三相电流检测电路、方法及电能计量芯片与流程

本申请属于电压检测技术领域，尤其涉及一种三相电流检测电路、方法及电能计量芯片。

背景技术：

目前的三相电流测量装置中，一般都是通过三个线圈互感器的采样网络把待测量的三相电流分别衰减到合理值，然后流过片外的电阻后把待测量电流转换为待测量电压，这个转换后的待测量电压经过片外滤波后送给模数变换器(analogtodigitalconverter，adc)输入端，经过adc转换后的数字输出进入数字处理单元进行电压幅度和相位的处理。在高精度测量中(如电力设施监控、用电统计)，对计量仪表的精度要求达到±0.5％。这就要求片外的线圈互感器、用于把待测电路转换为待测电压的电阻、滤波网络和电压测量通道的精度需要有足够的稳定性。

然而，传统的三相电流测量的方法不能时时监测保证三相电流测量的精度。精度依赖于选取具有良好温度系数和高精度的片外元器件，而片外高精度元器件在各种不同外力的条件下，如高低温、静电、过电压、浪涌等情况，可能会发生变化，从而造成三相电流测量通道的传输函数变化，造成三相电流测量误差，更进一步与电压测量结合在一起造成电能计量的误差。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种三相电流检测电路、方法及电能计量芯片，旨在解决传统的三相电流测量电路无法检测片外组件因外力影响而引起的外组件参数变换导致测量误差和电压测量精度降低的问题。

本申请的第一方面在于提供一种三相电流检测电路，包括三条测量通道，每条所述测量通道包括与具有第一频率的三相交流电源耦接的线圈互感器和负载滤波电路，所述线圈互感器包括磁芯，以及相互耦合的初级线圈和次级线圈，所述初级线圈与火线耦接，所述负载滤波电路与所述次级线圈耦接，所述负载滤波电路上并联有电压测量模块，其特征在于，每条所述测量通道还包括缠绕在所述线圈互感器的磁芯上的校正线圈；所述三相检测电路还包括在所述校正线圈上输入的，具有第二频率的第一信号源；所述电压测量模块用于检测所述负载滤波电路上的所述第二频率的第一信号分量，根据所述第一信号分量确定所述负载滤波电路和所述次级线圈的电路参数是否异常。

本申请的第二方面在于提供一种三相电流检测方法，包括：

在负载滤波电路的两端通过磁感耦合的方式加载具有第一频率的三相交流电源；其中，所述负载滤波电路与线圈互感器的次级线圈连接，所述线圈互感器的初级线圈与所述三相交流电源耦接；

在所述线圈互感器上通过一校正线圈加载具有第二频率的第一信号源；

检测所述负载滤波电路上的所述第二频率的第一信号分量；

根据所述第一信号分量确定所述负载滤波电路和所述次级线圈的电路参数是否异常。

本申请的第三方面提供一种电能计量芯片，所述电能计量芯片包括上述的检测电路；所述线圈互感器、所述校正线圈以及所述负载滤波电路设置于所述电能计量芯片外部。

本申请的第四方面提供一种电能计量芯片，包括负载滤波电路，所述电能计量芯片还包括上述的检测电路。

上述三相电压的检测电路和方法在常规电压测量通道中通过一校正线圈引入额外信号源，借助交流信号源的已知信息来定位片外组件：负载滤波电路和次级线圈是否发生故障，以达到精确定位故障源的功能。

附图说明

图1为本申请实施例提供的三相电流检测电路的电路示意图；

图2为图1示出的三相电流检测电路中的负载滤波模块示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

请参阅图1，本申请实施例提供的三相电流检测电路，包括三条测量通道，分别用于测量连接三相交流电源115和负载116之间的三条火线117/118/119的电参数。在以其中一条测量通道为例，该测量通道包括与具有第一频率的三相交流电源耦接的线圈互感器103和负载滤波电路400。

线圈互感器103包括磁芯106，以及相互耦合的初级线圈107、次级线圈108，初级线圈107与其中一条火线117耦接，负载滤波电路400与次级线圈108耦接，负载滤波电路108上并联有电压测量模块200，每条测量通道还包括缠绕在线圈互感器103的磁芯上的校正线圈121；三相检测电路还包括在校正线圈121上输入的，具有第二频率的第一信号源308；电压测量模块200用于检测负载滤波电路400上的第二频率的第一信号分量，根据第一信号分量确定负载滤波电路400和次级线圈108的电路参数是否异常。

第一信号源308为交流信号源，可以由开关控制接入到校正线圈121上或断开，各条测量通道上的第一信号源308可以共用一个，也可以使用不同的信号源电路；各条测量通道上的校正线圈121串联，或者并联。第一信号源308的频率与被测量的三相交流电流的频率不同，第二频率为第一频率的非整数倍。例如被测量的三相交流电流频率为50hz时，第二频率可选为432hz。第一信号源308主要是由基准电压源、运算放大器、电流镜像管与反馈电阻组合产生的电流源。实际电流源内部电路可通过开关来控制此电流源的输出波形为交流信号。第一信号源308也可以采用电压信号源，电压信号源流过电阻产生检测电流，流过校正线圈121。

校正线圈121缠绕在线圈互感器103的磁芯上，其可以位于初级线圈107的一侧，也可以位于次级线圈108的一侧。图示1所示实施例校正线圈121位于次级线圈108一侧。电压测量模块200包括模数转换单元201和数字信号处理单元204、205，电压测量模块200既作为测量信号处理单元，又作为检测信号处理单元。

在一个实施例中，电压测量模块200具体用于对第一信号分量进行处理，分别得到第一信号分量的幅度值、相位值，并根据第一信号分量的幅度值变化和/或第一信号分量的相位变化确定电路参数是否异常。

进一步地，电压测量模块200还用于检测负载滤波电路400上的第一频率的第二信号分量，根据第一信号分量与第二信号分量校准电路参数，并进行电压测量。

第一信号源308的信号源产生电路中使用的反馈电阻与负载滤波电路400的器件温度系数相同，可借助反馈电阻的温度系数来抵消测量通道负载滤波电路400的温度系数。如此，第一信号源308的反馈电阻可以放在片外，那么就可以通过选择任意温度系数的片外电阻可得到任意温度系数的交流电流源。

在一个实施例中，请参阅图2，负载滤波电路400包括负载模块410和滤波模块420，负载模块410与次级线圈108的两端连接，负载模块410将次级线圈108输出的电流信号转换成电压信号；滤波模块420与负载模块410的两端连接，滤波模块420对电压信号滤波并输出第一信号分量或第二信号分量。

述负载模块410包括并联连接在次级线圈108两端的第一负载412和第二负载414，第一负载412和第二负载414的连接端接地。滤波模块420包第一限流电阻421、第二限流电阻422、第一滤波电容423以及第二滤波电容424，第一限流电阻421串接在次级线圈108的一端和电压测量模块200的第一输入端之间，第二限流电阻422串接在次级线圈108的另一端和电压测量模块200的第二输入端之间；第一滤波电容423串接在电压测量模块200的第一输入端和地之间，第二滤波电容424串接在电压测量模块200的第二输入端和地之间。第一负载412、第二负载414均为由电阻、电感、电容中的至少一种组成的电路。

请参阅结合图1和图2，每条测量通道中都包含负载滤波电路400和电压测量模块200的信号处理单元100/101/102为三个相同的单元，分别用于三相交流电中三个火线117/118/119中电流的测量。在第一条测量通道上，负载模块410把次级线圈108输出的电流转化为电压，然后经过滤波模块420送给电压测量模块200处理后得到电流的测量值。

具体地，第一信号源308的电流分别流过三个线圈互感器103/104/105的校正线圈121，通过线圈互感器103/104/105把检测电流送给信号处理单元100/101/102的输入端，信号处理单元100/101/102进行处理后产生检测信号的测量值，当三个线圈互感器103/104/105中的线圈次级线圈108/111/114或者负载滤波电路400的器件特性发生变化时，检测信号的测量值的幅度和相位会相应发生变化，从而确定三相电流测量通道的误差。

三相电流测量中三个火线电流测量通道误差检测方式类似，以其中一相火线117中的电流测量通道的误差检测为例进行说明。

首先假定线圈互感器103中校正电流流经的校正线圈121和次级线圈108的匝数比为m：n，火线117的线圈感应器103中校正线圈121流过的校正电流为iedt，电压测量模块200的输入端的电压为vedt_adc，则可计算vedt_adc为：

其中，r412为第一负载412的阻值，r421为第一限流电阻421的阻值，c423第一滤波电容423的电容值，s为频率。

当负载滤波电路400的参数发生变化时，输入给模数转换单元201的电压幅值a及相位也会发生变化。从而可以知道此电流测量通道的误差值。当次级线圈108出现异常，匝数比为m：n也会变化，从而输入给模数转换单元201的电压幅值a及相位φ也会发生变化。从而可以知道此电流测量通道的误差值。

另外两个火线118/119的电流测量通道误差检测方式和火线117的电流测量通道误差检测方式类似，这样通过一个检测信号源308和一个校正线圈121，就可以实现三个三相电流测量通道的误差检测。电流源可片内实现，这样会大大降低设计复杂度。

电压测量模块200为集成电路的片内器件，负载滤波模块400和第一信号源308的反馈电阻为集成电路的片外器件。负载滤波模块400并不限定阻抗种类，可以是电阻、电容、电感等阻抗，也可以是它们的组合，例如电阻电容并联等阻抗。如果采样网络包含了电容、电感等元器件，可通过同时监测检测信号的幅度和相位改变量来定位故障源。

此外，还公开了一种三相电流检测方法，包括：

在负载滤波电路的两端通过磁感耦合的方式加载具有第一频率的三相交流电源；其中，所述负载滤波电路与线圈互感器的次级线圈连接，所述线圈互感器的初级线圈与所述三相交流电源耦接；

在所述线圈互感器上通过一校正线圈加载具有第二频率的第一信号源；

检测所述负载滤波电路上的所述第二频率的第一信号分量；

根据所述第一信号分量确定所述负载滤波电路的电路参数是否异常。

在其中一个实施例中，所述根据所述第一信号分量确定所述负载滤波电路的参数是否异常，具体为：

对所述第一信号分量进行处理，分别得到第一信号分量的幅度值和相位值，并根据所述第一信号分量的幅度值变化和/或所述第一信号分量的相位变化确定所述电路参数是否异常。

在其中一个实施例中，还包括：

检测所述负载滤波电路上的所述第一频率的第二信号分量；

根据所述第一信号分量与所述第二信号分量校准所述电路参数，并进行电压测量。

本申请实施例还提供了一种电能计量芯片，该电能计量芯片包括了前述的检测电路。在本申请实施例中，线圈互感器、校正线圈以及负载滤波电路设置于电能计量芯片外部。

本申请实施例还提出了另一种电能计量芯片，该电能计量芯片包括负载电路以及如前述的检测电路。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。