隔离单相能耗测控电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电力能耗计量领域，尤其涉及隔离单相能耗测控电路，包括：电压传感器、电流传感器、数字信号处理组件、光电隔离器、继电器组件、隔离AC-DC模块和隔离DC-DC模块。本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供了一种使用简单、安装方便、安全可靠、即时监控的基于数字信号处理技术的隔离型的带有控制功能的电气设备能耗测控电路，该电路集成到测控装置中，然后测控装置安装在用电设备和电源插座之间，不仅可以方便地对设备能耗进行有效监控，而且可以对设备进行必要的控制；此外，该电路成本低廉、对电力线路影响小、监控参数多，接口简单，适应性强，为电气设备能耗监控提供良好的解决思路。
【专利说明】隔离单相能耗测控电路【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力能耗计量领域，尤其涉及隔离单相能耗测控电路。
【背景技术】
[0002]现有单相电表一般用于计量电度量，但是随着国家工业化、城镇化的发展，能源紧张与设备用电管理落后的问题使得仅仅具有测量用电量的电表已经无法满足需求。
[0003]电子式电能表通常采用感性传感器如电压互感器和电流互感器作为感应元件，因此这种电表对供电线路有感性影响，而且对采用电力线载波技术通讯的设备的通讯信号有衰减作用；此外，供电电网通常存在大量干扰，对电表的测量精度造成影响，导致测量精度不高。这些缺点都导致资源浪费、计量不准以及适应性差的问题。
[0004]为了更好的对设备电能耗进行监控，从而对设备用电进行有效管理，需要一种专用于监控用电设备用电全部参数的变送模块或装置。此外现有的电力计量仪表通常不具有控制功能如开关设备功能，无法在必要时对设备进行适当控制。
[0005]除了上述应用上的不足外，实际工程实现上也存在如下问题:
[0006]I)通常的电能表或电能相关测控装置把测量模块、显示模块、控制单元都由一个组件实现，而造成电路复杂、开发测试困难；
[0007]2)专用于电能测量和控制的模块尚不多见，仅有的几种模块也通常使用直流电源，而且缺少控制功能。
[0008]3)由于涉及到危险电压(电力线电压)，外部控制电路必须同电力线隔离。一种方法是直接使用电力线经过简单的电容分压再稳压获得的直流电源给测量电路供电，而经过光电耦合器作为同外部控制电路的接口。问题是由于没有隔离，上述方法获得的电源会直接把电力线上的干扰耦合到测量电路(通过电源连接)，影响测量精度；此外此种电源功率有限，又直接同电力线耦合因而不安全，因此不适合为必要的控制元件提供电源。
实用新型内容
[0009]本实用新型为克服上述的不足之处，目的在于提供隔离单相能耗测控电路，该电路能够同控制系统相结合，对电气设备用电全套参数高精度测量，并在必要时切断或开启用电设备电源；也可同MCU系统一起组成低成本、高精度的电能测量仪表或变送器。通过使用双重隔离，保证了安全可靠和集成简单。由于本电路提供了测控功能，电能测控仪器开发商只需要把本电路集成进去就会完成一个可靠而精度高的电能测量仪表；而对于测控装置开发者来说，简单集成电路到设备中就使测控装置增加可靠而高精度的电能监控功能。
[0010]本实用新型是通过以下技术方案达到上述目的:隔离单相能耗测控电路，包括:电压传感器、电流传感器、数字信号处理组件、光电隔离器、继电器组件、隔离AC-DC模块和隔离DC-DC模块，所述电压传感器、电流传感器与用电负载连接，电压传感器、电流传感器与数字信号处理组件的信号输入端连接，数字信号处理组件通过光电隔离器与外部测控系统连接，隔离AC-DC模块的输入端与火线、零线连接，隔离AC-DC模块的输出端与隔离DC-DC模块的输入端连接，隔离DC-DC模块的输出端与光电隔离器、继电器组件、数字信号处理组件连接，继电器组件输入端还连接火线、光电隔离器，继电器组件输出端与电流传感器连接。
[0011]作为优选，所述电压传感器为电阻型电压传感器，电流传感器为电阻型电流传感器。
[0012]作为优选，所述数字信号处理组件的芯片为CS5490。
[0013]作为优选，所述继电器组件由单刀单掷电磁继电器及其驱动电路组成。
[0014]作为优选，所述光电隔离器采用SFH610A-3高速光耦配以必要的限流电阻和上拉电阻组成。
[0015]本实用新型的有益效果在于:本实用新型提供了一种使用简单、安装方便、安全可靠、即时监控的基于数字信号处理技术的隔离型的带有控制功能的电气设备能耗测控电路，该电路集成到测控装置中，然后测控装置安装在用电设备和电源插座之间，不仅可以方便地对设备能耗进行有效监控，而且可以对设备进行必要的控制；此外，该电路成本低廉、对电力线路影响小、监控参数多，接口简单，适应性强，本实用新型电路的功耗不超过1W，测量电压范围为90-260V电源，负载电流范围0-15A，电源频率5_2000Ηζ，电压有效值、电流有效值、功率有效值精度都为0.1%，为电气设备能耗监控提供良好的解决思路。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步描述，但本实用新型的保护范围并不仅限于此:
[0018]实施例1:如图1所示，隔离单相能耗测控电路，包括:电压传感器、电流传感器、CS5490数字信号处理组件、光电隔离器、继电器组件、隔离AC-DC模块和隔离DC-DC模块，所述电压传感器、电流传感器与用电负载连接，电压传感器、电流传感器与数字信号处理组件的信号输入端连接，数字信号处理组件通过光电隔离器与外部测控系统连接，隔离AC-DC模块的输入端与火线、零线连接，隔离AC-DC模块的输出端与隔离DC-DC模块的输入端连接，隔离DC-DC模块的输出端与光电隔离器、继电器组件、数字信号处理组件连接，继电器组件输入端还连接火线、光电隔离器，继电器组件输出端与电流传感器连接。
[0019]数字信号处理组件由CS5490芯片及其外围元件组成。CS5490是CIRRUS LOGIC公司的基于数字信号处理技术的用于电能测量的高精度、双通道模拟前端芯片。芯片带有两个24位S-SADC以及DSP硬件，采用数字信号技术量化、滤波输入信号并且计算出电压、电流有效值、频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因子、以及能耗，并将结果存储到片内寄存器。芯片提供UART以输出这些参数。芯片可以检测到过压、过流状况。此芯片可接口电阻型、电感性传感器，工作电压3.3V，功耗小于13毫瓦，工作温度_40°C -80°C，完全能满足本发明的要求。本实施中CS5490的2线UART经过光电隔离器隔离后连接到外部系统。
[0020]所述电压传感器、电流传感器连接到用电负载，把用电负载的单相电压和电流信号变换后送到CS5490的信号输入引脚。电压传感器实际为电阻分压器，采用精度为1%的4个422K电阻以及I个1KU/10W、精度1%的电阻构成，分压后对于有效值为260VAC的输入，输出有效值小于176mV。电流传感器为2豪欧的电阻，精度为1%，最大功率为2W，可把15A电流转化为30mV。
[0021 ] 继电器组件由单刀单掷电磁继电器及其驱动电路组成，继电器组件一端连接电流传感器，一端连接到火线，可受控接通设备电源。继电器组件规格为10A，250VAC。
[0022]隔离AC-DC模块采用输入范围为85-260V的隔离电源模块，该模块输入来自220V或IlOV电力线，输出电压为12V直流电压，输出功率为1W，提供长期短路保护、过热过压保护功能。输入同保护地，输入同输出，输入同外壳隔离电压1500VAC。
[0023]隔尚DC-DC模块输入为隔尚AC-DC输出的12V直流电压，输出为5V,输出功率为1W。它具有长期短路保护、过热过压保护功能，其输入同输出，输入同外壳隔离电压1500VAC。
[0024]光电隔离器采用SFH610A-3高速光耦配以必要的限流电阻和上拉电阻组成，支持9600bps及以上通讯速率的串行隔离数据通讯。隔离电压有效值高达5300V。
[0025]CS5490数字信号处理组件采用24位S-SADC对输入信号进行量化并使用数字处理算法对ADC结果进行滤波、计算，得到高精度的参数测量结果；CS5490数字信号处理组件的UART通过光电隔离器同外部测控系统的UART相连；外部测控系统的开关信号通过光电隔离器后控制继电器组件；隔离AC-DC模块把单相110VAC或220VAC电网电力线上的交流电压变换成直流电压，同时提供第一级隔离；隔离AC-DC模块输出的12V直流电为隔离DC-DC模块的输入，隔离DC-DC模块的输出为5V直流电，同时隔离DC-DC模块提供第二级隔离；同时隔离DC-DC模块为数字信号处理组件、光电隔离器及继电器组件供电。
[0026]以上的叙述乃是本实用新型的具体实施例及所运用的技术原理，若依本实用新型的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.隔离单相能耗测控电路，其特征在于包括:电压传感器、电流传感器、数字信号处理组件、光电隔离器、继电器组件、隔离AC-DC模块和隔离DC-DC模块，所述电压传感器、电流传感器与用电负载连接，电压传感器、电流传感器与数字信号处理组件的信号输入端连接，数字信号处理组件通过光电隔离器与外部测控系统连接，隔离AC-DC模块的输入端与火线、零线连接，隔离AC-DC模块的输出端与隔离DC-DC模块的输入端连接，隔离DC-DC模块的输出端与光电隔离器、继电器组件、数字信号处理组件连接，继电器组件输入端还连接火线、光电隔离器，继电器组件输出端与电流传感器连接。
2.根据权利要求1所述的隔离单相能耗测控电路，其特征在于，所述电压传感器为电阻型电压传感器，电流传感器为电阻型电流传感器。
3.根据权利要求1所述的隔离单相能耗测控电路，其特征在于，所述数字信号处理组件的芯片为CS5490。
4.根据权利要求1所述的隔离单相能耗测控电路，其特征在于，所述继电器组件由单刀单掷电磁继电器及其驱动电路组成。
【文档编号】G01R22/10GK203798904SQ201420177452
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】薛宏, 张标标, 王辉 申请人:浙江银江研究院有限公司