电能计量防窃电系统的制作方法

本实用新型涉及电能计量技术领域，具体涉及一种电能计量防窃电系统以及电能计量防窃电方法。

背景技术：

随着用电需求的增加和国家售电市场的放开，受经济利益驱使，窃电越来越严重，窃电手段也越来越多变和隐蔽，由于现在智能电能表已经能对开表盖的行为有监控，在表外窃电的手段越来越多，而断开零线或者火线使电能表不能正常工作是一种新的窃电方式，而解决这种窃电方式的普遍做法是增加功率CT和电源变换电路，通过功率CT感应到的电流再通过电源变换电路给计量芯片和管理MCU提供电源，如授权公告号为CN 103592483 B公开了一种实现电子式电能表掉零线或相线后仍能计量的系统及其方法，，所述的电子式电能表包括供电单元、分压电路、分流器、零线电流互感器和计量模块MCU，所述的供电单元、分压电路、分流器和零线电流互感器的信号采集端均与市电电源的相线L、零线N相连，其信号输出端均与计量模块MCU的对应信号输入端相连，所述的系统还包括功率CT和电源变换电路，所述的功率CT套装在相零线回路上，用于感应用电电压，所述的功率CT的信号输出端与电源变换电路的信号输入端相连，所述的电源变换电路的信号输出端与计量模块MCU的采样信号输入端相连。本实用新型使用时，当电能表被用户移除电压后不管用电负载大小仍然能够达到有效计量的目的。

但是这种方法存在以下缺点：

CT感应和电源变换电路取自市电电网的电，带来市电线损，不节能；CT感应和电源变换电路成本较大，不经济。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是解决上述现有技术的不足，提供一种减少功耗的电能计量防窃电系统以及电能计量防窃电方法。

为了解决上述现有技术的不足，本实用新型采用的技术方案是：一种电能计量防窃电系统包括电压采样电路、火线电流采样电路、零线电流采样电路、具有计量模块功能的MCU以及低功耗电源管理电路，所述电压采样电路、火线电流采样电路、零线电流采样电路均连接市电和具有计量模块功能的MCU，所述低功耗电源管理电路包括后备电池BT2、充电电池BT1、市电供电电路和电源切换单元，所述后备电池BT2、充电电池BT2以及市电供电电路均与具有计量模块功能的MCU相连给其供电，所述电源切换单元用于切换充电电池BT1与备用电池BT2的通断以及用于选择具有计量模块功能的MCU的供电电源。

进一步的，所述低功耗电源管理电路还包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、三极管 V1以及三极管V2，二极管D1的正极连接市电电源，负极连接电源管理单元以及充电电池BT1，二极管D2正极连接市电电源，负极连接电源管理单元以及后备电池BT2，充电电池BT1和后备电池BT2则连接电源管理单元，二极管D3的正极连接市电电源，负极连接三极管V1的发射极，三极管V1的集电极输出电流给具有计量模块功能的MCU供电，三极管V2的发射极连接充电电池BT1和后备电池BT2，基极连接电源管理单元，集电极输出电流给具有计量模块功能的MCU供电。

进一步的，所述具有计量模块功能的MCU的型号为HT5019。

从上述技术方案可以看出本实用新型具有以下优点:通过使用低功耗MCU和带监控管理的双电池模式，使用一颗充电电池和一颗后备电池，有效的克服了长时间进入窃电状态后电池消耗掉的问题，并且充电电池优先使用，有效避免了后备电池耗电失效的问题，同时由于在开启电流测量时，采样频率快，采样精度高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的工作原理图；

图3为本实用新型中低功耗电源管理电路。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型的电能计量防窃电系统，包括电压采样电路、火线电流采样电路、零线电流采样电路、具有计量模块功能的MCU以及低功耗电源管理电路，所述电压采样电路、火线电流采样电路、零线电流采样电路均连接市电和具有计量模块功能的MCU，所述低功耗电源管理电路包括后备电池、充电电池、充电电路、市电供电电路和电源切换电路，所述后备电池、充电电池以及市电供电均与具有计量模块功能的MCU相连，所述充电电路连接充电电池，所述电源切换电路用于切换充电电路与充电电池的通断以及用于选择具有计量模块功能的MCU的供电电源。

如图3所示，所述低功耗电源管理电路还包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、三极管V1以及三极管V2，电源管理单元可以是内置一个单片机系统，二极管D1的正极连接市电电源，负极连接电源管理单元以及充电电池BT1，二极管D2正极连接市电电源，负极连接电源管理单元以及后备电池BT2，充电电池BT1和后备电池BT2则连接电源管理单元，二极管D3的正极连接市电电源，负极连接三极管V1的发射极，三极管V1的集电极输出电流给具有计量模块功能的MCU供电，三极管V2的发射极连接充电电池BT1和后备电池BT2，基极连接电源管理单元，集电极输出电流给具有计量模块功能的MCU供电。当VCC有电压时，VCC给充电电池BT1充电，此时电源管理单元控制三极管V1，把VCC的电压供给VCPU，当VCC失压时，电源管理芯片通过比较BT1和BT2的电压，当BT1高于BT2时，电源管理单元通过控制三极管V2，把BT1的电压供给VCPU，当BT2高于BT1时，电源管理单元通过控制三极管V2，把BT2的电压供给VCPU。

具有计量模块功能的MCU采用钜泉光电科技(上海)股份有限公司生产的HT5019，此MCU 自带计量模块，芯片共有5种模式：正常模式，调试模式，测试模式，Sleep模式，Hold模式，Hold模式与Sleep模式的区别就是在Hold模式下，LDO_1P5和LDO_LowPower两个是由用户控制开关的，数字的LDO_LowPower供电一直打开，但是由于其低输出驱动能力 (20-30uA)，导致在这个状态下，很多数字功能模块不能使能，用户可配置开启大功耗大输出驱动能力的LDO_1P5来适应其应用的需求。为了降低Hold模式下的功耗，BOR_DET，VCC_DET 模块由芯片硬件分时开启。如果系统在进入Hold模式之前配置了中断使能，在进入Hold模式后发生相应的中断事件，则会导致芯片从Hold模式下唤醒，并进入相应的中断处理程序。

Hold模式下功耗仅有3.7uA。计量模块可工作在正常、低频、常数三个模式下，且在常数模式下功耗仅增加10uA左右。

工作电压范围：2.2V～5.5V

工作温度范围：-45℃～85℃

采用ARM Cortex-M0 CPU Core、128K Flash+512bytes Information Block、8K SRAM

高速度：插入等待CPU最高工作频率39.32MHz

无等待CPU最高工作频率19.66MHz

低功耗：Hold模式下最低功耗3.7uA

Sleep模式下最低功耗2.9uA

RTC补偿：RTC内置曲线数字补偿，全温度范围RTC补偿无需用户软件参与

RTC：外置32K低频晶体，集成晶体所需电阻，电容。

辅助RTC：外部OSC晶振停振时，系统可切换至内部低频RC获得计时时间

LCD：支持4COM，6COM，8COM的LCD显示，SEG接口最多支持43段

供电方式：电源内部切换，外部VSYS和VBAT两个电源分别供电

高精度温度传感器：-45度～+85度温度范围内，温度传感器一致性优于正负1度

2路硬件7816功能

正常模式下，WDT模块不可关闭，保证系统可靠运行

内置硬件AES/GHASH加密/解密算法

内置DMA功能

内置按键扫描功能，支持1*4，2*4，3*4，4*4四种

支持I2C，SPI，TIMER CC&PWM

计量模块：动态范围5000：1，支持有功、无功、视在、有效值、频率等计量参数，支持零线/火线防窃电计量、单相三线，支持断相防窃电的计量方式，该模式下连续计量功耗优于650uA，支持直流计量

当市电供电时，由低功耗电源管理系统中的市电供电单元给具有计量模块功能MCU提供电源；具有计量模块功能MCU监控管理单元根据监控到充电电池处于空闲状态且容量不足，打开电源管理电路中的开关给充电电池充电，直到容量充满(由于电池有自身损耗，此过程处于实时监控和循环充电中)。

使用时，利用电压采样电路、火线电流采样电路、零线电流采样电路采集市电的电压、电流信号传送至MCU,MCU内置计量模块；

当市电供电时，直接利用市电给具有计量模块功能MCU供电，且MCU对充电电池的工作状态和容量进行监控，充电电池处于空闲状态且容量不足时，给充电电池充电；

当MCU输入电源侧出现电源电压丢失时，MCU关闭内置计量模块，进入Hold模式，MCU 每隔时间T唤醒内置的计量模块，计量模块的工作频率为900kHz,打开火线电流采用电路和零线电流采样电路分别采集火线电流和零线电流，采集时间持续200ms，如果火线电流和零线电流的都小于0.1A，则继续关闭计量模块，如果有一路电流大于0.1A，则根据采样值大的电流计算视在功率：I*UCONST，把计算值写入到常数有功功率寄存器中，写入结束后，将计量功能模块关闭，MCU继续进入Hold模式，此时MCU就会一直用该常数功率累加发脉冲并累加电能，即MCU计量处于常数模式，工作处于Hold模式。

当MCU输入电源侧出现电源电压丢失时，具有计量模块功能MCU的控制电源切换电路使用充电电池给MCU供电，当充电电池耗电完毕后，使用后备电池给MCU供电。

通过使用矩泉的低功耗MCU和带监控管理的双电池模式，当不存在窃电时，MCU处于STOP 模式下，此时的整机功耗只有10uA，当存在窃电时，由于需要监测电流进行计量，此时整机功耗计算为(0.2/5)*920+(4.8/5)*15＝51uA，使用一颗1800mAh充电电池和一颗1200mAh 后备电池，可以连续使用6年以上，有效的克服了长时间进入窃电状态后电池消耗掉的问题，并且充电电池优先使用，有效避免了后备电池耗电失效的问题，同时由于在开启电流测量时，采样频率快，采样精度高，完全能满足计量精度0.5级的要求。