(T1200V输入。由于本实用新型采用SOC方案，大幅降低了元器件数量，减少体积，降低成本，显著提高运行速度及抗干扰能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型的功能框图。
[0012]图2是本实用新型SOC芯片的一种【具体实施方式】电路图。
[0013]图3是本实用新型的直流电流采样模块的一种【具体实施方式】电路图。
[0014]图4是本实用新型的直流电压采样模块的一种【具体实施方式】电路图。
[0015]图5是本实用新型的工作电源模块的一种【具体实施方式】电路图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，本实用新型包括通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块、存储模块、SOC芯片、直流电流采样模块、直流电压采样模块和工作电源模块。直流电流采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连接，直流电压采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连，工作电源模块为SOC芯片供电，SOC芯片还分别与通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块和存储模块相连。
`[0017]宽范围直流电压信号(48V、100 V、220 V、400 V、600 V、1000V等多种规格)进入直
流电压采样模块、宽范围直流电流信号(OlOOmV)进入直流电流采样模块；由直流电压采样模块和直流电流采样模块采集的信号经过保护、降压、滤波处理后送到SOC芯片，由SOC芯片对输入的信号进行AD采样等处理，然后生成校表后的电压、电流、功率、电量、有功脉冲等数据；电量数据实时保存到存储模块中，确保电能表掉电数据不丢失，从而达到对直流电能的计量。有功脉冲通过电量脉冲模块对外输出。
[0018]通讯模块支持Modbus和DL/T645通信协议，可以通过通讯设置电能表的各种参数，并抄读正反直流电能、直流电压、直流电流、直流功率等电参数值。本通讯模块可方便的接入其它通讯网络中，组成一个完整的能源监控系统。
[0019]按键与显示模块包括液晶屏和按键，可显示电量、电压、电流、功率等各种数据。
[0020]开关量模块包括2路开关量输入和2路开关量输出。
[0021]变送器模块包括I~4路变送器输出功能(4~20πιΑ、0-20πιΑ、0-24πιν、0-5ν、0-?0ν档
位任选)。
[0022]如图2所示，SOC芯片由单芯片组成，该芯片集成了 AD芯片、计量芯片、管理芯片的功能。本实用新型的SOC芯片可采用MSP430427系列单片机芯片。
[0023]如图2和图3所示，直流电流采样模块包括第一保护支路、一个匹配电阻RA和第一滤波支路。
[0024]第一保护支路包括一个瞬变抑制器Tl，瞬变抑制器Tl接于直流电流采样端的两端；匹配电阻RA与瞬变抑制器Tl并联接于直流电流采样端的两端；第一滤波支路包括电阻R26、电阻R27、电容C22、电容C20和电容C27，电阻R26接于直流电流采样端的正输入端及其对应直流电流采样输出端之间，电阻R27接于直流电流采样端的负输入端及其对应直流电流采样输出端之间；电容C22和电容C20串联后接于直流电流采样输出端的两端之间，此两电容中间的连接点处接地，电容C27接于直流电流采样输出端的两端之间，直流电流采样输出端的正端1+与SOC芯片的4脚连接，该直流电流采样输出端的负端1-与SOC芯片的5脚连接。
[0025]直流电流采样模块具备(T300mV的宽范围直流电流信号采集能力。
[0026]如图2和图4所示，直流电压采样模块包括第二保护支路、第二降压支路和第二滤波支路。
[0027]第二保护支路包括压敏电阻RV2、电感LV+和电感LV-，压敏电阻RV2接于直流电压采样端的两端，直流电压采样端的正端再与电感LV+相连，直流电压采样端的负端与电感LV-相连；第二降压支路包括分压电阻RV16和分压电阻R30 ;第二滤波支路包括电阻R31、电阻R29、电容C25、电容C23和电容C29，第二滤波支路与第一滤波支路的电路结构一样；直流电压采样端与第二保护支路相连后，再接入到第二降压支路，第二滤波支路接于第二降压电路和直流电压采样输出端之间，直流电压采样输出端的正端V1+与S0C芯片的6脚连接，该直流电压采样输出端的负端V1-与S0C芯片的7脚连接。
[0028]直流电压采样模块具备48V、100 V、220 V、400 V、600 V、1000V等多种电压规格的宽范围直流电压信号采集的能力。
[0029]直流电流采样模块和直流电压采样模块可以同时工作，也可单独工作。这两个功能模块采集的信号经过保护、降压、滤波处理后传至S0C芯片。
[0030]如图5所示，工作电源模块采用开关电源电路，包括一个开关电源，能在4(T420V交流电压或直流电源下工作，输出3.3V、5V、12V电压。
[0031]工作电源模块可采用型号为TNY268的芯片。
【权利要求】
1.一种宽量程直流电能表，包括通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块和存储模块，其特征在于，还包括SOC芯片、直流电流采样模块、直流电压采样模块和工作电源模块；直流电流采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连接，直流电压采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连，工作电源模块为SOC芯片供电，SOC芯片还分别与通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块和存储模块连接。
2.根据权利要求1所述的宽量程直流电能表，其特征在于，所述SOC芯片采用单片机。
3.根据权利要求1所述的宽量程直流电能表，其特征在于，所述直流电流采样模块包括第一保护支路、一个匹配电阻RA和第一滤波支路；第一保护支路包括一个瞬变抑制器Tl，瞬变抑制器Tl接于直流电流采样端的两端；匹配电阻RA与瞬变抑制器Tl并联接于直流电流采样端的两端；第一滤波支路包括电阻R26、电阻R27、电容C22、电容C20和电容C27，电阻R26接于直流电流采样端的正输入端及其对应直流电流采样输出端之间，电阻R27接于直流电流采样端的负输入端及其对应直流电流采样输出端之间；电容C22和电容C20串联后接于直流电流采样输出端的两端之间，此两电容中间的连接点处接地，电容C27接于直流电流采样输出端的两端之间，该直流电流采样输出端与所述SOC芯片的模拟输入端连接。
4.根据权利要求1所述的宽量程直流电能表，其特征在于，所述直流电压采样模块包括第二保护支路、第二降压支路和第二滤波支路；第二保护支路包括压敏电阻RV2、电感LV+和电感LV-，压敏电阻RV2接于直流电压采样端的两端，直流电压采样端的正端再与电感LV+相连，直流电压采样端的负端与电感LV-相连；第二降压支路包括分压电阻RV16和分压电阻R30 ;第二滤波支路包括电阻R31、电阻R29、电容C25、电容C23和电容C29，电阻R31接于直流电压采样端的正输入端及其对应直流电压采样输出端之间，电阻R29接于直流电压采样端的负输入端及其对应直流电压采样输出端之间；电容C25和电容C23串联后接于直流电压采样输出端的两端之间，此两电容中间的连接点处接地，电容C29接于直流电压采样输出端的两端之间，该直流电压采样输出端与所述SOC芯片的模拟输入端连接；直流电压采样端与第二保护支路相连后，再接入到第二降压支路，第二滤波支路接于第二降压电路和直流电压采样输出端之间，该直流电压采样输出端与所述SOC芯片的模拟输入端连接。
5.根据权利要求1所述的宽量程直流电能表，其特征在于，所述工作电源模块采用开关电源电路，其包括一个型号为TNY268的单片式开关电源芯片。
【文档编号】G01R22/10GK203519723SQ201320652533
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】刘建福, 张雷, 周宣, 范成祥 申请人:威胜集团有限公司