电流传感器参数的在线检测电路、方法及电能计量芯片与流程

本发明属于电流检测领域，尤其涉及电流传感器参数的在线检测电路、在线检测方法及电能计量芯片。

背景技术：

电路中的电流测量，一般先通过电流传感器把待测电流转换成安全的，可以直接测量的标准信号，再通过对该标准信号的采集，实现对待测电流的测量。电路传感器一般采用分流器、电流互感器和霍尔元件等。在测量过程中，电流传感器的性能对整个测量精度有较大影响。

在智能电表领域，计量精度和可靠性至关重要，而这些直接受到电流传感器的影响。在实际应用中，受环境因素影响，比如温度、大电流、电磁场等，容易使电流传感器的参数发生改变，造成电流测量出现误差，最终导致电能计量误差，因此实时检测电流传感器电路的参数，保证计量精度在允许的范围成了如今迫切需要解决的问题。

为了精确测量电能，当前普遍采用的技术是，用电阻作为传感器，通过向待测电路注入单一频率电流信号，实现对电阻进行参数检测。该技术存在检测范围较小、且容易受到干扰的问题，致使检测结果不够准确可靠。

技术实现要素：

基于上述背景技术中存在的问题，本发明旨在提供一种新的电流传感器参数的在线检测电路、在线检测方法及电能计量芯片。

首先，本发明提供一种在线检测电路，其包括：电流传感器，耦接于待测电路中，把流过所述电流传感器的电流转换成标准信号输出；信号源，电性连接于所述待测电路中，所述信号源能够输出工作于第一频率的第一频率信号和工作于第二频率的第二频率信号；所述信号源作用于所述电流传感器生成检测信号电流，所述检测信号电流与待测电流叠加构成流过所述电流传感器的电流。

上述电流传感器把流过所述电流传感器的电流转换成可以直接测量的标准信号，该标准信号可以是电流信号、电压信号、频率信号、数字信号或者其他信号。该标准信号与流过所述电流传感器的电流之间存在函数关系，该函数的相关参数即电流传感器参数。

所述待测电流在正常工作时包含的频率是工作频率。所述检测信号电流的频率构成中包含所述信号源输出信号所包含的频率，其至少包括上述第一频率和第二频率。

利用上述在线检测电路，通过外部电路采集所述标准信号并做频率解析，得到仅包含工作频率的工作频率分量、仅包含第一频率的第一频率分量和仅包含第二频率的第二频率分量。其中工作频率分量即待测电流的测量值，第一频率分量和第二频率分量用于电流传感器参数的检测。第一频率分量与第一频率分量理想值比对，得到第一频率偏差；第二频率分量与第二频率分量理想值比对，得到第二频率偏差。当第一频率偏差与第二频率偏差均超过阈值时，判定电流传感器参数失常。进而可以进行异常处理，修正电流测量参数或者报警。其中，所述阈值为所述第n频率偏差允许极限值，这里n＝1,2,……n，n≥2。

其次，本发明还提供一种电流传感器参数的在线检测方法，应用于前述任意一种在线检测电路；其中，所述电流传感器输出的标准信号与流过所述电流传感器的电流之间存在函数关系，该函数关系的相关参数即所述电流传感器参数；第n频率分量为所述标准信号测量值中仅包含第n频率的分量；第n频率偏差为所述第n频率分量与第n频率分量理想值的差异；阈值为所述第n频率偏差允许极限值，这里n＝1，2，……n，n≥2。

所述方法包含以下步骤：

a1，控制所述信号源输出所述第一频率信号；

a2，采集所述标准信号并做频率解析，得到所述第一频率分量，比对所述第一频率分量与第一频率分量理想值得到第一频率偏差；

a4，控制所述信号源输出所述第二频率信号；

a5，采集所述标准信号并做频率解析，得到所述第二频率分量，比对所述第二频率分量与第二频率分量理想值得到第二频率偏差；

a6，若所述第一频率偏差大于所述阈值且所述第二频率偏差大于所述阈值，则判断所述电流传感器参数失常，否则判断所述传感器参数正常。

利用上述在线检测方法，控制信号源顺次输出第一频率信号和第二频率信号；并根据此时电流传感器输出的变化，进行分析和判断，实现对电流传感器参数的检测。这种检测方法可以在不影响待测电路和电流测量电路正常工作的前提下，在线完成。该方法利用两个频率对电流传感器先后两次检测，得到两个检测结果，这两个检测结果可以互相印证，使得检测结果更可靠，抗干扰能力更强。同时，该方法还具有易于扩展的优势，可以轻易的扩展成利用n种频率信号对电流传感器实施在线检测的方法。

本发明还提供一种电流传感器参数的在线检测方法，应用于前述任意一种在线检测电路；其中，所述电流传感器输出的标准信号与流过所述电流传感器的电流之间存在函数关系，该函数关系的相关参数即所述电流传感器参数；第n频率分量为所述标准信号测量值中仅包含第n频率的分量；第n频率偏差为所述第n频率分量与第n频率分量理想值的差异；阈值为所述第n频率偏差允许极限值，这里n＝1，2，……n，n≥2；

所述方法包括以下步骤：

s1，控制信号源输出第一频率信号；

s2采集所述标准信号并做频率解析，得到第一频率分量，比对所述第一频率分量与第一频率分量理想值得到第一频率偏差；

s3若所述第一频率偏差小于所述阈值，则判断所述电流传感器参数正常，检测结束，否则进入下一步骤s4；

s4控制所述信号源输出所述第二频率信号；

s5采集所述标准信号并做频率解析，得到第二频率分量，比对所述第二频率分量与所述第二频率分量理想值得到第二频率偏差；

s6若所述第二频率偏差小于所述阈值，则判断所述电流传感器参数正常，否则判断所述传感器参数失常。

利用上述在线检测方法，可以利用两个频率对电路传感器参数实现在线检测。由于在该方法中，当利用第一频率对电流传感器进行检测并得到参数正常的结论时，即直接退出检测流程，而省去利用第二频率进行检测的过程，使得该方法的用时更短。该方法同样具有易于扩展的优势，可以轻易的扩展成利用n种频率信号对电流传感器实施在线检测的方法。

最后，本发明还提供一种电能计量芯片，该电能计量芯片包含前述任意一种在线检测电路。

通过利用该电能计量芯片，可以在既不影响待测电路正常工作，也不影响电流测量电路正常工作的前提下，实现电流传感器参数的在线检测。由于通过该电能计量芯片可以利用多个频率分别对电流传感器参数检测产生多个检测结果，这些检测结果互相印证使得检测结果更准确，抗干扰能力更强。由于在线检测电路固化于芯片内部，使得电路的稳定性和可靠性得到进一步提高，电路的布线面积进一步缩小。

附图说明

图1是本发明所提供第一实施例，示出了电流传感器参数在线检测电路a的电路原理示意图。

图2是本发明所提供第二实施例，示出了电流传感器参数在线检测电路b的电路原理示意图。

图3是本发明所提供第三实施例，示出了电流传感器参数在线检测电路c的电路原理示意图。

图4是本发明所提供第四实施例，示出了电流传感器参数在线检测方法e的流程示意图。

图5是本发明所提供第五实施例，示出了电流传感器参数在线检测方法f的流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例来说明本发明所公开的实施方式，有关“电流传感器参数的在线检测电路、方法及电能计量芯片”，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不偏离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，予以声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的技术范围。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件或信号等，但这些元件或信号不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一元件与另一元件，或者一信号与另一信号。另外，如本文中所使用，术语“或”视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的所有组合。

如图1所示，本发明所提供的第一实施例，为电流传感器参数在线检测电路a。该检测电路a包括工作电源u1、负载rl、信号源iref、电阻型电流传感器r0和信号处理单元22。

如图1所示，其中工作电源u1为交流电压源，为负载rl供电。负载rl为电阻，电性连接于工作电源u1的两端。待测电流i1是流经负载rl的电流。待测电路(未示出)是待测电流i1流经的电路部分，在图1中包括工作电源u1、负载rl以及工作电源u1与负载rl之间的导线。工作频率是待测电路(未示出)正常工作时，待测电流i1所包含的频率。

如图1所示，电流传感器为电阻型电流传感器r0比如分流器，串联接入待测电路(未示出)。信号源iref为电流源，电性连接于电阻型电流传感器r0的两端，信号源iref能够输出频率为第一频率的第一频率信号，也能够输出频率为第二频率的第二频率信号。

如图1所示，信号源iref作用于电阻型电流传感器r0两端，生成检测信号电流i2。检测信号电流i2的频率构成中包含信号源iref输出的信号频率，其包括上述第一频率和第二频率。检测信号电流i2与待测电流i1叠加生成流过电阻型电流传感器r0的电流i3。电阻型电流传感器r0把流过电阻型电流传感器r0的电流i3转换成电阻型电流传感器r0两端的电压信号uo，即所述标准信号。其中uo与i3之间存在函数关系，该函数关系的相关参数就是电阻型电流传感器r0的参数，即电流传感器参数。电阻型电流传感器r0的参数包括r0的阻值以及其寄生电容、寄生电感等。

如图1所示，信号处理单元22电性连接于电阻型电流传感器r0两端，采集电阻型电流传感器r0两端的电压信号uo并做频率解析。解析出来的信号包括，仅包含工作频率的工作频率分量，仅包含第一频率的第一频率分量，仅包含第二频率的第二频率分量。其中，工作频率分量可以作为待测电流i1的测量值，参与电能计算或者其他功用；第一频率分量与第二频率分量用作电阻型电流传感器r0参数的在线检测。

第一频率分量与第一频率分量的理想值比对，得到第一频率偏差；第二频率分量与第二频率分量理想值比对，得到第二频率偏差。若第一频率偏差与第二频率偏差均超过阈值，则判断电阻型电流传感器r0参数失常。其中，阈值为第n频率偏差允许极限值，这里n＝1，2，……n，n≥2。

在判断电阻型电流传感器r0参数失常后，可以进行异常处理，比如测量参数修正或者报警，需要指出的是异常处理的方式不仅限于此。

在本实施例中，电源u1也可以换成直流源。电源u1，还可以换成电流源，或者可以换成多种电源的组合，其不影响在线检测电路的正常工作。

负载rl还可以换成阻性负载、感性负载或者容性负载，也可以换成多个无源器件组成的电路网络，其不影响在线检测电路的正常工作。

相应的，待测电流i1也可以换成由一个或多个有源器件和一个或多个无源器件组成的电路网络中某一支路的电流，其不影响在线检测电路的正常工作。

电阻型电流传感器r0也可以换成具有电流测量功能的仪表。该仪表前端为电阻型电流传感器，该仪表的输出端电性连接于信号处理单元22。该仪表的输出信号可以是电流信号、电压信号、频率信号、数字信号或者其他信号，其不影响在线检测电路的正常工作。

信号源iref也可以换成有一定内阻的电压源，在此不做限定。

在本实施例中，还可以设置开关，与信号源iref串联。当在线检测电路不工作时，切断信号源iref与待测电路(未示出)之间的联系，进一步降低在线检测电路对待测电路的影响。

进一步的，第一频率与工作频率的整数倍不相等。如果待测电路正常工作时包含多个工作频率，则第一频率与每个工作频率的整数倍都不相等。第二频率与第一频率不相等，与工作频率的整数倍不相等。如果待测电路正常工作时包含多个工作频率，则第二频率与每个工作频率的整数倍都不相等。

更进一步的，信号源iref还可以输出工作于第三频率的第三频率信号、……、工作于第n频率的第n频率信号，这里n≥3。其中第三频率与第一频率和第二频率不相等，与工作频率的整数倍不相等，如果待测电路正常工作时包含多个工作频率，则第三频率与每个工作频率的整数倍都不相等；第n频率与第一频率、第二频率、……第n-1频率不相等，与工作频率的整数倍不相等，如果待测电路正常工作时包含多个工作频率，则第n频率与每个工作频率的整数倍都不相等。

信号处理单元22采集电阻型电流传感器r0两端的电压信号，并做频率解析。解析结果包括，仅包含第一频率的第一频率分量、仅包含第二频率的第二频率分量、仅包含第三频率的第三频率分量、……、仅包含第n频率的第n频率信号。第一频率分量与第一频率分量理想值比对得到第一频率偏差，第二频率分量与第二频率分量理想值比对得到第二频率分量，……、第n频率分量与第n频率分量理想值比对得到第n频率偏差。把第一频率偏差、第二频率偏差、……第n频率偏差分别与阈值比较，并对这些比较结果合理分析，比如当以上频率偏差的大多数都超过阈值时，则判断电阻型电流传感器r0参数失常。需要指出的是判断标准不仅限于此。信号源iref能够输出的频率越多，在线检测电路的稳定性、抗干扰能力也就越强。

需要说明的是，信号处理单元22也可以从该在线检测电路中剔除，而由外部具有相同功能的电路或者设备替代，其不影响在线检测电路的正常工作。

在本实施例中，由于电阻型电流传感器r0的阻抗远小于负载rl的阻抗，所以信号源iref对流过负载rl的电流i1以及负载rl两端的电压(未示出)的影响很小，可以忽略不计，即在线检测电路不会影响待测电路(未示出)的正常工作。

由于工作频率与参数检测所用到的第一频率、第二频率、……、第n频率不相等，所以工作频率分量与参数检测用到的第一频率分量、第二频率分量、……第n频率分量可以通过频率解析的方式有效分离，这里n≥2。这样，电阻型电流传感器r0参数的检测和待测电流i1的测量互不影响，可以同时进行，也就是说，电阻型电流传感器r0的参数可以通过本实施例提供的在线检测电路实现在线检测。

如上，本实施例采用多个频率信号对电阻型电流传感器r0的参数进行检测，并互相印证，使检测结果准确可靠；同时在待测电路(未示出)存在干扰噪声时，可以保证在线检测电路的正常工作，使得在线检测电路具有一定的抗干扰能力。

如图2所示，在本发明所提供的第一实施例的基础上，还提供了的第二实施例，即电流传感器参数在线检测电路b。该在线检测电路b包括工作电源u1、负载rl、信号源iref、电流互感器cl1和信号处理单元22。

第二实施例是在第一实施例的基础上，把电流传感器换成电流互感器cl1，而形成的。该实施例中的其它部分与第一实施例相似，在这里不再赘述。电流互感器cl1的初级线圈串联接入待测电路(未示出)，且两端电性连接于信号源iref；电流互感器cl1的次级线圈两端电性连接于信号处理单元22。由信号处理单元22采集电流互感器cl1次级线圈流过的电流信号io，并做频率解析。

信号源iref作用于电流互感器cl1的初级线圈，生成检测信号电流i2。检测信号电流i2的频率构成包含信号源iref输出的信号频率，至少包括第一频率和第二频率。检测信号电流i2与待测电流i1叠加，生成流过电流互感器cl1初级线圈的电流i3。电流互感器cl1把流过电流互感器cl1初级线圈的电流i3转换成流过电流互感器cl1次级线圈的电流信号io，即得到所述标准信号。其中io与i3存在函数关系，该函数关系中的相关参数就是电流互感器cl1参数，即电流传感器参数。电流互感器cl1参数包括io与i3幅值的比例关系、线性度、相移和频率范围等。

电流互感器cl1也可以换成具有电流测量功能的仪表，该仪表前端为电流互感器，输出端电性连接于信号处理单元22。该仪表的输出信号可以是电流信号、电压信号、频率信号、数字信号或者其他信号，其不影响在线检测电路的正常工作。

如图3所示，在本发明所提供的第二实施例的基础上，还提供了第三实施例，即电流传感器参数在线检测电路c。该在线检测电路c包括工作电源u1、负载rl、信号源iref、电流互感器cl2和信号处理单元22。

第三实施例是在第二实施例的基础上，把电流传感器替换成只有次级线圈的电流互感器cl2而形成的。该实施例的其他部分与第二实施例相似，在这里不再赘述。电流互感器cl2次级线圈的两端电性连接于信号处理单元22，待测电路(未示出)中的一段导线从电流互感器cl2次级线圈中间穿过。电流互感器cl2把电流i3转换成电流互感器cl2次级线圈流过的电流io，即所述标准信号。其中io与i3之间存在函数关系，该函数关系的相关参数即电流互感器cl2的参数，包括io与i3幅值的比例关系、线性度、相移和频率范围等。

进一步的，电流互感器cl2也可以用霍尔电流传感器替代，其不影响在线检测电路的正常工作，在此不做赘述。

如图4所示，本发明所提供的第四实施例为电流传感器参数在线检测方法e。应用于前述任意一种电路中，包含以下步骤，其中：

步骤s200，控制信号源输出第一频率信号。

步骤s210，采集电流传感器输出的标准信号，并做频率解析，得到第一频率分量，比对第一频率分量与第一频率分量理想值，得到第一频率偏差。

步骤s230，控制信号源输出第二频率信号。

步骤s240，采集电流传感器输出标准信号，并做频率解析，得到第二频率分量，比对第二频率分量与第二频率分量理想值得到第二频率偏差。

步骤s250，若第一频率偏差大于阈值且若第二频率偏差大于阈值，则判断电流传感器参数失常进入下一步骤s260，否则，判断参数正常检测结束。

步骤s260，异常处理，修正电流测量参数，或者报警。

利用上述在线检测方法，控制信号源顺次输出第一频率信号和第二频率信号；并根据此时电流传感器输出的变化，进行分析和判断，实现对电流传感器参数的检测。这种检测方法可以在不影响待测电路和电流测量电路正常工作的前提下，在线完成。该方法利用两个频率对电流传感器先后两次检测，得到两个检测结果，这两个检测结果可以互相印证，使得检测结果更可靠，抗干扰能力更强。

同时，该方法还具有易于扩展的优势，可以轻易的扩展成利用n种频率信号对电流传感器实施在线检测的方法。检测过程中使用的频率越多，检测的结果越准确可靠，抗干扰能力也越强。

需要指出的是，步骤s260中的异常处理方式不仅限于此，同时步骤s260也可以从方法中剔除，而由外部电路或者设备代替执行相关功能。

如图5所示，本发明所提供的第五实施例电流传感器参数在线检测方法f。应用于前述任意一种电路中，包含以下步骤，其中：

步骤s100，控制信号源输出第一频率信号。

步骤s110，采集电流传感器输出的标准信号，并做频率解析，得到第一频率分量，比对第一频率分量与第一频率分量理想值，得到第一频率偏差。

步骤s120，若第一频率偏差小于阈值，则判断电路参数正常，参数检测结束，否则进入下一步骤s130。

步骤s130，控制信号源输出第二频率信号。

步骤s140，采集电流传感器输出标准信号，并做频率解析，得到第二频率分量，比对第二频率分量与第二频率分量理想值得到第二频率偏差。

步骤s150，若第二频率偏差小于阈值，则判断电路参数正常，参数检测结束，否则进入下一步骤s160。

步骤s160，异常处理，修正电流测量参数，或者报警。

利用第五实施例的在线检测方法，可以利用两个频率对电路传感器参数实施在线检测。由于在该方法中，当利用第一频率对电流传感器进行检测并得到参数正常的结论时，即直接退出检测流程，而省去利用第二频率进行检测的过程，使得该方法的用时更短。

同时，该方法同样具有易于扩展的优势，可以轻易的扩展成利用n种频率信号对电流传感器实施在线检测的方法。检测过程中使用的频率越多，检测的结果越准确可靠，抗干扰能力也越强。

需要指出的是，步骤s160中的异常处理方式不仅限于此，同时步骤s160也可以从方法中剔除，而由外部电路或者设备代替执行相关功能。

本发明还提供了一种电能计量芯片，该电能计量芯片包含前述任意一种在线检测电路。

通过利用该包含了本发明在线检测电路的电能计量芯片，可以在既不影响待测电路正常工作，也不影响电流测量电路正常工作的前提下，实现电流传感器参数的在线检测。由于通过该电能计量芯片可以利用多个频率分别对电流传感器参数检测，产生多个检测结果，这些检测结果互相印证使得检测结果更准确，抗干扰能力更强。由于在线检测电路固化于芯片内部，使得电路的稳定性和可靠性得到进一步提高，电路的布线面积进一步缩小。

进一步的，还可以把电流传感器置于芯片外部，并与在线检测电路其他部分电性连接。

用户可以根据实际需要选择更合适的电流传感器与该芯片连接，比如为了追求更高的电流测量精度，而采用更高精度的电流传感器；或者追求更灵活的电路拓扑结构，采用独立于芯片的外部电流传感器。

同时，也可以把信号源置于芯片外部，并与在线检测电路的其他部分电性连接。

用户可以根据实际需要选择更合适的信号源与该芯片连接，比如为了追求更高的在线检测精度，而采用更高精度的信号源，或者为追求更灵活的电路拓扑结构，而采用其他的独立于芯片的外部信号源。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围。本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。