电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法
【专利摘要】本发明公开了电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法，涉及电表技术领域，该方法的电表工作在电池模式时，能让电表按照设定电流检测频率进行低功耗的全失压记录电流检测。包括计量芯片和与计量芯片连接的主芯片，当电表工作在电池模式下时，主芯片根据预先设置的对负荷电流检测的时间间隔来控制计量芯片的电流检测频率；通过电流阈值比较器检测负荷电流是否达到电流门限的阈值来判定电表是否发生全失压；如果发生了全失压，则由电流阈值比较器触发一个中断信号给主芯片，主芯片收到中断信号后，主芯片给计量芯片信号，随即开启计量芯片从休眠模式切换到电流检测模式进行全失压记录，否则不开启计量芯片的电流检测模式。
【专利说明】
电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电表技术领域，具体涉及电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制 方法。
【背景技术】
[0002] 电表的全失压记录功能，是电表最常用的一种实用化事件记录功能，是通过全失 压事件的记录为要追补的电量提供准确的电量追补依据，避免因电量追补依据缺乏二引起 供电与用电双方的纠纷。电表的全失压检测分为正常工作状态检测和掉电状态检测。其中， 电表的掉电状态检测需要电池提供电源，掉电状态检测的持续检测会消耗大量的电池电 量，从而可能会影响到电表掉电状态检测的检测时间的长度和电池的使用寿命。
[0003] 现有电表在掉电状态的电池模式下工作时仍然用正常工作状态方法持续开启计 量芯片对负荷电流进行采样检测，这样会消耗电池的大量电量，能耗消耗快，会使电池的电 量在较短时间内被用完，从而影响电表检测的其他功能，同时还会影响电池的使用寿命。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决现有现有电表存在上述不足，提供一种电表工作在电池模式 时，能让电表按照设定的电流检测频率进行低功耗的全失压记录电流检测，电能消耗低，电 池使用寿命长，可靠性高的电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法。
[0005] 以上技术问题是通过下列技术方案解决的：
[0006] 电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法，包括计量芯片和与计量芯片连 接的主芯片，所述计量芯片包括正常模式、部分检测模式、电流检测模式和休眠模式，控制 方法包括如下步骤：
[0007] 当电表工作在电池模式下时，主芯片根据预先设置的对负荷电流检测的时间间隔 来控制计量芯片的电流检测频率;在电池模式下全失压低功耗检测包括全失压检测和计量 检测;并且只有在全失压检测后根据全失压检测结果来判定是否要进行计量检测，如果有 全失压发生才进行计量检测，如果没有全失压发生就不进行计量检测;通过电流阈值比较 器检测负荷电流是否达到电流门限的阈值来判定电表是否发生全失压；如果发生了全失 压，则由电流阈值比较器触发一个中断信号给主芯片，主芯片收到中断信号后，主芯片给计 量芯片信号，随即开启计量芯片从休眠模式切换到电流检测模式进行全失压记录，否则不 开启计量芯片的电流检测模式。
[0008] 本方案电表工作在电池模式时，能让电表按照设定的电流检测频率进行低功耗的 全失压记录电流检测，电能消耗低，电池使用寿命长，可靠性高，实现了电表在电池模式全 失压异常时的低功耗检测，为电表在电池模式下实现全失压连续长时间检测提供了可能。 电池功耗的降低意味着电池使用时间的延长，也节省了因更换电池造成的成本，具有较高 的技术和经济价值。
[0009] 作为优选，在计量芯片不检测时，通过主芯片控制，使计量芯片工作在功耗最低的 休眠模式下，然后按照设定的时间间隔唤醒计量芯片从休眠模式下切换到电流检测模式 下;在电流检测模式下计量芯片将三相负荷电流与预先校好的电流阈值比较，若有在阈值 以上的分相负荷电流，则会触发计量芯片的中断输出端而输出低电平，从而决定是否开启 计量芯片的电流检测模式进行全失压记录。
[0010] 作为优选，计量芯片从休眠模式切换到电流检测模式进行全失压记录的过程如 下:开始，每隔设定时间唤醒计量芯片到电流检测模式，然后判断负荷电流是否超过阈值；
[0011] 如果负荷电流没有超过阈值，则说明当前没有发生全失压，同时读取上一次发生 的全失压;然后判断当前没有发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态是否相 同？
[0012] 如果当前没有发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态相同，则直接将 计量芯片切换到休眠模式；
[0013] 如果当前没有发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态不相同，则将计 量芯片切换到正常模式，对当前没有发生的全失压的状态进行记录，并结束上一次发生的 全失压的状态记录，同时将全失压状态标志更新为未发生全失压状态标志，并同时将阈值 下限写入阈值寄存器，然后再将计量芯片切换到休眠模式；
[0014] 如果负荷电流已经超过阈值，则说明当前正在发生全失压，同时读取上一次发生 的全失压;然后判断当前正在发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态是否相 同？
[0015] 如果当前正在发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态相同，则直接将 计量芯片切换到休眠模式；
[0016] 如果当前正在发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态不相同，则将计 量芯片切换到正常模式，对当前正在发生的全失压的状态进行记录，并结束上一次发生的 全失压的状态记录，同时将全失压状态标志更新为已发生全失压状态标志，并同时将阈值 上限写入阈值寄存器，然后再将计量芯片切换到休眠模式；
[0017] 当计量芯片切换到休眠模式状态后，再根据设定的时间间隔返回到开始状态，如 此往复重新开始进行下一次是否开启计量芯片的电流检测模式进行下一次的全失压记录。
[0018] 作为优选，为了全失压不被漏检，则需要预先设定电流门限的两个阈值，即阈值上 限和阈值下限;判断全失压开始时则采用阈值下限，判断全失压结束时则采用阈值上限。
[0019] 作为优选，所述计量芯片包括模式管脚PM1和模式管脚ΡΜ0,并由主芯片控制正常 模式、部分检测模式、电流检测模式和休眠模式之间的切换。
[0020] 作为优选，还包括低功耗的比较电路，并通过比较电路对电流检测模式下的阈值 进行校验，电流检测由比较电路实现，当外部电流小于设定的阈值时，比较电路输出低电 平;当外部电流大于设定阈值时，则输出高电平。
[0021 ]作为优选，电流阈值比较器共有六个，这六个电流阈值比较器分别用于三相电的 正向电流和负向电流的检测，并这六个电流阈值比较器分别用各自对应的电流检测控制位 来控制各自电流阈值比较器的开启和关闭;每个电流阈值比较器的电流检测阈值由各自的 阈值寄存器来设置。
[0022]作为优选，电流阈值比较器的电流检测阈值由该电流阈值比较器的阈值寄存器来 设置，设电流阈值比较器的电流检测阈值范围为H1-H2,设电流阈值比较器的电流检测阈值 范围的阈值下限为HI，设电流阈值比较器的电流检测阈值范围的阈值上限为H2,设落在阈 值下限H1和阈值上限H2之间的一个值为变量H;并将阈值下限H1、阈值上限H2和变量Η-并 存储到阈值寄存器中；
[0023] 当比较电路输出高电平时，判断(Η2-Η) + (Η-Η1)是否大于1，如果(Η2-Η) + (Η-Η1) 大于1，则检测电流阈值就等于Η，然后结束校准检测;如果(Η2-Η) + (Η-Η1)不大于1，则让Η1 =Η，并算出新的Η= (Η2+Η1) + 2，然后将这个新的变量Η值赋给阈值寄存器；
[0024] 当比较电路输出低电平时，判断(Η-Η1) + (Η2-Η)是否大于1，如果(H-Hl) + (Η2-Η) 大于1，则检测电流阈值就等于Η1，然后结束校准检测；如果(H-Hl) + (Η2-Η)不大于1，则让 Η2 = Η，并算出新的Η= (Η2+Η1) + 2，然后将这个新的变量Η值赋给阈值寄存器；
[0025] 然后由阈值寄存器中新的变量Η值来控制比较电路输出的高低电平信号。
[0026]本发明能够达到如下效果：
[0027]本发明电表工作在电池模式时，能让电表按照设定的电流检测频率进行低功耗的 全失压记录电流检测，电能消耗低，电池使用寿命长，可靠性高，实现了电表在电池模式全 失压异常时的低功耗检测，为电表在电池模式下实现全失压连续长时间检测提供了可能。 电池功耗的降低意味着电池使用时间的延长，也节省了因更换电池造成的成本，具有较高 的技术和经济价值。
【附图说明】
[0028]图1为本发明的一种是否开启计量芯片的正常工作模式进行全失压记录流程示意 图。
[0029] 图2为本发明的一种电流检测阈值的校准流程示意图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
[0031] 实施例，电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法，包括计量芯片和与计 量芯片连接的主芯片，所述计量芯片包括正常模式、部分检测模式、电流检测模式和休眠模 式。控制方法包括如下步骤：
[0032] 当电表工作在电池模式下时，主芯片根据预先设置的对负荷电流检测的时间间隔 来控制计量芯片的电流检测频率。
[0033] 在电池模式下全失压低功耗检测包括全失压检测和计量检测。并且只有在全失压 检测后根据全失压检测结果来判定是否要进行计量检测，如果有全失压发生才进行计量检 测，如果没有全失压发生就不进行计量检测。
[0034] 通过电流阈值比较器检测负荷电流是否达到电流门限的阈值来判定电表是否发 生全失压。
[0035] 如果发生了全失压，则由电流阈值比较器触发一个中断信号给主芯片，主芯片收 到中断信号后，主芯片给计量芯片信号，随即开启计量芯片从休眠模式切换到电流检测模 式进行全失压记录，否则不开启计量芯片的电流检测模式。
[0036] 在计量芯片不检测时，通过主芯片控制，使计量芯片工作在功耗最低的休眠模式 下，然后按照设定的时间间隔唤醒计量芯片从休眠模式下切换到电流检测模式下。在电流 检测模式下计量芯片将三相负荷电流与预先校好的电流阈值比较，若有在阈值以上的分相 负荷电流，则会触发计量芯片的中断输出端而输出低电平，从而决定是否开启计量芯片的 电流检测模式进行全失压记录。
[0037] 参见图1所示，计量芯片从休眠模式切换到电流检测模式进行全失压记录的过程 如下：开始，每隔设定时间唤醒计量芯片到电流检测模式，然后判断负荷电流是否超过阈 值。
[0038] 如果负荷电流没有超过阈值，则说明当前没有发生全失压，同时读取上一次发生 的全失压。然后判断当前没有发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态是否相 同？
[0039] 如果当前没有发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态相同，则直接将 计量芯片切换到休眠模式。
[0040] 如果当前没有发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态不相同，则将计 量芯片切换到正常模式，对当前没有发生的全失压的状态进行记录，并结束上一次发生的 全失压的状态记录，同时将全失压状态标志更新为未发生全失压状态标志，并同时将阈值 下限写入阈值寄存器，然后再将计量芯片切换到休眠模式。
[0041] 如果负荷电流已经超过阈值，则说明当前正在发生全失压，同时读取上一次发生 的全失压。然后判断当前正在发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态是否相 同？
[0042] 如果当前正在发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态相同，则直接将 计量芯片切换到休眠模式。
[0043]如果当前正在发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态不相同，则将计 量芯片切换到正常模式，对当前正在发生的全失压的状态进行记录，并结束上一次发生的 全失压的状态记录，同时将全失压状态标志更新为已发生全失压状态标志，并同时将阈值 上限写入阈值寄存器，然后再将计量芯片切换到休眠模式。
[0044]当计量芯片切换到休眠模式状态后，再根据设定的时间间隔返回到开始状态，如 此往复重新开始进行下一次是否开启计量芯片的电流检测模式进行下一次的全失压记录。 [0045]为了全失压不被漏检，则需要预先设定电流门限的两个阈值，即阈值上限和阈值 下限。判断全失压开始时则采用阈值下限，判断全失压结束时则采用阈值上限。
[0046]所述计量芯片包括模式管脚PM1和模式管脚ΡΜ0，并由主芯片控制正常模式、部分 检测模式、电流检测模式和休眠模式之间的切换。正常模式时计量芯片工作需要的电流为 13mA。部分检测模式时计量芯片工作需要的电流为7mA。电流检测模式时计量芯片工作需要 的电流单向为200uA、双向为100uA。休眠模式时计量芯片工作需要的电流为luA。
[0047]还包括低功耗的比较电路，并通过比较电路对电流检测模式下的阈值进行校验， 电流检测由比较电路实现，当外部电流小于设定的阈值时，比较电路输出低电平。当外部电 流大于设定阈值时，则输出高电平。
[0048]电流阈值比较器共有六个，这六个电流阈值比较器分别用于三相电的正向电流和 负向电流的检测，并这六个电流阈值比较器分别用各自对应的电流检测控制位来控制各自 电流阈值比较器的开启和关闭。每个电流阈值比较器的电流检测阈值由各自的阈值寄存器 来设置。
[0049] 参见图2所示，电流阈值比较器的电流检测阈值由该电流阈值比较器的阈值寄存 器来设置，设电流阈值比较器的电流检测阈值范围为H1-H2,设电流阈值比较器的电流检测 阈值范围的阈值下限为H1，设电流阈值比较器的电流检测阈值范围的阈值上限为H2,设落 在阈值下限H1和阈值上限H2之间的一个值为变量H。并将阈值下限H1、阈值上限H2和变量Η 一并存储到阈值寄存器中。
[0050] 当比较电路输出高电平时，判断(Η2-Η) + (Η-Η1)是否大于1，如果(Η2-Η) + (Η-Η1) 大于1，则检测电流阈值就等于Η，然后结束校准检测。如果(Η2-Η) + (Η-Η1)不大于1，则让Η1 =Η，并算出新的Η= (Η2+Η1) + 2，然后将这个新的变量Η值赋给阈值寄存器。
[0051 ]当比较电路输出低电平时，判断(H-Hl) + (Η2-Η)是否大于1，如果(H-Hl) + (Η2-Η) 大于1，则检测电流阈值就等于Η1，然后结束校准检测。如果(Η-Η1) + (Η2-Η)大于1，则让Η2 =Η，并算出新的Η= (Η2+Η1) + 2，然后将这个新的变量Η值赋给阈值寄存器。
[0052 ]然后由阈值寄存器中新的变量Η值来控制比较电路输出的高低电平信号。
[0053] 本实例中的HI = 2mVrms，H2 = 4mVrms〇
[0054] 下面进行全失压检测功能验证
[0055] 为了保证发明的可靠性，需要通过实际测试来进行验证。本实施例在验证时准备 了 3只电表在各种情况下进行验证。根据国网标准，全失压发生结束条件为：
[0056] 累计时间以1分钟为最小时间单位。
[0057]发生条件为:最大相电压<临界电压阀值(60%Un)，并且负荷电流>(5%Ib)，At > (60s) 〇
[0058] 结束条件为：最大相电压彡临界电压阀值(60%Un)或者负荷电流彡（5%Ib)，At > (60s) 〇
[0059] 根据发生结束条件，测试结果如表1所示：
[0060] 表1:全失压测试数据
[0061]
[0062]下面进行功耗计算及对比
[0063]根据表1描述，下面我们分别对两种全失压检测方法的功耗做大致计算和对比。
[0064]假设50s检测一次，考虑可靠检测，电流检测模式的样本建立时间从32ms放宽到 50ms，并且未发生全失压，计量芯片平均功耗电流如下。
[0065]常规检测方法
[0066] (50(s)*l(uA)+0.05(s)*13000(uA))/50.05(s) = 13.986(uA)
[0067] 降功耗检测方法二：
[0068] (50(s)*l(uA)+0.05(s)*200(uA))/50.05(s) = 1.1988(uA)
[0069] 可见，采用方法二功耗差不多只有原来的8.57%，功耗降低非常明显。
[0070] 本实施例电表工作在电池模式时，能让电表按照设定的电流检测频率进行低功耗 的全失压记录电流检测，电能消耗低，电池使用寿命长，可靠性高，实现了电表在电池模式 全失压异常时的低功耗检测，为电表在电池模式下实现全失压连续长时间检测提供了可 能。电池功耗的降低意味着电池使用时间的延长，也节省了因更换电池造成的成本，具有较 高的技术和经济价值。
[0071] 上面结合附图描述了本发明的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域 普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。
【主权项】
1. 电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法，其特征在于，包括计量芯片和与 计量芯片连接的主芯片，所述计量芯片包括正常模式、部分检测模式、电流检测模式和休眠 模式，控制方法包括如下步骤： 当电表工作在电池模式下时，主芯片根据预先设置的对负荷电流检测的时间间隔来控 制计量芯片的电流检测频率； 在电池模式下全失压低功耗检测包括全失压检测和计量检测;并且只有在全失压检测 后根据全失压检测结果来判定是否要进行计量检测，如果有全失压发生才进行计量检测， 如果没有全失压发生就不进行计量检测； 通过电流阈值比较器检测负荷电流是否达到电流门限的阈值来判定电表是否发生全 失压； 如果发生了全失压，则由电流阈值比较器触发一个中断信号给主芯片，主芯片收到中 断信号后，主芯片给计量芯片信号，随即开启计量芯片从休眠模式切换到电流检测模式进 行全失压记录，否则不开启计量芯片的电流检测模式。2. 根据权利要求1所述电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法，其特征在于， 在计量芯片不检测时，通过主芯片控制，使计量芯片工作在功耗最低的休眠模式下，然后按 照设定的时间间隔唤醒计量芯片从休眠模式下切换到电流检测模式下;在电流检测模式下 计量芯片将三相负荷电流与预先校好的电流阈值比较，若有在阈值以上的分相负荷电流， 则会触发计量芯片的中断输出端而输出低电平，从而决定是否开启计量芯片的电流检测模 式进行全失压记录。3. 根据权利要求1所述电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法，其特征在于， 计量芯片从休眠模式切换到电流检测模式进行全失压记录的过程如下:开始，每隔设定时 间唤醒计量芯片到电流检测模式，然后判断负荷电流是否超过阈值； 如果负荷电流没有超过阈值，则说明当前没有发生全失压，同时读取上一次发生的全 失压;然后判断当前没有发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态是否相同？ 如果当前没有发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态相同，则直接将计量 芯片切换到休眠模式； 如果当前没有发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态不相同，则将计量芯 片切换到正常模式，对当前没有发生的全失压的状态进行记录，并结束上一次发生的全失 压的状态记录，同时将全失压状态标志更新为未发生全失压状态标志，并同时将阈值下限 写入阈值寄存器，然后再将计量芯片切换到休眠模式； 如果负荷电流已经超过阈值，则说明当前正在发生全失压，同时读取上一次发生的全 失压;然后判断当前正在发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态是否相同？ 如果当前正在发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态相同，则直接将计量 芯片切换到休眠模式； 如果当前正在发生的全失压的状态和上一次发生的全失压的状态不相同，则将计量芯 片切换到正常模式，对当前正在发生的全失压的状态进行记录，并结束上一次发生的全失 压的状态记录，同时将全失压状态标志更新为已发生全失压状态标志，并同时将阈值上限 写入阈值寄存器，然后再将计量芯片切换到休眠模式； 当计量芯片切换到休眠模式状态后，再根据设定的时间间隔返回到开始状态，如此往 复重新开始进行下一次是否开启计量芯片的电流检测模式进行下一次的全失压记录。4. 根据权利要求1所述电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法，其特征在于， 为了全失压不被漏检，则需要预先设定电流门限的两个阈值，即阈值上限和阈值下限;判断 全失压开始时则采用阈值下限，判断全失压结束时则采用阈值上限。5. 根据权利要求1所述电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法，其特征在于， 所述计量芯片包括模式管脚PM1和模式管脚PMO,并由主芯片控制正常模式、部分检测模式、 电流检测模式和休眠模式之间的切换。6. 根据权利要求1所述电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法，其特征在于， 还包括低功耗的比较电路，并通过比较电路对电流检测模式下的阈值进行校验，电流检测 由比较电路实现，当外部电流小于设定的阈值时，比较电路输出低电平；当外部电流大于设 定阈值时，则输出高电平。7. 根据权利要求1所述电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法，其特征在于， 电流阈值比较器共有六个，这六个电流阈值比较器分别用于三相电的正向电流和负向电流 的检测，并这六个电流阈值比较器分别用各自对应的电流检测控制位来控制各自电流阈值 比较器的开启和关闭;每个电流阈值比较器的电流检测阈值由各自的阈值寄存器来设置。8. 根据权利要求1所述电表掉电状态下极低功耗的全失压检测控制方法，其特征在于， 电流阈值比较器的电流检测阈值由该电流阈值比较器的阈值寄存器来设置， 设电流阈值比较器的电流检测阈值范围为H1-H2,设电流阈值比较器的电流检测阈值 范围的阈值下限为H1，设电流阈值比较器的电流检测阈值范围的阈值上限为H2,设落在阈 值下限H1和阈值上限H2之间的一个值为变量H;并将阈值下限H1、阈值上限H2和变量Η-并 存储到阈值寄存器中； 当比较电路输出高电平时，判断(Η2-Η) + (Η-Η1)是否大于1，如果(Η2-Η) + (Η-Η1)大于 1，则检测电流阈值就等于Η，然后结束校准检测;如果(Η2-Η) + (Η-Η1)不大于1，则让Η1 = Η， 并算出新的Η= (Η2+Η1) + 2，然后将这个新的变量Η值赋给阈值寄存器； 当比较电路输出低电平时，判断(H-Hl) + (Η2-Η)是否大于1，如果(H-Hl) + (Η2-Η)大于 1，则检测电流阈值就等于Η1，然后结束校准检测；如果(H-Hl) + (Η2-Η)不大于1，则让Η2 = Η，并算出新的Η= (Η2+Η1) + 2，然后将这个新的变量Η值赋给阈值寄存器； 然后由阈值寄存器中新的变量Η值来控制比较电路输出的高低电平信号。
【文档编号】G01R19/165GK106093560SQ201610463524
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】陈武, 陈一武, 姚徐旭
【申请人】华立科技股份有限公司