基于分流器采样的电能测量模块的制作方法

本实用新型属于电子技术领域，尤其是涉及一种基于分流器采样的电能测量模块。

背景技术：

电能表行业随着芯片不断更新，越来越智能化。在以往的设计中，若要获取三项电网的参数，一般都要采用三个电流互感器及三相专用芯片来实现，此方案的实现成本相对较高，而且互感器体积较大，增加空间压力。

为了解决上述技术问题，人们进行了长期的探索，使用小体积的三相分流器进行电流采样也越来越普及，例如中国专利公开了一种基于锰铜分流器采样的三相电能表计量构件[申请号：cn201120352632.6]，包括用于每相电流采样的锰铜分流器、管理芯片、电源，其特征在还包括adc模数转换电路、脉冲变压器，所述管理芯片是一个具有计量和管理功能的芯片，所述电源只有一路，该电源为管理芯片供电，由管理芯片通过脉冲变压器为adc模数转换电路供电；所述锰铜分流器分别与一路adc模数转换电路连接，将采集到的电流信号进行模数转换，再分别通过脉冲变压器将采样数据传输到管理芯片，管理芯片也对电压信号进行采样，通过对相应的电流、电压采样数据进行数据处理计算得到电能及相关量。

上述方案采用了分流器进行电能采样计量，能够克服电流互感器进行采样的缺点。但是目前采用分流器进行电流采样的技术仍然存在缺陷：例如单相计量芯片与处理器芯片之间只能实现单向传输，处理器芯片只能被动获取分流器的采样结果，不能进行主动控制；并且，由于针对的是三相电，所以需要使用三个分流器对三相分别采样，但是因为相与相之间的高压存在，必须采用三个单相计量芯片来实现，主芯片只能获取到每相的电参数，无法获取相与相之间的关系，例如三相电压相序关系。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种基于分流器采样的电能测量模块。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：

一种基于分流器采样的电能测量模块，包括处理器芯片和电能测量模块，所述电能测量模块包括分别连接于三相电源的三个分流器，每个分流器的输出侧分别连接有单相计量芯片，每个单相计量芯片的发送端均通过正向隔离电路连接于处理器芯片的信号接收端，每个单相计量芯片的信号接收端均通过反向隔离电路连接于处理器芯片的信号发送端。

在上述的基于分流器采样的电能测量模块中，所述的单相计量芯片采用具有计数功能的单相电能计量芯片。

在上述的基于分流器采样的电能测量模块中，所述的单相计量芯片采用型号为v9240的单相电能计量芯片。

在上述的基于分流器采样的电能测量模块中，所述正向隔离电路包括输入侧连接于单相计量芯片的信号发送端的正向光耦合器，所述正向光耦合器的输出侧连接于处理器芯片。

在上述的基于分流器采样的电能测量模块中，所述反向隔离电路包括输入侧连接于处理器芯片的反向光耦合器，所述反向光耦合器的输出侧连接于单相计量芯片的信号接收端。

在上述的基于分流器采样的电能测量模块中，所述正向光耦合器与反向光耦合器均采用型号为k1010-817的光耦合器。

在上述的基于分流器采样的电能测量模块中，所述处理器芯片采用型号为ht6015的主soc芯片。

本实用新型的优点在于：1、具有更低的成本和更小的体积，同时能够实现互感器所实现的相关功能；2、不仅能够获取到每相的电参数，而且通过反向隔离电路实现反向控制，同时能够弥补分流器三相分立的使用局限，通过利用正向隔离电路和反向隔离电路实现信号的双向传输以获取相与相之间的关系。

附图说明

图1是本实用新型rs485模块的电路示意图；

图2是本实用新型基于分流器采样的电能测量模块的电路连接框图；

图3是本实用新型处理器芯片的结构示意图；

图4是本实用新型电能测量模块的电路示意图。

附图标记，分流器1；正向隔离电路2；反向隔离电路3；处理器芯片ic1；单相计量芯片ic2；rs485芯片ic3；正向光耦合器u1；反向光耦合器u2；第二高速光耦u3；第一高速光耦u4；第三高速光耦u5；驱动器输入端di；使能控制端en_485；接收器输出端ro；使能端数据发送端tx_485；数据接收端rx_485。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

本实施例公开了一种基于分流器采样的电能测量模块，用于三相电表的电能测量，主要包括处理器芯片ic1和电能测量模块。

处理器芯片ic1连接有lcd显示屏、rs485通讯模块和供电模块。其中供电模块采用开关电源，提供隔离的电源更加安全稳定，且开关电源的芯片采用pn8143t芯片。pn8143t内部集成了脉宽调制控制器和功率mosfet，专用于高性能、外围元器件精简的交直流转换开关电源，是具有超低待机功耗的高性价比反激式开关电源。

如图1所示，这里的rs485通讯模块包括rs485芯片ic3，例如可以使用采用型号为ry485的rs485芯片等。rs485芯片ic3接口采用的是差分传输方式，具有一定的抗共模干扰能力，但当共模电压超过rs485芯片的极限接收电压时，rs485芯片ic3就无法正常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。所以这里对rs485通讯模块进行双重隔离，使其实现4.5kv以上的高耐压性能。具体实现方式是：使rs485芯片ic3的使能端连接于第一高速光耦u4输出侧的一端，第一高速光耦u4输出侧的另一端连接于第二高速光耦u3输入侧的一端，第一高速光耦u4输入侧的一端连接于处理器芯片的使能控制端en_485，第二高速光耦u3输入侧的另一端连接于rs485芯片ic3的接收器输出端ro，第二高速光耦u3输出侧的一端连接于处理器芯片的数据接收端rx_485，通过两个高速光耦实现信号的隔离传输，能够有效抑制高共模电压的产生，大大降低了rs485芯片ic3的损坏率，提高了系统的稳定性。同样地，rs485芯片ic3的驱动器输入端di通过第三高速光耦u5连接于处理器芯片ic1的数据发送端tx_485。

特别地，如图2所示，本实施例电能测量模块包括分别连接于三相电源的三个分流器1，每个分流器1的输出侧分别连接有单相计量芯片ic2，每个单相计量芯片ic2均具有用于信号发送的信号发送端和用于信号接收的信号接收端，以便于向处理器芯片ic1发送电能数据，同时又能够接收处理器芯片ic1发送过来的控制信号。

具体地，每个单相计量芯片ic2的发送端均通过正向隔离电路2连接于处理器芯片ic1的信号接收端，每个单相计量芯片ic2的信号接收端均通过反向隔离电路3连接于处理器芯片ic1的信号发送端。通过正向隔离电路2、反向隔离电路3实现单相计量芯片ic2与处理器芯片1之间的双向信号传输隔离。并且，这里可以选用接收端和发送端位于同一端口的单相计量芯片。

本实施例通过使用一个反向隔离电路3实现处理器芯片ic1至单相计量芯片ic2的反向隔离通讯，使主处理器芯片ic1不局限于被动获取各单相计量芯片ic2的电能参数，同时还能够反向控制单相计量芯片ic2的工作。本领域技术人员可以根据需要在主处理器芯片ic1中载入相应的控制命令，然后通过反向隔离电路3将控制命令发送给单相计量芯片ic2以实现反向控制，关于载入何种控制命令不进行限制，本领域技术人员根据需要选择即可，具体在此不进行赘述。

具体地，如图3和图4所示，正向隔离电路2包括输入侧连接于单相计量芯片ic2信号发送端的正向光耦合器u1，所述正向光耦合器u1的输出侧连接于处理器芯片ic1；同样地，反向隔离电路3包括输入侧连接于处理器芯片ic1的反向光耦合器u2，所述反向光耦合器u2的输出侧连接于单相计量芯片ic2的信号接收端。需要说明的是，本实施例的各电路图中，具有相同标号的两端相互连接，例如图4中，正向光耦合器u1输入端的rtx_a与单相计量芯片ic2信号发送端的rtx_a相互连接。

具体地，正向光耦合器与反向光耦合器均采用型号为k1010-817的光耦合器；处理器芯片采用型号为ht6015的主soc芯片。

进一步地，单相计量芯片ic2采用具有计数功能的单相电能计量芯片。由于这里的单相计量芯片ic2与处理器芯片ic1之间为双向传输，并且单相计量芯片ic2具有计数功能，所以可以通过处理器芯片ic1向各单相计量芯片ic2发送广播计数命令，使所有的单相计量芯片ic2从收到命令后开始计数，同时使单相计量芯片ic2在第一个电压过零点时结束计数，三个单相计量芯片ic2的计数值在下一轮询时读取，三个计数值的大小表示零点的先后顺序，所以处理器芯片ic1可以根据计数值的大小可以确定相序判断。当然，处理器芯片ic1可以采用内部事先先存储有用于数值比较的数值比较程序和带有结束计数条件的计数命令的芯片。或者由本领域技术人员事先在处理器芯片ic1中载入前述程序，本领域技术人员都应当知道，数值比较程序和带有结束计数条件的技术命令程序均为现有技术，本领域技术人员可以直接将现有技术的程序载入处理器芯片ic1，也可以在现有技术的程序段上做简单数值的替换以使程序完美适应与本实施例。

本实施例通过数据的双向传输，使处理器芯片ic1能够对每个单相计量芯片ic2进行主动控制，同时除了能够获取每相的电参数，还为获取三相电之间的电压相序关系提供硬件基础。

具体地，单相计量芯片采用型号为v9240的单相电能计量芯片，v9240单相电能计量芯片的信号接收端与信号发送端位于同一端口，且v9240单相电能计量芯片具有寄存器及具有计数功能。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了分流器1；正向隔离电路2；反向隔离电路3；处理器芯片ic1；单相计量芯片ic2；rs485芯片ic3；正向光耦合器u1；反向光耦合器u2；第二高速光耦u3；第一高速光耦u4；使能控制端en_485；接收端ro；数据接收端tx_485；数据发送端rx_485等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。