一种符合IR46标准的电能表及其模拟前端制造技术

本发明专利技术公开了一种符合IR46标准的电能表的模拟前端，包括：用于采集电压信号以及电流信号的采样电路；输入端与采样电路连接的抗混叠滤波器；输入端与抗混叠滤波器的输出端连接，输出端与电能表的控制单元连接，用于进行模数转换以及数字信号处理的计量芯片主体；输入端与计量芯片主体中的PGA连接，输出端与计量芯片主体中的ADC连接的巴特沃斯滤波器；其中，当电能表为单相表时，巴特沃斯滤波器为8‑10阶，当电能表为三相表时，巴特沃斯滤波器为9‑11阶。由于巴特滤波器的上述阶数设置，使得电能表的模拟前端符合IR46的标准。本申请的方案还提供了一种符合IR46标准的电能表，具有相应技术效果。

An electric energy meter with IR46 standard and its analog front end

The invention discloses an analog front-end of an electric energy meter conforming to the IR46 standard, which comprises: a sampling circuit for collecting voltage signals and current signals; an anti-aliasing filter connected between the input and the sampling circuit; an output terminal of the input and the anti-aliasing filter; and an output terminal connected with the control unit of the electric energy meter for entering. The main body of the metering chip for analog-to-digital conversion and digital signal processing; the input end is connected with the PGA in the main body of the metering chip, and the output end is connected with the Butterworth filter of the ADC in the main body of the metering chip; among them, when the watt-hour meter is a single-phase meter, the Butterworth filter is 8_10, and when the watt-hour meter is a three-phase meter, Butterworth filter is 8_10. The filter is 9 order 11. Because of the above order setting of Bart filter, the analog front end of the power meter meets the IR46 standard. The scheme of this application also provides a kind of electric energy meter that accords with the IR46 standard, and has the corresponding technical effect.

【技术实现步骤摘要】
一种符合IR46标准的电能表及其模拟前端
本专利技术涉及电能计量
，特别是涉及一种符合IR46标准的电能表及其模拟前端。
技术介绍
国际法制计量组织于2012年公布了有功电能表推荐标准R46-1-2/3系列标准，本申请中简称为IR46标准，该标准对电能表的高次谐波计量能力提出了新的要求，对于单相表，要求电压和电流计量回路要能够通过15-40次谐波由低至高以及由高至低的电压和电流回路叠加试验，而此前使用的旧国标GB/T17215系列标准，仅要求通过5次谐波叠加试验。电能表的模拟前端包含了电压和电流的信号采样，滤波，模数转换以及数字信号的处理等功能，模数转换以及数字信号的处理通常会集成在计量芯片中。图1所示的是现有技术中的计量芯片的基本结构示意图，该计量芯片的输入端用于接收电压和电流的采样信号，该计量芯片将ADC(Analog-to-DigitalConverter，模/数转换器)以及DSP(DigitalSignalProcessing，数字信号处理)等功能模块进行了集成，部分计量芯片中会设计基于ADC的梳状滤波器，计量芯片的输出端则用于连接电能表的控制单元，包括电能表的MCU(MicrocontrollerUnit，微控制单元)以及显示电路等。要使得电能表符合IR46标准，则需要重新设计电能表的模拟前端，使得新的模拟前端符合该标准的要求。综上所述，设计一种符合IR46标准的模拟前端，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种符合IR46标准的电能表及其模拟前端。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种符合IR46标准的电能表的模拟前端，包括：用于采集电压信号以及电流信号的采样电路；输入端与所述采样电路连接的抗混叠滤波器；输入端与所述抗混叠滤波器的输出端连接，输出端与电能表的控制单元连接，用于进行模数转换以及数字信号处理的计量芯片主体；输入端与所述计量芯片主体中的可编程增益放大器PGA连接，输出端与所述计量芯片主体中的模数转换器ADC连接的巴特沃斯滤波器；其中，当所述电能表为单相电能表时，所述巴特沃斯滤波器为8-10阶的巴特沃斯滤波器，当所述电能表为三相电能表时，所述巴特沃斯滤波器为9-11阶的巴特沃斯滤波器。优选的，当所述电能表为单相电能表时，所述计量芯片主体为其中的所述ADC的采样速率高于7.54ksps的计量芯片主体；当所述电能表为三相电能表时，所述计量芯片主体为其中的所述ADC的采样速率高于12ksps的计量芯片主体。优选的，当所述电能表为单相电能表时，所述计量芯片主体为其中的所述ADC的采样速率为7.6ksps-8.2ksps的计量芯片主体；当所述电能表为三相电能表时，所述计量芯片主体为其中的所述ADC的采样速率为12ksps-16ksps的计量芯片主体。优选的，当所述电能表为单相电能表时，所述计量芯片主体为其中的所述ADC为HC-49S型、工作频率为4.032MHz、采样速率为7875sps，或者为HC-49S型、工作频率为4.14MHz、采样速率为8086sps，或者为HC-49S型、工作频率为4.1952MHz、采样速率为8193sps的计量芯片主体；当所述电能表为三相电能表时，所述计量芯片主体为其中的所述ADC为HC-49S型、工作频率为13.1072MHz、采样速率为12.8ksps，或者为HC-49S型、工作频率为16.3840MHz、采样速率为16ksps的计量芯片主体。优选的，所述抗混叠滤波器为无源RC滤波器。优选的，当所述电能表为单相电能表时，所述无源RC滤波器为截止频率大于31.2khz的滤波器；当所述电能表为三相电能表时，所述无源RC滤波器为截止频率大于62.5khz的滤波器。优选的，当所述电能表为单相电能表时，所述无源RC滤波器为其中的滤波电阻为1.0kΩ±1％50ppm/℃、滤波电容为4.7nF，或者其中的滤波电阻为1.1kΩ±1％50ppm/℃、滤波电容为4.7nF，或者其中的滤波电阻为100Ω±1％50ppm/℃、滤波电容为47nF，或者其中的滤波电阻为110Ω±1％50ppm/℃、滤波电容为47nF的滤波器；当所述电能表为三相电能表时，所述无源RC滤波器为其中的滤波电阻为1.0kΩ±1％50ppm/℃、滤波电容为2.2nF，或者其中的滤波电阻为1.1kΩ±1％50ppm/℃、滤波电容为2.2nF，或者其中的滤波电阻为100Ω±1％50ppm/℃、滤波电容为22nF，或者其中的滤波电阻为110Ω±1％50ppm/℃、滤波电容为22nF的滤波器。优选的，当所述电能表为单相电能表时，所述采样电路包括电压采样电路，火线电流的锰铜采样电路以及零线电流的互感器采样电路；当所述电能表为三相电能表时，所述采样电路包括电压采样电路，电流的互感器采样电路。优选的，当所述电能表为单相电能表时，所述锰铜采样电路包括锰铜分流器以及第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述锰铜分流器的第一输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述锰铜分流器的第二输入端连接。一种符合IR46标准的电能表，包括上述任一项所述的符合IR46标准的电能表的模拟前端。应用本专利技术所提供的技术方案，包括：用于采集电压信号以及电流信号的采样电路；输入端与采样电路连接的抗混叠滤波器；输入端与抗混叠滤波器的输出端连接，输出端与电能表的控制单元连接，用于进行模数转换以及数字信号处理的计量芯片主体；输入端与计量芯片主体中的可编程增益放大器PGA连接，输出端与计量芯片主体中的模数转换器ADC连接的巴特沃斯滤波器；其中，当电能表为单相电能表时，巴特沃斯滤波器为8-10阶的巴特沃斯滤波器，当电能表为三相电能表时，巴特沃斯滤波器为9-11阶的巴特沃斯滤波器。本申请的方案中，将巴特沃斯滤波器的输入端与计量芯片主体中的PGA连接，输出端与计量芯片主体中的ADC连接，以通过巴特沃斯滤波器进行滤波，由于当电能表为单相电能表时，巴特沃斯滤波器为8-10阶的巴特沃斯滤波器，可以使得电压和电流的15-40次谐波无衰减地通过，使得该模拟前端满足IR46的标准，相应的，当电能表为三相电能表时，巴特沃斯滤波器为9-11阶的巴特沃斯滤波器，使得该三相电能表的模拟前端符合IR46的标准。因此，本申请提供的电能表的模拟前端符合IR46标准。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。图1为现有技术中的计量芯片的结构示意图；图2为本专利技术中符合IR46标准的电能表的模拟前端的一种结构示意图；图3为本专利技术一种具体实施方式中单相表的计量芯片主体与巴特沃斯滤波器的连接结构示意图；图4为带通滤波器的信号带宽示意图；图5为本专利技术中巴特沃斯滤波器的等效电路原理图；图6为本专利技术中不同阶数的巴特沃斯滤波器的频率响应特征曲线；图7为本专利技术一种具体实施方式中三相表的计量芯片主体与巴特沃斯滤波器的连接结构示意图；图8为无源RC滤波器的频率响应特征曲线；图9为本专利技术一种具体实施方式中电压采样电路的结构示意图；图10为本专利技术一种具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种符合IR46标准的电能表的模拟前端，其特征在于，包括：用于采集电压信号以及电流信号的采样电路；输入端与所述采样电路连接的抗混叠滤波器；输入端与所述抗混叠滤波器的输出端连接，输出端与电能表的控制单元连接，用于进行模数转换以及数字信号处理的计量芯片主体；输入端与所述计量芯片主体中的可编程增益放大器PGA连接，输出端与所述计量芯片主体中的模数转换器ADC连接的巴特沃斯滤波器；其中，当所述电能表为单相电能表时，所述巴特沃斯滤波器为8‑10阶的巴特沃斯滤波器，当所述电能表为三相电能表时，所述巴特沃斯滤波器为9‑11阶的巴特沃斯滤波器。

【技术特征摘要】
1.一种符合IR46标准的电能表的模拟前端，其特征在于，包括：用于采集电压信号以及电流信号的采样电路；输入端与所述采样电路连接的抗混叠滤波器；输入端与所述抗混叠滤波器的输出端连接，输出端与电能表的控制单元连接，用于进行模数转换以及数字信号处理的计量芯片主体；输入端与所述计量芯片主体中的可编程增益放大器PGA连接，输出端与所述计量芯片主体中的模数转换器ADC连接的巴特沃斯滤波器；其中，当所述电能表为单相电能表时，所述巴特沃斯滤波器为8-10阶的巴特沃斯滤波器，当所述电能表为三相电能表时，所述巴特沃斯滤波器为9-11阶的巴特沃斯滤波器。2.根据权利要求1所述的符合IR46标准的电能表的模拟前端，其特征在于，当所述电能表为单相电能表时，所述计量芯片主体为其中的所述ADC的采样速率高于7.54ksps的计量芯片主体；当所述电能表为三相电能表时，所述计量芯片主体为其中的所述ADC的采样速率高于12ksps的计量芯片主体。3.根据权利要求2所述的符合IR46标准的电能表的模拟前端，其特征在于，当所述电能表为单相电能表时，所述计量芯片主体为其中的所述ADC的采样速率为7.6ksps-8.2ksps的计量芯片主体；当所述电能表为三相电能表时，所述计量芯片主体为其中的所述ADC的采样速率为12ksps-16ksps的计量芯片主体。4.根据权利要求3所述的符合IR46标准的电能表的模拟前端，其特征在于，当所述电能表为单相电能表时，所述计量芯片主体为其中的所述ADC为HC-49S型、工作频率为4.032MHz、采样速率为7875sps，或者为HC-49S型、工作频率为4.14MHz、采样速率为8086sps，或者为HC-49S型、工作频率为4.1952MHz、采样速率为8193sps的计量芯片主体；当所述电能表为三相电能表时，所述计量芯片主体为其中的所述ADC为HC-49S型、工作频率为13.1072MHz、采样速率为12.8ksps，或者为HC-49S型、工作频率为16.3840MHz、采样速率为16ksps的计量芯片主体。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乐平，肖勇，胡珊珊，王吉，罗鸿轩，尹家悦，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司，中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，
类型：发明
国别省市：广东,44