一种电流采样电路及电能表制造技术

本发明专利技术涉及一种电流采样电路及电能表，属于直流计量领域，采用运算放大器和差分放大电路以及MOS切换电路搭建了一个适用于分流器内置式的直流电流采样电路。该电路在不改变原有总体计量方案和产品方案的基础上，允许分流器安装在直流电能表内部，并利用精密的乘法放大器，保证在降低分流器阻值的情况下，尽可能小的改变电流采样电路输入到计量芯片上的电流采样值，以兼容解决分流器内置造成的直流电能表温升问题和电流采样值降低的问题。表温升问题和电流采样值降低的问题。表温升问题和电流采样值降低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电流采样电路及电能表


[0001]本专利技术涉及一种电流采样电路及电能表，属于直流计量领域。

技术介绍

[0002]随着直流配电技术的发展，对直流计量的需求越来越大。目前直流电能表适用于直流充电桩、电池、光伏发电等直流信号设备电量测量和电能计量装置，亦可用于工矿企业、民用建筑、楼宇自动化等现代供配直流电系统。目前直流电能表更多的是采用外置式分流器进行电流采样，配套的分流器可看作一个高精度的电阻器（一般为几百μΩ），将流过的电流信号转换成对应的电压信号。随着直流计量使用设备的小型化发展，整个直流计量模组（直流表+分流器）也需要小型化，由于直流表结构尺寸是按照现有标准（国网企标）型式执行，结构尺寸固定，能小型化的只有外部安装的分流器。
[0003]常规外置式分流器与直流电能表的配合接线如图1所示，分流器串接在被测电源上，将采样得到的信号传送给直流电能表的端子1和端子2上，如下图2
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1和图2
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2，分流器采样信号通过端子1和端子2传输到直流电能表内部电路上，电气网络标识记作IIN+/GNDD，如图3所示。为提高直流电能表在
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40℃~70℃全温度范围内的计量精度，直流表内部电路采用电流采样切换电路，将直流电流信号切换成50Hz的差分脉冲信号IO+/IO
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后将信号输入到计量芯片上进行计量，并打开计量芯片内部的高通滤波器，滤除直流信号中的直流分量成分。DVDD为切换电路的供电电源，50Hz信号为电能表内部由MCU产生的方波信号。
[0004]直流计量模组（直流表+分流器）小型化设计之后，分流器安装在直流电能表壳体内部，将被测电源的电源线直接引入到直流电能表的端子1和端子2上，分流器在内部完成电流采样，并将采样后的信号传输到直流电能表处理电路中。若配套的分流器规格不变，在60A规格下分流器自身功耗为 4.5W,在100A规格下分流器自身功耗为 7.5W, 在200A规格下分流器自身功耗为 15W, 在300A规格下分流器自身功耗为 22.5W,且由于直流电能表壳体较为密闭，散热性能差，分流器功耗产生的温升会影响到整个直流电能表电路的工作温度，降低电表使用寿命。另若为降低分流器功耗选用较小阻值分流器时，采样得到的电流信号值也会降低，此时连接线、电路板上引入的干扰信号比例增加，影响直流电能表的计量精度尤其是小电流时的计量精度。以300A为例，当阻值由375μΩ降低至50μΩ，额定采样值由75mV降低至15mV，在0.01倍额定电流条件下采样值仅为150μV，线路上的干扰信号影响比重也随之升高。为解决上述问题，本专利技术考虑设计一款既能降低分流器功耗，又不影响计量精度的电流采样电路。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种电流采样电路及电能表，为解决当检测的电流较小时内置式分流表检测精度低的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案包括：本专利技术的电流采样电路包括选配电路、电流采样信号放大电路和电流采样切换电
路；选配电路的输入端和电流采样信号放大电路的输入端用于切换连接分流器的输出端；选配电路的输出端和电流采样信号放大电路的输出端均连接电流采样切换电路的输入端，电流采样切换电路的输出端用于连接计量芯片，用于将直流电流信号切换成脉冲信号输入至计量芯片；若分流器输出的电流采样信号小于或等于第一设定阈值时，选配电路的输入端用于连接至分流器的输出端；若分流器输出的电流采样信号大于第一设定阈值，电流采样信号放大电路的输入端用于连接至分流器的输出端。
[0007]有益效果为：本专利技术的电流采样电路利用选配电路和电流采样信号放大电路，保证在电流采样信号降低的情况下，并利用电流采样信号放大电路中精密的放大器，尽可能小的改变电流采样电路输入到计量芯片上的电流采样信号值，以兼容解决分流器内置造成的直流电能表温升问题和电流采样值降低的问题。
[0008]进一步地，电流采样信号放大电路为差分放大电路。
[0009]有益效果为：增设差分放大电路，放大至和分流器输入端电流采样信号一致，尽可能小的改变电流采样电路输入到计量芯片上的电流采样信号值，解决了当电流过小时内置式分流表精度低的问题。
[0010]进一步地，差分放大电路包括运算放大器和瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管设置在分流器输出端和地之间；运算放大器的同向输入端通过第一差分电阻接地，第一差分电阻两端并联有第一电容并联；运算放大器的同向输入端还通过第二差分电阻连接分流器输出端；运算放大器的反向输入端通过第三差分电阻接地，运算放大器的同向输入端还通过第四差分电阻连接至运算放大器的输出端，第四差分电阻两端并联有第二电容；运算放大器的输出端连接电流采样信号放大电路的输入端。
[0011]有益效果为：通过增设电流采样信号放大电路，将由于分流器电阻降低而导致的电流采样变小的信号，放大至和分流器输入端电流采样信号一致，尽可能小的改变电流采样电路输入到计量芯片上的电流采样信号值，解决了当电流过小时内置式分流表精度低的问题。
[0012]进一步地，所述选配电路包括一条用于连接分流器的输出端和电流采样切换电路输入端的支路，所述支路上串设有选配电阻。
[0013]有益效果为：电能表可以根据不同大小电流进行切换电路，当电流小时，切换至选配电路，选配电路支路上串设有选配电阻，通过选配电阻连接至电流采样切换电路。
[0014]本专利技术的电能表包括分流器和计量芯片，分流器设置在电能表壳体内部，还包括选配电路、电流采样信号放大电路和电流采样切换电路；分流器的输出端切换连接选配电路的输入端和电流采样信号放大电路的输入端，选配电路的输出端和电流采样信号放大电路的输出端均连接电流采样切换电路的输入端，电流采样切换电路的输出端连接计量芯片，用于将直流电流信号切换成脉冲信号输入至计量芯片；若分流器输出的电流采样信号小于或等于第一设定阈值时，分流器的输出端连接选配电路的输入端；若分流器输出的电流采样信号大于第一设定阈值，分流器的输出端连接电流采样信号放大电路的输入端。
[0015]有益效果为：本专利技术的电能表允许分流器内置，并利用选配电路、电流采样信号放大电路，保证在电流采样信号降低的情况下，并利用电流采样信号放大电路中精密的放大器，尽可能小的改变电流采样电路输入到计量芯片上的电流采样信号值，以兼容解决分流器内置造成的直流电能表温升问题和电流采样值降低的问题。
[0016]进一步地，电流采样信号放大电路为差分放大电路。
[0017]有益效果为：增设差分放大电路，放大至和分流器输入端电流采样信号一致，尽可能小的改变电流采样电路输入到计量芯片上的电流采样信号值，解决了当电流过小时内置式分流表精度低的问题。
[0018]进一步地，差分放大电路包括运算放大器和瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管设置在分流器输出端和地之间；运算放大器的同向输入端通过第一差分电阻接地，第一差分电阻两端并联有第一电容并联；运算放大器的同向输入端还通过第二差分电阻连接分流器输出端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电流采样电路，其特征在于，包括选配电路、电流采样信号放大电路和电流采样切换电路；选配电路的输入端和电流采样信号放大电路的输入端用于切换连接分流器的输出端；选配电路的输出端和电流采样信号放大电路的输出端均连接电流采样切换电路的输入端，电流采样切换电路的输出端用于连接计量芯片，用于将直流电流信号切换成脉冲信号输入至计量芯片；若分流器输出的电流采样信号小于或等于第一设定阈值时，选配电路的输入端用于连接至分流器的输出端；若分流器输出的电流采样信号大于第一设定阈值，电流采样信号放大电路的输入端用于连接至分流器的输出端。2.根据权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述电流采样信号放大电路为差分放大电路。3.根据权利要求2所述的电流采样电路，其特征在于，所述差分放大电路包括运算放大器和瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管设置在分流器输出端和地之间；运算放大器的同向输入端通过第一差分电阻接地，第一差分电阻两端并联有第一电容并联；运算放大器的同向输入端还通过第二差分电阻连接分流器输出端；运算放大器的反向输入端通过第三差分电阻接地，运算放大器的同向输入端还通过第四差分电阻连接至运算放大器的输出端，第四差分电阻两端并联有第二电容；运算放大器的输出端连接电流采样信号放大电路的输入端。4.根据权利要求1
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3任一项所述的电流采样电路，其特征在于，所述选配电路包括一条用于连接分流器的输出端和电流采样切换电路输入端的支路，所述支路上串设有选配电阻。5.一种电能表，包括分流器和计量芯片，分流器设置在电能表壳体内部，其特征在于，还包括选配电路、电流采样信号放大电路和电流采样切换电路；分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利宁，于振超，张永利，吴国强，董其泉，杨香艳，任晓锋，董静，刘冰，邢军，谭海顺，庄姗，赵法，黄亚娟，王蕾蕾，刘海红，钱洪云，
申请(专利权)人：中电装备山东电子有限公司，
类型：发明
国别省市：