專利名稱：一種寬量程高精度電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能表技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種單/三相寬量程高精度電能表。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的電能表的電流范圍一般要求最大電流4倍或8倍以上于基本電流，隨著用戶對(duì)電能表要求的不斷提高，寬量程高精度電能表的市場(chǎng)需求顯著增加；而現(xiàn)在常用的方案是采用寬量程計(jì)量芯片實(shí)現(xiàn)寬量程計(jì)量，這種方式受計(jì)量芯片動(dòng)態(tài)范圍的嚴(yán)重制約，不能保證在整個(gè)電流范圍內(nèi)的高精度，不能完全滿足寬量程高精度電能表的市場(chǎng)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供一種單/三相寬量程高精度電能表，其采用錳銅和互感器配合或兩個(gè)互感器配合的方式進(jìn)行電流采樣，實(shí)現(xiàn)單/三相電能表寬量程計(jì)量。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種寬量程高精度電能表，包括單片機(jī)中央處理單元、電能表計(jì)量單元，所述電能表計(jì)量單元由電流采樣單元、電壓采樣單元、外部時(shí)鐘單元、寬量程計(jì)量芯片及其外圍電路組成；所述電流采樣單元和電壓采樣單元的輸出端分別與寬量程計(jì)量芯片的輸入端相連，寬量程計(jì)量芯片與外部時(shí)鐘單元相連，寬量程計(jì)量芯片的輸出端與單片機(jī)中央處理單元相連。在上述技術(shù)方案中，所述電流采樣單元由錳銅電流采樣通道和互感器電流采樣通道兩部分組成，其中錳銅分流器和電流互感器串聯(lián)接在火線輸入端和火線輸出端之間。在上述技術(shù)方案中，所述電流采樣單元中錳銅電流采樣通道包括錳銅分流器MT1， 電阻R1，電阻R2，電容C2，電容C3和濾波磁珠Cl ；互感器電流采樣通道包括電流互感器 CTl,電阻R3 電阻R6，電容C6，電容C7，穩(wěn)壓管Dl ；所述電壓采樣單元包括電阻R7 電阻R10，電阻R14，電阻R15，電容C4和電容C5 ；所述外部時(shí)鐘單元包括晶體Y1，電容C12 和電容C13 ；所述寬量程計(jì)量芯片及其外圍電路包括計(jì)量芯片U1，電阻Rl廣電阻R13，電阻R16 電阻R23，電容C8 電容C11，電容C14和復(fù)合三極管BG1，所述芯片Ul的型號(hào)為 MSP430AFE253 ；所述錳銅分流器MTl的1腳接火線輸入，MTl的3腳接火線輸出，MTl的2腳經(jīng)電阻R2接計(jì)量芯片Ul的2腳，MTl的3腳經(jīng)電阻Rl連接到Ul的1腳，MTl的1腳經(jīng)濾波磁珠Cl連接到GND，U1的1腳經(jīng)電容C2連接到GND，U1的2腳經(jīng)電容C3連接到GND ；電流互感器CTl的1腳連接到火線輸出，CTl的2腳連接到火線輸入，CTl的4腳經(jīng)電阻R3連接到Ul的3腳，CTl的3腳經(jīng)電阻R4連接到Ul的4腳，CTl的4腳經(jīng)電阻R5連接到GND， CTl的3腳經(jīng)電阻R6連接到GND，Ul的3腳經(jīng)電容C6連接到GND，Ul的4腳經(jīng)電容C7連接到GND，穩(wěn)壓管Dl連接在Ul的3腳和4腳之間；所述電壓采樣單元中零線輸入經(jīng)電阻R7、 電阻R8、電阻R9、電阻RlO連接到Ul的8腳，Ul的8腳經(jīng)電阻R14連接到GND，Ul的9腳經(jīng)電阻R15連接到GND，電容C4并聯(lián)在電阻R14兩端，電容C5并聯(lián)在電阻R15兩端；所述外部時(shí)鐘單元中晶體Yl —端連接到Ul的14腳，另一端連接到Ul的15腳，Ul的14腳經(jīng)電容C12連接到GND，U1的15腳經(jīng)電容C13連接到GND ；所述計(jì)量外圍電路中Ul的5腳經(jīng)電阻Rll連接到VDD，Ul的5腳經(jīng)電容C9連接到GND，Ul的6腳連接到GND，Ul的7腳經(jīng)電容C8連接到GND，U1的11腳經(jīng)電容ClO連接到GND，經(jīng)電阻R19上拉到VDD，并經(jīng)二極管 D5連接到單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)端；Ul的13腳連接到GND，Ul的16腳連接到VDD，Ul的16腳經(jīng)電容Cll連接到GND ；Ul的對(duì)腳經(jīng)二極管D2連接到單片機(jī)的SPI模式片選信號(hào)端，并經(jīng)電阻R16上拉到VDD ；Ul的23腳經(jīng)二極管D3連接到單片機(jī)的SPI模式時(shí)鐘輸入信號(hào)端，并經(jīng)電阻R17上拉到VDD ；Ul的22腳經(jīng)電阻R12連接到復(fù)合三極管BGl的1腳，BGl的2腳經(jīng)電阻R21上拉到VDD，BGl的6腳連接到單片機(jī)的SPI模式數(shù)據(jù)輸出信號(hào)端，并經(jīng)電阻R22 上拉到直流電壓VCC ；Ul的21腳經(jīng)電阻R13和二極管D4連接到單片機(jī)的SPI模式數(shù)據(jù)輸入信號(hào)端，并經(jīng)電阻R18上拉到VDD ；Ul的18腳連接到BGl的4腳，BGl的5腳經(jīng)電阻R20 上拉到VDD，BG1的6腳連接到單片機(jī)的計(jì)量脈沖輸出信號(hào)端，并經(jīng)電阻R23連接到VCC，電容C14連接在BGl的6腳和GND之間。上述VDD為計(jì)量單元工作電壓，VCC為單片機(jī)的工作電壓。在上述技術(shù)方案中，所述電流采樣單元由兩個(gè)互感器電流采樣通道組成，兩個(gè)電流互感器串聯(lián)接在火線輸入端和火線輸出端之間。本發(fā)明的有益之處在于單/三相電能表在硬件上采用錳銅和互感器共用或兩個(gè)互感器的方式進(jìn)行電流采樣，計(jì)量火線電流；在軟件上應(yīng)用自動(dòng)跟蹤電流技術(shù)，通過(guò)單片機(jī)控制通道選擇來(lái)改變量程，打破計(jì)量芯片動(dòng)態(tài)范圍的制約，達(dá)到拓寬量程的目的，符合單/ 三相電能表寬量程高精度的發(fā)展趨勢(shì)。


圖1為本發(fā)明中電能表計(jì)量單元的實(shí)施例一電路原理圖。圖2為本發(fā)明中電能表計(jì)量單元的實(shí)施例一電路連接圖。圖3為本發(fā)明中電能表計(jì)量單元的實(shí)施例二電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。如圖1所示，本實(shí)施例提供一種寬量程高精度單/三相電能表，包括單片機(jī)中央處理單元、電能表計(jì)量單元以及電能表基本功能模塊，所述電能表計(jì)量單元由電流采樣單元、 電壓采樣單元、外部時(shí)鐘單元、寬量程計(jì)量芯片及其外圍電路組成；所述電流采樣單元和電壓采樣單元的輸出端分別與寬量程計(jì)量芯片的輸入端相連，寬量程計(jì)量芯片與外部時(shí)鐘單元相連，寬量程計(jì)量芯片的輸出端與單片機(jī)中央處理單元相連。因三相電能表在電能表計(jì)量單元的電路結(jié)構(gòu)上與單相電能表類似，本說(shuō)明書以單相電能表計(jì)量硬件方案為例說(shuō)明。所述電流采樣單元由錳銅電流采樣通道和互感器電流采樣通道兩部分組成，其中的錳銅分流器和電流互感器串聯(lián)接在火線輸入端和火線輸出端， 在上電默認(rèn)狀態(tài)下，所述電能表計(jì)量單元以錳銅電流采樣通道的采樣電流為準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)量， 當(dāng)采樣電流小于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)中央處理單元通過(guò)控制電能表計(jì)量單元進(jìn)行通道選擇切換，以互感器電流采樣電流為準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)量。
如圖2所示，所述電流采樣單元中錳銅電流采樣通道包括錳銅分流器MT1，電阻 Rl,電阻R2，電容C2，電容C3和濾波磁珠Cl ；互感器電流采樣通道包括電流互感器CT1，電阻R3 電阻R6，電容C6，電容C7，穩(wěn)壓管Dl ；所述電壓采樣單元包括電阻R7 電阻R10，電阻R14，電阻R15，電容C4和電容C5 ；所述外部時(shí)鐘單元包括晶體Yl，電容C12和電容C13 ； 所述寬量程計(jì)量芯片及其外圍電路包括計(jì)量芯片U1，電阻Rl廣電阻R13，電阻R16 電阻 R23，電容C8 電容Cll，電容C14和復(fù)合三極管BGl，所述芯片Ul的型號(hào)為MSP430AFE253 ； 所述錳銅分流器MTl的1腳接火線輸入，MTl的3腳接火線輸出，MTl的2腳經(jīng)電阻R2接計(jì)量芯片Ul的2腳，MTl的3腳經(jīng)電阻Rl連接到Ul的1腳，MTl的1腳經(jīng)濾波磁珠Cl連接到GND，Ul的1腳經(jīng)電容C2連接到GND，Ul的2腳經(jīng)電容C3連接到GND ；電流互感器CTl 的1腳連接到火線輸出，CTl的2腳連接到火線輸入，CTl的4腳經(jīng)電阻R3連接到Ul的3 腳，CTl的3腳經(jīng)電阻R4連接到Ul的4腳，CTl的4腳經(jīng)電阻R5連接到GND，CTl的3腳經(jīng)電阻R6連接到GND，U1的3腳經(jīng)電容C6連接到GND，U1的4腳經(jīng)電容C7連接到GND，穩(wěn)壓管Dl連接在Ul的3腳和4腳之間；所述電壓采樣單元中零線輸入經(jīng)電阻R7、電阻R8、電阻 R9、電阻RlO連接到Ul的8腳，Ul的8腳經(jīng)電阻R14連接到GND，Ul的9腳經(jīng)電阻R15連接到GND，電容C4并聯(lián)在電阻R14兩端，電容C5并聯(lián)在電阻R15兩端；所述外部時(shí)鐘單元中晶體Yl —端連接到Ul的14腳，另一端連接到Ul的15腳，Ul的14腳經(jīng)電容C12連接到GND，U1的15腳經(jīng)電容C13連接到GND ；所述計(jì)量外圍電路中Ul的5腳經(jīng)電阻Rll連接到VDD, Ul的5腳經(jīng)電容C9連接到GND，Ul的6腳連接到GND，Ul的7腳經(jīng)電容C8連接到 GND, Ul的11腳經(jīng)電容ClO連接到GND，經(jīng)電阻R19上拉到VDD，并經(jīng)二極管D5連接到單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)端；Ul的13腳連接到GND，Ul的16腳連接到VDD，Ul的16腳經(jīng)電容Cll連接到GND ；Ul的對(duì)腳經(jīng)二極管D2連接到單片機(jī)的SPI模式片選信號(hào)端，并經(jīng)電阻R16上拉到VDD ；Ul的23腳經(jīng)二極管D3連接到單片機(jī)的SPI模式時(shí)鐘輸入信號(hào)端，并經(jīng)電阻R17上拉到VDD ；Ul的22腳經(jīng)電阻R12連接到復(fù)合三極管BGl的1腳，BGl的2腳經(jīng)電阻R21上拉到VDD，BGl的6腳連接到單片機(jī)的SPI模式數(shù)據(jù)輸出信號(hào)端，并經(jīng)電阻R22上拉到直流電壓VCC ；Ul的21腳經(jīng)電阻R13和二極管D4連接到單片機(jī)的SPI模式數(shù)據(jù)輸入信號(hào)端，并經(jīng)電阻R18上拉到VDD ；Ul的18腳連接到BGl的4腳，BGl的5腳經(jīng)電阻R20上拉到VDD， BGl的6腳連接到單片機(jī)的計(jì)量脈沖輸出信號(hào)端，并經(jīng)電阻R23連接到VCC，電容C14連接在BGl的6腳和GND之間。上述VDD為計(jì)量單元工作電壓，VCC為單片機(jī)的工作電壓。如圖3所示，所述電流采樣單元還可以由兩個(gè)互感器電流采樣通道組成，兩個(gè)電流互感器串聯(lián)接在火線輸入端和火線輸出端之間。其具體電路連接方式與圖2類似，只是把錳銅采樣通道的連接部分改成互感器采樣通道的連接部分。本說(shuō)明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種寬量程高精度電能表，包括單片機(jī)中央處理單元、電能表計(jì)量單元，其特征是 所述電能表計(jì)量單元由電流采樣單元、電壓采樣單元、外部時(shí)鐘單元、寬量程計(jì)量芯片及其外圍電路組成；所述電流采樣單元和電壓采樣單元的輸出端分別與寬量程計(jì)量芯片的輸入端相連，寬量程計(jì)量芯片與外部時(shí)鐘單元相連，寬量程計(jì)量芯片的輸出端與單片機(jī)中央處理單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬量程高精度電能表，其特征是所述電流采樣單元由錳銅電流采樣通道和互感器電流采樣通道兩部分組成，其中錳銅分流器和電流互感器串聯(lián)接在火線輸入端和火線輸出端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬量程高精度電能表，其特征是所述電流采樣單元中錳銅電流采樣通道包括錳銅分流器MTl，電阻Rl，電阻R2，電容C2，電容C3和濾波磁珠Cl ；互感器電流采樣通道包括電流互感器CT1，電阻R3 電阻R6，電容C6，電容C7，穩(wěn)壓管Dl ；所述電壓采樣單元包括電阻R7 電阻R10，電阻R14，電阻R15，電容C4和電容C5 ；所述外部時(shí)鐘單元包括晶體Y1，電容C12和電容C13 ；所述寬量程計(jì)量芯片及其外圍電路包括計(jì)量芯片Ul，電阻Rl廣電阻R13，電阻R16 電阻R23，電容C8 電容Cll，電容C14和復(fù)合三極管 BG1，所述芯片Ul的型號(hào)為MSP430AFE253 ；所述錳銅分流器MTl的1腳接火線輸入，MTl的 3腳接火線輸出，MTl的2腳經(jīng)電阻R2接計(jì)量芯片Ul的2腳，MTl的3腳經(jīng)電阻Rl連接到 Ul的1腳，MTl的1腳經(jīng)濾波磁珠Cl連接到GND，Ul的1腳經(jīng)電容C2連接到GND，Ul的2 腳經(jīng)電容C3連接到GND ；電流互感器CTl的1腳連接到火線輸出，CTl的2腳連接到火線輸入，CTl的4腳經(jīng)電阻R3連接到Ul的3腳，CTl的3腳經(jīng)電阻R4連接到Ul的4腳，CTl 的4腳經(jīng)電阻R5連接到GND，CTl的3腳經(jīng)電阻R6連接到GND，Ul的3腳經(jīng)電容C6連接到GND，Ul的4腳經(jīng)電容C7連接到GND，穩(wěn)壓管Dl連接在Ul的3腳和4腳之間；所述電壓采樣單元中零線輸入經(jīng)電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻RlO連接到Ul的8腳，Ul的8腳經(jīng)電阻R14連接到GND，U1的9腳經(jīng)電阻R15連接到GND，電容C4并聯(lián)在電阻R14兩端，電容 C5并聯(lián)在電阻R15兩端；所述外部時(shí)鐘單元中晶體Yl —端連接到Ul的14腳，另一端連接到Ul的15腳，Ul的14腳經(jīng)電容C12連接到GND, Ul的15腳經(jīng)電容C13連接到GND ；所述計(jì)量外圍電路中Ul的5腳經(jīng)電阻Rll連接到VDD，U1的5腳經(jīng)電容C9連接到GND，U1的6 腳連接到GND，Ul的7腳經(jīng)電容C8連接到GND，Ul的11腳經(jīng)電容ClO連接到GND，經(jīng)電阻 R19上拉到VDD，并經(jīng)二極管D5連接到單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)端；Ul的13腳連接到GND，Ul的 16腳連接到VDD，U1的16腳經(jīng)電容Cll連接到GND ；Ul的M腳經(jīng)二極管D2連接到單片機(jī)的SPI模式片選信號(hào)端，并經(jīng)電阻R16上拉到VDD ；Ul的23腳經(jīng)二極管D3連接到單片機(jī)的 SPI模式時(shí)鐘輸入信號(hào)端，并經(jīng)電阻R17上拉到VDD ；Ul的22腳經(jīng)電阻R12連接到復(fù)合三極管BGl的1腳，BGl的2腳經(jīng)電阻R21上拉到VDD，BGl的6腳連接到單片機(jī)的SPI模式數(shù)據(jù)輸出信號(hào)端，并經(jīng)電阻R22上拉到直流電壓VCC ；Ul的21腳經(jīng)電阻R13和二極管D4連接到單片機(jī)的SPI模式數(shù)據(jù)輸入信號(hào)端，并經(jīng)電阻R18上拉到VDD ；Ul的18腳連接到BGl的 4腳，BGl的5腳經(jīng)電阻R20上拉到VDD，BGl的6腳連接到單片機(jī)的計(jì)量脈沖輸出信號(hào)端， 并經(jīng)電阻R23連接到VCC，電容C14連接在BGl的6腳和GND之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬量程高精度電能表，其特征是所述電流采樣單元由兩個(gè)互感器電流采樣通道組成，兩個(gè)電流互感器串聯(lián)接在火線輸入端和火線輸出端之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及電能表技術(shù)領(lǐng)域，提供一種寬量程高精度電能表，包括單片機(jī)中央處理單元、電能表計(jì)量單元，所述電能表計(jì)量單元由電流采樣單元、電壓采樣單元、外部時(shí)鐘單元、寬量程計(jì)量芯片及其外圍電路組成；所述電流采樣單元和電壓采樣單元的輸出端分別與寬量程計(jì)量芯片的輸入端相連，寬量程計(jì)量芯片與外部時(shí)鐘單元相連，寬量程計(jì)量芯片的輸出端與單片機(jī)中央處理單元相連。本發(fā)明在硬件上采用錳銅和互感器共用或兩個(gè)互感器的方式進(jìn)行電流采樣，計(jì)量火線電流；在軟件上應(yīng)用自動(dòng)跟蹤電流技術(shù)，通過(guò)單片機(jī)控制通道選擇來(lái)改變量程，打破計(jì)量芯片動(dòng)態(tài)范圍的制約，達(dá)到拓寬量程的目的，符合單/三相電能表寬量程高精度的發(fā)展趨勢(shì)。
文檔編號(hào)G01R22/06GK102426290SQ20111026713
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者李中澤 申請(qǐng)人:武漢盛帆電子股份有限公司