一种基于IR46标准的单相电能计量芯片和智能物联表制造技术

本发明专利技术提出了一种基于IR46标准的单相电能计量芯片和智能物联表，所述单相电能计量芯片包括电流电压信号采集和校正单元、全波测量和计量单元、谐波测量和计量单元、原始采样数据处理单元、端子测温单元、通信接口、能量输出接口和原始波形数据输出口，电流电压信号采集和校正单元用于对电压电流信号进行模数转换以及相位和增益校正；全波测量和计量单元用于获得全波数据，谐波测量和计量单元用于获得谐波数据，原始波形数据处理单元用于获得原始波形数据，端子测温单元用于获得端子测温数据。该单相电能计量芯片解决了电气隔离和模块之间连接可靠的问题，降低下一代智能物联表的开发和生产成本。发和生产成本。发和生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于IR46标准的单相电能计量芯片和智能物联表


[0001]本专利技术属于电力领域，尤其涉及一种基于IR46标准的单相电能计量芯片和智能物联表。

技术介绍

[0002]新一代单相智能物联电能表采用了多模块设计，主要包括计量芯模块和管理芯模块，其中计量芯模块主要负责电能的计量，管理芯模块负责数据处理和其他业务，两个模块之间有大量数据的交互。且需要进行电气隔离。由于目前市面上没有一款满足要求的单相计量芯片，计量芯模块只能采用单相计量SOC(System on Chip，系统级芯片)芯片，即带计量模块的MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)来实现，这种实现方式的计量芯模块和管理芯模块之间的接口较多且功能复杂，管理芯模块和计量芯模块之间数据交换频繁，因此一直面临着电气隔离和模块之间连接可靠的问题。
[0003]IR46：International Recommendation 46，有功电能表国际建议。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于IR46标准的单相电能计量芯片和智能物联表。
[0005]为了解决上述技术问题，第一方面，公开了一种基于IR46标准的单相电能计量芯片，包括电流电压信号采集和校正单元、全波测量和计量单元、谐波测量和计量单元、原始波形数据处理单元、端子测温单元、通信接口、能量输出接口和原始波形数据输出口，
[0006]所述电流电压信号采集和校正单元，用于对电压信号和电流信号进行模数转换，对模数转换后的信号进行相位和增益校正，获得电压信号校正后数据和电流信号校正后数据；
[0007]所述全波测量和计量单元，用于根据电压信号校正后数据和电流信号校正后数据，计算获得全波数据，所述全波数据包括全波有效值、全波功率、电网频率、功率因数和全波能量数据；
[0008]所述谐波测量和计量单元，用于根据电压信号校正后数据和电流信号校正后数据，计算获得谐波数据，所述谐波数据包括谐波有效值、谐波功率和谐波能量数据；
[0009]所述原始波形数据处理单元，用于对电压信号校正后数据和/或电流信号校正后数据进行处理，获得波形数据；
[0010]所述端子测温单元，包括测温信号采集和校正，用于对电能表四个接线端子温度的测量和监测，获得端子测温数据；
[0011]所述通信接口，用于和计量主控芯片之间的通信，计量主控芯片通过该通信接口控制所述单相电能计量芯片，并读取全波数据、谐波数据和端子测温数据；
[0012]所述能量输出接口，用于输出全波能量数据和谐波能量数据；
[0013]所述原始波形数据输出口，用于输出波形数据，采用主动输出模式。
[0014]结合第一方面，可选地，所述电流信号包括火线电流信号和零线电流信号，电流电压信号采集和校正单元包括第一采集和校正子单元、第二采集和校正子单元和第三采集和校正子单元，
[0015]所述第一采集和校正子单元，包括第一模数转换器和电压信号通道，第一模数转换器用于对电压信号进行模数转换，获得电压数字信号；电压信号通道用于对电压数字信号进行相位和增益校正，获得电压信号校正后数据；
[0016]所述第二采集和校正子单元和第三采集和校正子单元，均包括第一模数转换器、数字积分器和电流信号通道，所述电流信号通道和电压信号通道结构相同；
[0017]考虑到电压和电流信号的采样同步，因此需要三路完全独立的第一模数转换器对电压、电流信号进行采样。
[0018]第二采集和校正子单元输入火线电流信号，输出火线电流信号校正后数据；第三采集和校正子单元输入零线电流信号，输出零线电流信号校正后数据；对火线和零线电流信号分开进行相角和增益校正，校正分辨率能够达到万分之一。当火线电流信号和零线电流信号通过罗氏线圈采样获得，数字积分器开启；当火线电流信号和零线电流信号通过其他方式，如电阻和电流互感器等获得，数字积分器关闭。校正后数据包括对应信号的直流分量平均值、未经高通数据、经高通数据、非同步采样数据和同步采样数据，所述非同步采样数据和同步采样数据以DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)方式输出。
[0019]对应信号的未经高通数据、经高通数据、非同步采样数据和同步采样数据可以用于全波测量和计量单元、谐波测量和计量单元进行有效值、功率和能量等的计算；非同步采样数据和同步采样数据还需要输出给计量主控芯片、管理芯模块主控芯片、扩展模块1主控芯片和扩展模块2主控芯片，这些主控芯片会用来做一些自己的运算，通过DMA输出能保证数据的实时性。
[0020]结合第一方面，可选地，所述电压信号通道包括计量校正电路，所述计量校正电路包括相位校正电路、降采样电路、低通滤波器、高通滤波器、直流自动补偿电路、第一运算器、增益校正电路和第一选择器，
[0021]所述相位校正电路，用于对所述电压数字信号进行计量相位校正，获得计量相位校正数据；
[0022]所述降采样电路，用于对所述计量相位校正数据进行降采样处理，获得降采样数据；
[0023]所述低通滤波器，用于对所述降采样数据进行低通滤波，获得电压信号直流分量平均值；
[0024]所述直流自动补偿电路，用于对电压信号直流分量平均值进行直流补偿，获得直流补偿后数据；当直流自动补偿电路关闭时，直流补偿后数据为零；
[0025]所述第一运算器，用于降采样数据减去直流补偿后数据，获得第一运算值；
[0026]所述高通滤波器，用于对所述降采样数据进行高通滤波，获得第二交流分量值；
[0027]所述增益校正电路，用于分别对第一运算值和第二交流分量值进行计量增益校正，第一运算值经过增益校正电路后，获得电压信号未经高通数据；第二交流分量值经过增益校正电路后，获得电压信号经高通数据；
[0028]所述第一选择器，用于选择电压信号未经高通数据或者电压信号经高通数据，从
而获得电压信号非同步采样数据。
[0029]结合第一方面，可选地，所述电压信号通道还包括波形校正电路，所述波形校正电路包括相位校正电路、同步采样电路、第二运算器和增益校正电路，
[0030]所述相位校正电路，还用于对所述电压数字信号进行波形相位校正，获得波形相位校正数据；
[0031]所述同步采样电路，用于对所述波形相位校正数据进行同步采样，获得同步采样数据；
[0032]将传统的误差校正从传统的对有效值、功率单独校正改到对第一模数转换器采样的原始数据进行校正，这样的好处：a)校正更加简单，b)传给管理芯模块和其他模块的原始波形数据无需再进行校正。
[0033]所述第二运算器，用于同步采样数据减去直流补偿后数据，获得第三运算值，
[0034]所述增益校正电路，还用于对所述第三运算值进行波形增益校正，获得电压信号同步采样数据。
[0035]结合第一方面，可选地，所述谐波有效值包括M分次谐波和总谐波电流和电压有效值，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于IR46标准的单相电能计量芯片，其特征在于，包括电流电压信号采集和校正单元、全波测量和计量单元、谐波测量和计量单元、原始波形数据处理单元、端子测温单元、通信接口、能量输出接口和原始波形数据输出口，所述电流电压信号采集和校正单元，用于对电压信号和电流信号进行模数转换，对模数转换后的信号进行相位和增益校正，获得电压信号校正后数据和电流信号校正后数据；所述全波测量和计量单元，用于根据电压信号校正后数据和电流信号校正后数据，计算获得全波数据，所述全波数据包括全波有效值、全波功率、电网频率、功率因数和全波能量数据；所述谐波测量和计量单元，用于根据电压信号校正后数据和电流信号校正后数据，计算获得谐波数据，所述谐波数据包括谐波有效值、谐波功率和谐波能量数据；所述原始波形数据处理单元，用于对电压信号校正后数据和/或电流信号校正后数据进行处理，获得波形数据；所述端子测温单元，包括测温信号采集和校正，用于对电能表四个接线端子温度的测量和监测，获得端子测温数据；所述通信接口，用于和计量主控芯片之间的通信，计量主控芯片通过该通信接口控制所述单相电能计量芯片，并读取全波数据、谐波数据和端子测温数据；所述能量输出接口，用于输出全波能量数据和谐波能量数据；所述原始波形数据输出口，用于输出波形数据，采用主动输出模式。2.根据权利要求1所述的一种基于IR46标准的单相电能计量芯片，其特征在于，所述电流信号包括火线电流信号和零线电流信号，电流电压信号采集和校正单元包括第一采集和校正子单元、第二采集和校正子单元和第三采集和校正子单元，所述第一采集和校正子单元，包括第一模数转换器和电压信号通道，第一模数转换器用于对电压信号进行模数转换，获得电压数字信号；电压信号通道用于对电压数字信号进行相位和增益校正，获得电压信号校正后数据；所述第二采集和校正子单元和第三采集和校正子单元，均包括第一模数转换器、数字积分器和电流信号通道，所述电流信号通道和电压信号通道结构相同；第二采集和校正子单元输入火线电流信号，输出火线电流信号校正后数据；第三采集和校正子单元输入零线电流信号，输出零线电流信号校正后数据；校正后数据包括对应信号的直流分量平均值、未经高通数据、经高通数据、非同步采样数据和同步采样数据，所述非同步采样数据和同步采样数据以DMA方式输出。3.根据权利要求2所述的一种基于IR46标准的单相电能计量芯片，其特征在于，所述电压信号通道包括计量校正电路，所述计量校正电路包括相位校正电路、降采样电路、低通滤波器(81)、高通滤波器(82)、直流自动补偿电路、第一运算器(83)、增益校正电路和第一选择器(85)，所述相位校正电路，用于对所述电压数字信号进行计量相位校正，获得计量相位校正数据；所述降采样电路，用于对所述计量相位校正数据进行降采样处理，获得降采样数据；所述低通滤波器(81)，用于对所述降采样数据进行低通滤波，获得电压信号直流分量平均值；
所述直流自动补偿电路，用于对电压信号直流分量平均值进行直流补偿，获得直流补偿后数据；当直流自动补偿电路关闭时，直流补偿后数据为零；所述第一运算器(83)，用于降采样数据减去直流补偿后数据，获得第一运算值；所述高通滤波器(82)，用于对所述降采样数据进行高通滤波，获得第二交流分量值；所述增益校正电路，用于分别对第一运算值和第二交流分量值进行计量增益校正，第一运算值经过增益校正电路后，获得电压信号未经高通数据；第二交流分量值经过增益校正电路后，获得电压信号经高通数据；所述第一选择器(85)，用于选择电压信号未经高通数据或者电压信号经高通数据，从而获得电压信号非同步采样数据。4.根据权利要求3所述的一种基于IR46标准的单相电能计量芯片，其特征在于，所述电压信号通道还包括波形校正电路，所述波形校正电路包括相位校正电路、同步采样电路、第二运算器(84)和增益校正电路，所述相位校正电路，还用于对所述电压数字信号进行波形相位校正，获得波形相位校正数据；所述同步采样电路，用于对所述波形相位校正数据进行同步采样，获得同步采样数据；所述第二运算器(84)，用于同步采样数据减去直流补偿后数据，获得第三运算值，所述增益校正电路，还用于对所述第三运算值进行波形增益校正，获得电压信号同步采样数据。5.根据权利要求4所述的一种基于IR46标准的单相电能计量芯片，其特征在于，所述谐波有效值包括M分次谐波和总谐波电流和电压有效值，所述谐波功率包括M分次谐波和总谐波有功和无功功率，所述谐波能量数据包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈波，林玲，
申请(专利权)人：杭州万高科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：