智能电表的停电上报通信模块及停电上报系统的制作方法

本实用新型涉及电网技术领域，尤其涉及一种智能电表的停电上报通信模块及停电上报系统。

背景技术：

智能电表是智能电网的终端，但它已经不是传统意义上的电能表，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用，它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等多种智能化用途，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。

电力线载波通信技术由于有着“免布线”的先天优势，一经问世便得到广泛推广，尤其是近年来基于OFDM调制技术的宽带载波技术得到飞速发展，载波通信更是成为了用电系统数据集抄的主流通信技术。

当电网系统发生线路故障、采集终端故障等事件导致停电时，停电信息如果能在第一时间传送到电力信息采集系统主站，电网公司就能够在最短的时间内对故障进行分析解决，在改善客户体验的同时，对电网系统的稳定可靠运行也起到了积极作用。传统的电力线载波模块需要通过DC-DC专用芯片进行对超级电容的充电，但其电路结构复杂，成本高，并且系统可靠性一般。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种智能电表的停电上报通信模块，包括：

内部供电电路、停电检测电路、充电控制电路、升压电路以及MCU，其中，内部供电电路，输入端分别与智能电表的供电电源和参考地连接，输出端分别与停电检测电路和充电控制电路连接，输出第一供电电源、第二供电电源；

停电检测电路，其输入端为第二供电电源，输出端分别与升压电路使能端和MCU连接；所述停电检测电路还与充电控制电路连接；

充电控制电路，其输入端为第一供电电源，输出端与升压电路的控制端连接；所述充电控制电路还与MCU连接；

所述停电上报通信模块与智能电表独立设置，并且停电上报通信模块依托于智能电表工作。

进一步地，所述充电控制电路包括：

第一二极管，其正极与第一供电电源连接，负极与第一三极管连接；

第一三极管，其基极与MCU连接，发射极与第一二极管的负极连接，集电极分别与超级电容正极以及升压电路输入控制端连接；

所述停电检测与控制电路包括：

第二三极管，其基极与第二供电电源连接，发射极分别与所述第一三极管发射极以及升压电路的输入端连接，集电极与升压电路使能端连接。

进一步地，所述第一三极管的基极与MCU之间包括限流电路；所述第一三极管的发射极与集电极之间包括稳压电路。

进一步地，所述模块还包括：

插拔检测电路，分别与MCU、智能电表以及第二供电电源连接。

进一步地，所述停电上报通信模块与智能电表通过至少两个插接口连接。

进一步地，所述内部供电电路还包括降压电路，所述降压电路输出第一供电电源。

进一步地，所述升压电路输出第二供电电源。

进一步地，所述第一供电电源为+3.3V，第二供电电源为+12V。

本实用新型还提出一种停电上报系统，包括：

至少一个所述的停电上报通信模块；

至少一个智能电表，与所述停电上报通信模块一一对应连接；

集中器，与所述至少一个智能电表均连接；

主站，与集中器连接。

本实用新型提出的停电上报通信模块的电路仅通过二/三极管、电阻等分立器件即可实现对超级电容的充电，与传统的主要依靠DC-DC专用芯片的实现方式相比较，具有功耗低、易于实现、成本低、可靠性高等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本实用新型实施例的停电上报通信模块电路结构示意图；

图2是本实用新型实施例的停电上报通信模块的升压电路图；

图3是本实用新型实施例的停电上报通信模块充电控制电路图；

图4是本实用新型实施例的停电上报通信模块停电检测电路图；

图5是本实用新型实施例的停电上报通信模块插拔检测电路图；

图6是本实用新型实施例的停电上报通信模块MCU电路示意图；

图7是本实用新型实施例的智能电表电路示意图；

图8是本实用新型实施例的停电上报系统结构图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

本实用新型提出的停电上报通信模块作为智能电表的载波模块，依托于智能电表使用，通过两个接插件与电表接口连接，弱电接口负责实现电表给载波模块提供+12V直流电源、电表与载波模块进行串口信号交互、一些I/O口电平的相互控制及检测，强电接口负责实现载波调制信号的耦合传输。

参照图1，本实施例中，停电上报通信模块包括：内部供电电路、具有超级电容的充电控制电路、BOOST升压电路、停电检测电路以及插拔检测电路等几个部分。主要功能为：当市电停电后，停电上报通信模块（即，载波模块）仍能在短时间内保持工作电源的自我供给，从而完成停电事件和一些重要数据的采集和上报，其数据上报采用电力线载波通信（PLC）的方式。如此实现方式可以把停电上报功能集成在载波模块上，载波模块支持热插拔，因此无需改动电表和已有线路，易于实现。该载波模块所涉及电路使用元器件少，可靠性高，参数和逻辑设计合理，功耗较低。

内部供电电路：智能电表通过弱电接口为停电上报通信模块提供+12V电源，此电源一路直接给载波发射通路上的功率放大器供电，一路经BUCK降压电路输出+3.3V电压给主芯片及其外围电路供电。

停电检测电路：当电网线路停电时，该电路立即自动使能对升压电路控制，将超级电容所存储的电能量快速升压至+12V代替智能电表给停电上报通信模块供电。

充电控制电路：当停电上报通信模块正常工作时，主芯片（MCU）通过接口定义控制充电电路给超级电容充电，先恒流充控制功耗，后恒压充稳定电容电压，同时超级电容正极与升压电路输入端相连，当停电时，由停电检测电路和充电控制电路实现对升压芯片控制，使升压芯片输出+12V电压。

结合图2至图7，给出停电上报通信模块的工作原理如下：

当智能电表与停电上报通信模块处于正常工作状态时：

（1）智能电表正常输出VCC供电电源，VSS为参考地；

（2）VCC经过R1、D1后得到+12V电压，+12V经DCDC降压电路降至+3.3V，+12V和+3.3V同时为停电上报通信模块供电；

（3）通过智能电表R6与R7分压，三极管Q1基极电压不低于发射极电压，三极管Q1处于关断状态，那么BoostEn/PowerFlag为低电平，升压芯片U1不工作，主控芯片控制充电电路使超级电容处于充电状态；

（4）主控芯片通过Chrg_Ctrl控制三极管Q2导通，使超级电容C5被充电；

在电网停电瞬间：

VCC电压很快降至0V，那么三极管Q1基极电压同时降至0V，停电上报模块在短时间内由电容C1供电，此时三极管Q1导通，BoostEn/PowerFlag变为高电平，升压芯片U1工作，主控芯片控制充电电路关闭，停止给超级电容C5充电；

电网停电后：

（1）升压芯片U1输出+12V，代替VCC给模块供电；

（2）主控芯片进行重要数据的存储，同时把停电事件等信息通过电力线载波（PLC）的方式上报给主站系统；

其中：VSS_1和VSS_2在停电上报模块中不连接，当停电上报通信模块拔出时，VSS_1与参考地相连，VSS_2悬空；当停电上报通信模块插入电表时，VSS_1和VSS_2都与参考地相连；停电上报通信模块未插入电表时不执行停电上报动作。

各元器件功能说明：

（1）R1：在停电上报通信模块上电时起限流作用，防止因瞬间电流过大损坏电表；

（2）D1：在停电瞬间C1为停电上报通信模块供电时起隔离作用，达到VCC电压骤降而+12V电压缓降的效果；

（3）C1：在停电瞬间为停电上报通信模块供电，保证可靠地检测到停电事件；

（4）R2：在停电上报通信模块从电表上拔出时起上拉作用，阻值较大（远大于R3）；

（5）R3，C2：共同起到滤波作用；

（6）L1，U1，C4，R4，R5，C3，D2：共同实现升压功能；

（7）R6，R7：共同起到分压作用，将VCC电压分压，使得当VCC有电时Q1关断，当VCC断电时Q1导通；

（8）Q1：根据VCC电压的状态输出BoostEn/PowerFlag信号，Q1关断时BoostEn/PowerFlag为低电平，主控芯片检测到系统上电且升压电路不工作，Q1导通时BoostEn/PowerFlag为高电平，主控芯片检测到系统掉电且升压电路工作，输出12V为系统供电；

（9）R8：当Q1关断时起下拉作用；

（10）D3：主要起降压作用，以防超级电容C5电压过高，同时为Q1发射极提供正偏置电压；

（11）R9：在主控芯片控制Q2导通的过程中起限流作用，同时能够控制充电电流的大小；

（12）Q2：起开关作用，导通时超级电容被充电，判断时超级电容停止充电；

（13）R10：在Q2关断时，起到稳定超级电容电压的作用，并且能够补偿Q2的VEC压降；

（14）C5：超级电容，在正常供电时充电，停电后为系统提供能量来源。

本实用新型还提出一种较为完整的停电上报系统方案，参照图8，方案中包括：N个带有停电上报功能的通信模块，用于停电检测并在停电瞬间自我供电。及时获取或保存停电数据，将停电事件上报，将停电数据以电力线载波的方式传输；N个智能电表，与N个停电上报通信模块一一对应连接，用于为停电上报通信模块提供电源和通信接口；集中器，与每一个智能电表均连接，收集并上报所有上报的停电事件；主站，与集中器连接，用于接收集中器收集的停电事件数据。