基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路的制作方法
【專利摘要】基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路，涉及電能測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。它為了解決現(xiàn)有電能計(jì)體積大、且精度低的問題。本發(fā)明在使用時(shí)，將電源插頭連接220V～50hz交流電源，將待測(cè)用電器連接負(fù)載接入端子，當(dāng)目標(biāo)負(fù)載即待測(cè)用電器在工頻下正常工作時(shí)，與目標(biāo)負(fù)載串聯(lián)的取樣電阻就會(huì)與目標(biāo)負(fù)載流過相同的電流，取樣電阻兩端的電壓測(cè)量信號(hào)輸入到測(cè)量電路中，測(cè)量電路根據(jù)采樣電壓計(jì)算得到待測(cè)用電器的用電量，并通過光電隔離電路輸出?，F(xiàn)有產(chǎn)品相比，本發(fā)明所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路體積減小至少70%，功率減小至少36%，精度達(dá)到0.8級(jí)。本發(fā)明適用于用電器的用電量測(cè)量。
【專利說明】基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電能測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]電能表在世界上的出現(xiàn)和發(fā)展已有一百多年的歷史。而隨著人類社會(huì)的進(jìn)步與生產(chǎn)力的極大提高，人們對(duì)電表的要求也越來越高，使其滿足不同的需求并達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)。如今我們已處于一個(gè)智能的社會(huì)，繁多的用電器使我們的生活便捷又充滿情趣。對(duì)于個(gè)人日常生活而言，確切清楚相應(yīng)的電器的用電量是必要的，不僅可以更好了解其性能以及故障，同時(shí)對(duì)于提倡環(huán)保，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)也有著現(xiàn)實(shí)意義。因此我們發(fā)明了即插式高性能電能計(jì)量器，對(duì)一個(gè)插座上的用電器的用電量進(jìn)行測(cè)量。
[0003]目前電能表分為機(jī)電式電能表和全電子式電能表。機(jī)電式電能表主要有感應(yīng)式測(cè)量機(jī)構(gòu)，光電轉(zhuǎn)換器，分頻器和顯示器組成。感應(yīng)式測(cè)量機(jī)構(gòu)的作用是將電能信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)，光電轉(zhuǎn)換器的作用是將正比于電能的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖。感應(yīng)式測(cè)量機(jī)構(gòu)主要應(yīng)用電磁感應(yīng)的原理產(chǎn)生交變磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，光電轉(zhuǎn)換器由于需要用到光敏元件，所以不能達(dá)到很高的精度，而且對(duì)于使用壽命還有較為嚴(yán)格的限制，而且感應(yīng)式電能表體積較大，不適合進(jìn)行單個(gè)用電器電量的測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有電能計(jì)體積大且精度低的問題，提供一種基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路。
[0005]本發(fā)明所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路包括電源插頭、負(fù)載接入端子、直流電源電路、第一校正電路、第二低通濾波電路、測(cè)量電路、第二校正電路、取樣電阻和光電隔離電路；
[0006]所述負(fù)載接入端子與取樣電阻串聯(lián)在電源插頭的兩個(gè)電源接入端之間，構(gòu)成負(fù)載供電回路，取樣電阻的兩端分別連接測(cè)量電路的兩個(gè)電壓信號(hào)輸入端，直流電源電路的兩個(gè)供電電源輸入端分別連接電源插頭的兩個(gè)電源接入端，直流電源電路的高電壓輸出端連接第一校正電路的高電壓輸入端，第一校正電路的校正電壓輸出端連接測(cè)量電路的校正電壓輸入端，直流電源電路的5V穩(wěn)壓電源信號(hào)輸出端連接第二低通濾波電路的供電電源輸入端，第二低通濾波電路的電壓輸出端連接測(cè)量電路的供電電源輸入端，測(cè)量電路的兩個(gè)計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端分別連接第二校正電路的兩個(gè)計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，測(cè)量電路的電能測(cè)量信號(hào)輸出端連接光電隔離電路的電能測(cè)量信號(hào)輸入端，所述光電隔離電路的電能測(cè)量信號(hào)輸出端用于輸出電能測(cè)量結(jié)果信號(hào)。
[0007]本發(fā)明所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路在使用時(shí)，將電源插頭連接220V?50hz交流電源，將待測(cè)用電器連接負(fù)載接入端子，當(dāng)目標(biāo)負(fù)載即待測(cè)用電器在工頻下正常工作時(shí)，與目標(biāo)負(fù)載串聯(lián)的取樣電阻就會(huì)與目標(biāo)負(fù)載流過相同的電流，在已知取樣電阻的阻值的情況下，能夠得到用來測(cè)量待測(cè)用電器用電量的采樣電壓，所述電壓輸入到測(cè)量電路的兩個(gè)電壓信號(hào)輸入端，測(cè)量電路根據(jù)采樣電壓計(jì)算得到待測(cè)用電器的用電量，并通過光電隔離電路輸出。直流電源電路基于電容分壓器網(wǎng)絡(luò)使用簡(jiǎn)單的低成本電源。大部分線路電壓在第十二電容兩端都會(huì)發(fā)生壓降，第十二電容為金屬化聚酯薄膜電容，該電容的阻抗決定了電源的有效VA額定值，本實(shí)施方式中的直流電源電路采用感抗阻抗同時(shí)分壓，有效地減小了功率損耗，被分壓之后的電信號(hào)經(jīng)過半橋式整形電路和低通濾波的處理，形成了 7?12V的不穩(wěn)定的電壓，最后經(jīng)過穩(wěn)壓芯片形成符合應(yīng)用的5V穩(wěn)壓電源，該5V穩(wěn)壓電源將為整個(gè)電路供電?，F(xiàn)有產(chǎn)品相比，本發(fā)明所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路體積減小至少70%，功率減小至少36%，精度達(dá)到0.8級(jí)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為實(shí)施方式一所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路的電路圖；
[0009]圖2為實(shí)施方式四中的顯示電路的電路圖；
[0010]圖3為實(shí)施方式六中的選擇電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路包括電源插頭1、負(fù)載接入端子2、直流電源電路3、第一校正電路4、第二低通濾波電路5、測(cè)量電路6、第二校正電路7、取樣電阻RO和光電隔離電路8 ；
[0012]所述負(fù)載接入端子2與取樣電阻RO串聯(lián)在電源插頭I的兩個(gè)電源接入端之間，構(gòu)成負(fù)載供電回路，取樣電阻RO的兩端分別連接測(cè)量電路6的兩個(gè)電壓信號(hào)輸入端，直流電源電路3的兩個(gè)供電電源輸入端分別連接電源插頭I的兩個(gè)電源接入端，直流電源電路3的高電壓輸出端連接第一校正電路4的高電壓輸入端,第一校正電路4的校正電壓輸出端連接測(cè)量電路6的校正電壓輸入端，直流電源電路3的5V穩(wěn)壓電源信號(hào)輸出端連接第二低通濾波電路5的供電電源輸入端，第二低通濾波電路5的電壓輸出端連接測(cè)量電路6的供電電源輸入端，測(cè)量電路6的兩個(gè)計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端分別連接第二校正電路7的兩個(gè)計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，測(cè)量電路6的電能測(cè)量信號(hào)輸出端連接光電隔離電路8的電能測(cè)量信號(hào)輸入端，所述光電隔離電路8的電能測(cè)量信號(hào)輸出端用于輸出電能測(cè)量結(jié)果信號(hào)。
[0013]本實(shí)施方式所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路在使用時(shí)，將電源插頭I連接220V?50hz交流電源，將待測(cè)用電器連接負(fù)載接入端子2，當(dāng)目標(biāo)負(fù)載即待測(cè)用電器在工頻下正常工作時(shí)，與目標(biāo)負(fù)載串聯(lián)的取樣電阻RO就會(huì)與目標(biāo)負(fù)載流過相同的電流，在已知取樣電阻RO的阻值的情況下，能夠得到用來測(cè)量待測(cè)用電器用電量的采樣電壓，所述電壓輸入到測(cè)量電路6的兩個(gè)電壓信號(hào)輸入端，測(cè)量電路6根據(jù)采樣電壓計(jì)算得到待測(cè)用電器的用電量，并通過光電隔離電路8輸出。直流電源電路3基于電容分壓器網(wǎng)絡(luò)使用簡(jiǎn)單的低成本電源。大部分線路電壓在第十二電容C12兩端都會(huì)發(fā)生壓降，第十二電容C12為金屬化聚酯薄膜電容，該電容的阻抗決定了電源的有效VA額定值，本實(shí)施方式中的直流電源電路3采用感抗阻抗同時(shí)分壓，有效地減小了功率損耗，被分壓之后的電信號(hào)經(jīng)過半橋式整形電路和低通濾波的處理，形成了 7?12V的不穩(wěn)定的電壓，最后經(jīng)過穩(wěn)壓芯片形成符合應(yīng)用的5V穩(wěn)壓電源，該5V穩(wěn)壓電源將為整個(gè)電路供電。
[0014]本實(shí)施方式所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路利用優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)，整合了數(shù)據(jù)采集，集成了必要的外圍電路，使用電器在更安全的使用情況下變得更輕便，精度更高，特別適合于單個(gè)家用電器的用電情況的測(cè)量，在物聯(lián)網(wǎng)和智能家居的大趨勢(shì)下，可以預(yù)見在結(jié)合了本發(fā)明，將會(huì)輕松的掌握家中所有用電器的使用情況，前景極其廣闊。
[0015]表1與現(xiàn)有產(chǎn)品的性能對(duì)比表
【權(quán)利要求】
1.基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路，其特征在于:它包括電源插頭(I)、負(fù)載接入端子(2)、直流電源電路(3)、第一校正電路(4)、第二低通濾波電路(5)、測(cè)量電路(6)、第二校正電路(7)、取樣電阻(RO)和光電隔離電路(8)； 所述負(fù)載接入端子(2)與取樣電阻(RO)串聯(lián)在電源插頭(I)的兩個(gè)電源接入端之間，構(gòu)成負(fù)載供電回路，取樣電阻(RO)的兩端分別連接測(cè)量電路(6)的兩個(gè)電壓信號(hào)輸入端，直流電源電路(3)的兩個(gè)供電電源輸入端分別連接電源插頭(I)的兩個(gè)電源接入端，直流電源電路(3)的高電壓輸出端連接第一校正電路(4)的高電壓輸入端，第一校正電路(4)的校正電壓輸出端連接測(cè)量電路(6)的校正電壓輸入端，直流電源電路(3)的5V穩(wěn)壓電源信號(hào)輸出端連接第二低通濾波電路(5)的供電電源輸入端，第二低通濾波電路(5)的電壓輸出端連接測(cè)量電路(6)的供電電源輸入端，測(cè)量電路(6)的兩個(gè)計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端分別連接第二校正電路(7)的兩個(gè)計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，測(cè)量電路(6)的電能測(cè)量信號(hào)輸出端連接光電隔離電路(8)的電能測(cè)量信號(hào)輸入端，所述光電隔離電路(8)的電能測(cè)量信號(hào)輸出端用于輸出電能測(cè)量結(jié)果信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路，其特征在于:所述的測(cè)量電路(6)采用ADE7757電能測(cè)量集成芯片實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路，其特征在于:所述的測(cè)量電路(6)包括ADE7757電能測(cè)量集成芯片、第一電阻(R1)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、第七電阻(R7)、第八電阻(R8)、第五電容(C5)、第七電容(C7)、第八電容(C8)、第九電容(C9)和第十電容(ClO)； 所述ADE7757電能測(cè)量集成芯片的VDO引腳為測(cè)量電路(6)的供電電源輸入端，ADE7757電能測(cè)量集成芯片的V2P引腳為測(cè)量電路(6)的校正電壓輸入端；ADE7757電能測(cè)量集成芯片的V2N引腳同時(shí)連接第五電阻(R5)的一端和第五電容(C5)的一端,所述第五電阻(R5)的另一端和第五電容(C5)的另一端均接地；ADE7757電能測(cè)量集成芯片的VlN引腳同時(shí)連接第七電阻(R7)的一端和第九電容(C9)的一端，所述第七電阻(R7)的另一端連接取樣電阻(RO)的一端，第九電容(C9)的另一端接地；ADE7757電能測(cè)量集成芯片的VlP引腳同時(shí)連接第八電阻(R8)的一端`和第十電容(ClO)的一端，所述第八電阻(R8)的另一端連接取樣電阻(RO)的另一端，第十電容(ClO)的另一端接地；ADE7757電能測(cè)量集成芯片的AGND引腳接地；ADE7757電能測(cè)量集成芯片的REF引腳同時(shí)連接第七電容(C7)的一端和第八電容(C8)的一端，所述第七電容(C7)的另一端和第八電容(C8)的另一端接地；ADE7757電能測(cè)量集成芯片的Fl引腳連接第一電阻(Rl)的一端，ADE7757電能測(cè)量集成芯片的F2引腳連接第三電阻(R3)的一端，第一電阻(Rl)的另一端和第三電阻(R3)的另一端為測(cè)量電路(6)的兩個(gè)計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端；ADE7757電能測(cè)量集成芯片的CF引腳連接第四電阻(R4)的一端，所述第四電阻(R4)的另一端為測(cè)量電路(6)的電能測(cè)量信號(hào)輸出端；ADE7757電能測(cè)量集成芯片的RCLKIN引腳連接第六電阻(R6)的一端，所述第六電阻(R6)的另一端接地；ADE7757電能測(cè)量集成芯片的SCF引腳、SO引腳和SI引腳為測(cè)量電路(6)的三個(gè)選擇信號(hào)端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路，其特征在于:它還包括顯示電路(9)，所述顯示電路(9)包括單片機(jī)電路(9 -1)、功率放大電路(9 - 2)和LED數(shù)碼管(9 - 3)，所述單片機(jī)電路(9 -1)的電能測(cè)量信號(hào)輸入端連接光電隔離電路(8)的電能測(cè)量信號(hào)輸出端，單片機(jī)電路(9 -1)的電能測(cè)量信號(hào)輸出端通過功率放大電路(9 - 2)連接LED數(shù)碼管(9 - 3)的數(shù)碼顯示控制信號(hào)輸入端，單片機(jī)電路(9 -1)的數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接LED數(shù)碼管(9 - 3)的數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路，其特征在于:所述的單片機(jī)電路(9 一 I)采用89C51R)20型單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路，其特征在于:它還包括選擇電路(10)，所述選擇電路(10)包括三個(gè)單刀雙擲開關(guān)，每個(gè)單刀雙擲開關(guān)的一個(gè)不動(dòng)端接地，另一個(gè)不動(dòng)端連接直流電源電路(3)的5V穩(wěn)壓電源信號(hào)輸出端，三個(gè)單刀雙擲開關(guān)的動(dòng)端分別連接測(cè)量電路(6)的三個(gè)選擇信號(hào)端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路，其特征在于:所述的取樣電阻(RO)的阻值小于I歐姆。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電能測(cè)量芯片的電能測(cè)量電路，其特征在于:所述的測(cè)量電路(6)的電能測(cè)量信號(hào)輸出端與光電隔離電路(8)的電能測(cè)量信號(hào)輸入端之間串聯(lián)發(fā)光二極 管(LEDO)。
【文檔編號(hào)】G01R22/10GK103852636SQ201410116385
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】劉宇維, 龐博升, 鄧中祚, 陳興林, 陳宇青, 劉帥, 聶文田 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)