低功耗智能电能表的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了低功耗智能电能表，包括：测量电路、与所述测量电路相连的计量芯片，所述测量电路包括与电流输入端相连的电流互感器和/或与电压输入端相连的预设精度的电阻；与所述计量芯片通过SPI总线相连的控制处理器，与所述控制处理器相连的继电保护电路；其中，还包括分别与所述计量芯片、所述控制处理器相连的用于提供工作电压的电源供电电路。采用本实用新型，可以降低单相或三相电能表的功耗，节约能源，延长电能表的使用寿命。
【专利说明】低功耗智能电能表
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力系统电测量仪器设备，特别是涉及低功耗智能电能表。
【背景技术】
[0002]目前，我国根据自身的经济发展特点，提出了建设智能电网的目标。普通电子式电能表、传统的多费率电能表和多功能电能表已经逐步被智能电能表代替。电能表性能指标越来越高，功能越来越强大，整表的自身功耗也相应增大。为降低电能表自身的电能消耗，对电能表的低功耗的研究越来越迫切。
[0003]以单相电能表为例，智能电能表逐渐成为主流，其载波通信、拉合闸等功能广泛使用，使得表计电压线路静态功耗由原来0.7W上升到1.1W。考虑到成本，目前主要使用0.5mm厚度普通矽钢片。而且，现有的表计设有载波通信、红外通信、拉合闸、拉合闸检测、背光等功能，变压器容量需要设计的很大(载波拉闸电能表功率在3W左右，普通具有RS485和拉闸功能的电能表功率在2.5W左右)。对于电压稳压块硅损耗得到要求，在70%Un时，正常拉合闸，且载波电源>12V时才能保证通信成功率。使得表计在100%Un正常工作时，稳压块前端电压过高，在18V左右，导致稳压块效率〈30%。载波模块工作时静态功耗大约在0.2?0.3W，且从稳压模块后端取电，进一步加大了稳压模块上的损耗。另外，由电阻串从220V上分压得到信号，通过光耦检测，此电阻串损耗比较大。表计微处理器(MCU)功耗在0.03W左右，计量芯片功耗在0.03W左右。
[0004]通过上述对电能表电压线路动态功耗消耗点分析和测试得知，变压器铁损和稳压块硅损耗已成为影响表计静态功耗最大二个因素。另外，继电器反馈检测和载波模块也有一定影响。采用锰铜分流器和内置继电器必然会导致电流线路有功耗大，载波模块功耗也比较大。
实用新型内容
[0005]基于此，有必要针对上述问题，提供一种低功耗智能电能表，能够降低电路的功耗。
[0006]—种低功耗智能电能表,包括:
[0007]测量电路、与所述测量电路相连的计量芯片，所述测量电路包括与电流输入端相连的电流互感器和/或与电压输入端相连的预设精度的电阻；与所述计量芯片通过SPI总线相连的控制处理器，与所述控制处理器相连的继电保护电路；其中，还包括分别与所述计量芯片、所述控制处理器相连的用于提供工作电压的电源供电电路。
[0008]通过高精度电流互感器(CT)和/或高精度电阻分别对电流量和电压量进行信号采集，并通过电源获取低功耗智能电能表的工作电压，以便降低功耗。另外，采用控制处理器智能动态控制拉合闸，适当降低变压器输出电压，降低电压稳压块硅损耗，控制处理器也具备判断拉合闸检测的功能，代替常规硬件拉合闸检测电路，去除此部分电路功耗，能够降低单相或三相电能表的功耗，节约能源，延长电能表的使用寿命。[0009]在其中一个实施例当中，所述电源供电电路包括工频变压器，以及与该工频变压器电耦合的DC-DC振荡型电源。使用DC-DC振荡型电源代替常规技术中的电压稳压块可降低硅损耗，理论提高70%效率。
[0010]在其中一个实施例当中，所述工频变压器是由厚度为0.35mm的硅钢片组成。选用
0.35mm厚度的硅钢片，可将变压器铁损降至最小，理论提高70%效率。
[0011]在其中一个实施例当中，所述电源供电电路包括开关电源，以及与该开关电源电耦合的DC-DC振荡型电源。使用DC-DC振荡型电源代替常规技术中的电压稳压块可降低硅损耗，理论提高70%效率。
[0012]在其中一个实施例当中，所述开关电源为具有预设宽输入电压范围的开关电源。使用宽输入电压(85V?420V)开关电源代替传统工频变压器，理论提高70%效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型低功耗智能电能表的优选实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
[0015]图1为本实用新型低功耗智能电能表的优选实施例的结构示意图，包括:
[0016]测量电路、与所述测量电路相连的计量芯片，所述测量电路包括与电流输入端相连的电流互感器和/或与电压输入端相连的预设精度的电阻；与所述计量芯片通过SPI总线相连的控制处理器，与所述控制处理器相连的继电保护电路；其中，还包括分别与所述计量芯片、所述控制处理器相连的用于提供工作电压的电源供电电路。
[0017]通过高精度电流互感器(CT)和/或高精度电阻分别对电流量和电压量进行信号采集，并通过电源获取低功耗智能电能表的工作电压，以便降低功耗。另外，采用控制处理器智能动态控制拉合闸，适当降低变压器输出电压，降低电压稳压块硅损耗，控制处理器也具备判断拉合闸检测的功能，代替常规硬件拉合闸检测电路，去除此部分电路功耗，能够降低单相或三相电能表的功耗，节约能源，延长电能表的使用寿命。
[0018]参照附图，本实用新型低功耗智能电能表的第一实施例，优选单相载波电子式电能表，包括了用于对电网电流与电压信号进行获取和运算的计量芯片5，以及与之连接的低功耗电路，所述低功耗电路包括了:ARM处理器3，用于获取来自所述计量芯片5的运算信号以进行数据处理，具体包括电压、电流、功率、功率因数等数据的计算；电能表启动、潜动的判断。检测和控制报警继电器6的拉合闸动作，以及负荷开关的通断。单相表基本没有报警继电器功能；负荷开关分为内置和外置，内置负荷开关通常使用在最大电流小于等于60A的电能表，通过电能表内置负荷开关就可以断开用户负载，外置负荷开关通常使用在最大电流大于60A的电能表，通过电能表内部的控制继电器控制外部负荷开关的跳闸来断开用户负载；报警继电器指当电能表报警时输出一对无源触点信号，用户可以通过该继电器安装灯，喇叭等设备对电能表的报警做出报警。另外，电源管理电路I，它连接至所述ARM处理器3和计量芯片5并为其等提供工作电压。
[0019]ARM处理器通过从计量芯片得到功率数据，判断是否超过设置门限，超过则打开报警继电器队伍进行报警；也可以通过得到的电流、判断是否超负荷，超负荷断开负荷开关进行断电保护。
[0020]在其中一个实施例当中，所述电源供电电路包括工频变压器，以及与该工频变压器电耦合的DC-DC振荡型电源。使用DC-DC振荡型电源代替常规技术中的电压稳压块可降低硅损耗，理论提高70%效率。
[0021]在其中一个实施例当中，所述工频变压器是由厚度为0.35mm的硅钢片组成。选用
0.35mm厚度的硅钢片，可将变压器铁损降至最小，理论提高70%效率。
[0022]继续参照图1，本实用新型低功耗智能电能表的第二实施例，优选单相RS-485 (分时)电子式电能表，包括了用于对电网电流与电压信号进行获取和运算的计量芯片5，以及与之连接的低功耗电路，其特征在于所述低功耗电路包括了:ARM处理器3，用于获取来自所述计量芯片5的运算信号以进行数据处理，并检测和控制一个报警继电器6的拉合闸动作，或者控制负荷开关的开闭；电源管理电路1，它连接至所述ARM处理器3和计量芯片5并为其等提供工作电压。
[0023]在其中一个实施例当中，所述电源供电电路包括开关电源，以及与该开关电源电耦合的DC-DC振荡型电源。使用DC-DC振荡型电源代替常规技术中的电压稳压块可降低硅损耗，理论提高70%效率。
[0024]在其中一个实施例当中，所述开关电源为具有预设宽输入电压范围的开关电源。使用宽输入电压(85V?420V)开关电源代替传统工频变压器，理论提高70%效率。
[0025]继续参照图1，本实用新型低功耗智能电能表的第三实施例，优选三相载波电子式多功能电能表，接设于电力电网供电系统与用户负载之间，它通过高精度电流互感器(CT)和高精度电阻分别对三相交流电流量Ia，lb, Ic和电压量Ua，Ub, Uc进行信号采集，并通过电源获取低功耗智能电能表的工作电压，其包括:用于连接所述高精度电流互感器(CT)和高精度电阻的计量芯片5，用于通过SPI链路总线获取电网电流I与电压量信号U进行获取和运算，以及一个与所述计量芯片5电连接的低功耗电路，其中:
[0026]所述低功耗电路包括ARM9处理器3，用于获取来自所述计量芯片的数字运算信号以进行数据处理，并检测和控制与之电连接的外置报警继电器6和负荷开关的拉合闸动作；与所述电源电连接的电源管理电路1，它连接至所述ARM9处理器3和计量芯片5并为之提供+5V工作电压。
[0027]在一个实施例中，所述电源管理电路I包括工频变压器，以及与之电耦合的DC-DC振荡型电源。
[0028]在一个实施例中，所述工频变压器是由厚度为0.35mm的硅钢片组成。
[0029]本实用新型低功耗智能电能表的第四实施例，优选三相多功能电子式电能表，包括了用于对电网电流与电压信号进行获取和运算的计量芯片5，以及与之连接的低功耗电路，其特征在于所述低功耗电路包括了:ARM处理器3，用于获取来自所述计量芯片5的运算信号以进行数据处理，并控制一个继电器6的拉合闸动作；电源管理电路1，它连接至所述ARM处理器3和计量芯片5并为其等提供工作电压。
[0030]在一个实施例中，所述电源管理电路I包括开关电源，以及与之电耦合的DC-DC振荡型电源。
[0031]在一个实施例中，所述开关电源为具有预设宽输入电压范围的开关电源。[0032]ARM处理器3的优势在于其低功耗、高性价比，应用领域非常广泛，到目前为止，ARM处理器的应用几乎已经深入到各个领域，有工业控制领域、无线通讯领域、网络应用和消费类电子产品等。本实用新型ARM处理器3具有比较强的事务管理功能，可以用来设定界面以及应用程序等，在多任务管理方面具有较大的优势。
[0033]综合分析DSP和ARM的优缺点，并结合计量自动化终端自身的特点及发展趋势，即偏重于多任务智能管理(计量模块已有专用的计量芯片完成)。经分析反复论证后终端采用ARM9系列微处理器作为硬件设计平台(例如ATMEL公司AT91SAM9260、SUMSAM公司等)。
[0034]本实用新型上述四个实施例的功耗与现有技术相比，可通过下表加以体现:
[0035]
【权利要求】
1.一种低功耗智能电能表,其特征在于,包括: 测量电路、与所述测量电路相连的计量芯片，所述测量电路包括与电流输入端相连的电流互感器和/或与电压输入端相连的预设精度的电阻；与所述计量芯片通过SPI总线相连的控制处理器，与所述控制处理器相连的继电保护电路；其中，还包括分别与所述计量芯片、所述控制处理器相连的用于提供工作电压的电源供电电路。
2.根据权利要求1所述的低功耗智能电能表，其特征在于:所述电源供电电路包括工频变压器，以及与该工频变压器电耦合的DC-DC振荡型电源。
3.根据权利要求2所述的低功耗智能电能表，其特征在于:所述工频变压器是由厚度为0.35mm的娃钢片组成。
4.根据权利要求1所述的低功耗智能电能表，其特征在于:所述电源供电电路包括开关电源，以及与该开关电源电耦合的DC-DC振荡型电源。
5.根据权利要求4所述的低功耗智能电能表，其特征在于:所述开关电源为具有预设宽输入电压范围的开关电源。
【文档编号】G01R22/06GK203396840SQ201320342369
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2013年6月14日
【发明者】吴重民, 张彤, 陈健华, 钟蔚, 宋锡强, 罗冠姗, 李家成, 李嘉健, 赖静华, 王胤, 刘妙花, 谢永明, 曾招辉, 肖五生, 王洪剑, 刘凯, 沈晓伟 申请人:广州供电局有限公司