CN203519723U - 宽量程直流电能表 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种宽量程直流电能表，包括通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块、存储模块、SOC芯片、直流电流采样模块、直流电压采样模块和工作电源模块；直流电流采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连接，直流电压采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连，工作电源模块为SOC芯片供电。本实用新型能采集直流电网的电压、电流、功率、电量等信号值；直流电流输入信号支持0~300mV分流器输入，直流电压信号支持0~1200V输入。由于本实用新型采用SOC方案，大幅降低了元器件数量，降低成本，显著提高运行速度及抗干扰能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种直流电能表，特别涉及一种宽量程直流电能表。
背景技术
近几年，太阳能、风电等新能源及电动汽车正处于快速发展期，但是其使用的环境也很复杂：直流电压输入范围从几十伏到千多伏变化，直流电流的分流器毫伏信号从零到几百毫伏变化，工作电源也有220VAC、110VDC等多种，环境干扰也很大。由于市场才兴起且新国家标准也处于起草中，所以新的直流电能表产品也处于起步阶段，现有产品都存在较大缺陷：如直流电压输入只有220V等单一规格，直流电流的毫伏信号只有75mV单一规格，工作电源也只能输入市电220VAC。
此外，现有产品采用的方案为AD芯片+计量芯片+管理芯片，这种方案成本很高，抗干扰性差。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种低成本且高可靠的宽量程直流电能表。
本实用新型提供的这种宽量程直流电能表，包括通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块、存储模块、SOC芯片、直流电流采样模块、直流电压采样模块和工作电源模块；直流电流采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连接，直流电压采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连，工作电源模块为SOC芯片供电，SOC芯片还分别与通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块和存储模块连接。
所述SOC芯片采用单片机。
所述直流电流采样模块包括第一保护支路、一个匹配电阻RA和第一滤波支路；第一保护支路包括一个瞬变抑制器T1，瞬变抑制器T1接于直流电流采样端的两端；匹配电阻RA与瞬变抑制器T1并联接于直流电流采样端的两端；第一滤波支路包括电阻R26、电阻R27、电容C22、电容C20和电容C27，电阻R26接于直流电流采样端的正输入端及其对应直流电流采样输出端之间，电阻R27接于直流电流采样端的负输入端及其对应直流电流采样输出端之间；电容C22和电容C20串联后接于直流电流采样输出端的两端之间，此两电容中间的连接点处接地，电容C27接于直流电流采样输出端的两端之间，该直流电流采样输出端与所述SOC芯片的模拟输入端连接。
所述直流电压采样模块包括第二保护支路、第二降压支路和第二滤波支路；第二保护支路包括压敏电阻RV2、电感LV+和电感LV-，压敏电阻RV2接于直流电压采样端的两端，直流电压采样端的正端再与电感LV+相连，直流电压采样端的负端与电感LV-相连；第二降压支路包括分压电阻RV16和分压电阻R30；第二滤波支路包括电阻R31、电阻R29、电容C25、电容C23和电容C29，第二滤波支路与所述第一滤波支路的电路结构一样；直流电压采样端与第二保护支路相连后，再接入到第二降压支路，第二滤波支路接于第二降压电路和直流电压采样输出端之间，该直流电压采样输出端与所述SOC芯片的模拟输入端连接。
所述工作电源模块采用开关电源电路，其包括一个型号为TNY268的单片式开关电源芯片。
本实用新型具有宽量程、高精度的特点；能采集直流电网的电压、电流、功率、电量等信号值；直流电流输入信号支持0~300mV分流器输入，直流电压信号支持0~1200V输入。由于本实用新型采用SOC方案，大幅降低了元器件数量，减少体积，降低成本，显著提高运行速度及抗干扰能力。
附图说明
图1是本实用新型的功能框图。
图2是本实用新型SOC芯片的一种具体实施方式电路图。
图3是本实用新型的直流电流采样模块的一种具体实施方式电路图。
图4是本实用新型的直流电压采样模块的一种具体实施方式电路图。
图5是本实用新型的工作电源模块的一种具体实施方式电路图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块、存储模块、SOC芯片、直流电流采样模块、直流电压采样模块和工作电源模块。直流电流采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连接，直流电压采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连，工作电源模块为SOC芯片供电，SOC芯片还分别与通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块和存储模块相连。
宽范围直流电压信号（48V、100 V、220 V、400 V、600 V、1000V等多种规格）进入直流电压采样模块、宽范围直流电流信号（0~300mV）进入直流电流采样模块；由直流电压采样模块和直流电流采样模块采集的信号经过保护、降压、滤波处理后送到SOC芯片，由SOC芯片对输入的信号进行AD采样等处理，然后生成校表后的电压、电流、功率、电量、有功脉冲等数据；电量数据实时保存到存储模块中，确保电能表掉电数据不丢失，从而达到对直流电能的计量。有功脉冲通过电量脉冲模块对外输出。
通讯模块支持Modbus和DL/T645通信协议，可以通过通讯设置电能表的各种参数，并抄读正反直流电能、直流电压、直流电流、直流功率等电参数值。本通讯模块可方便的接入其它通讯网络中，组成一个完整的能源监控系统。
按键与显示模块包括液晶屏和按键，可显示电量、电压、电流、功率等各种数据。
开关量模块包括2路开关量输入和2路开关量输出。
变送器模块包括1~4路变送器输出功能（4~20mA、0~20mA、0~24mV、0~5V、0~10V档位任选）。
如图2所示，SOC芯片由单芯片组成，该芯片集成了AD芯片、计量芯片、管理芯片的功能。本实用新型的SOC芯片可采用MSP430427系列单片机芯片。
如图2和图3所示，直流电流采样模块包括第一保护支路、一个匹配电阻RA和第一滤波支路。
第一保护支路包括一个瞬变抑制器T1，瞬变抑制器T1接于直流电流采样端的两端；匹配电阻RA与瞬变抑制器T1并联接于直流电流采样端的两端；第一滤波支路包括电阻R26、电阻R27、电容C22、电容C20和电容C27，电阻R26接于直流电流采样端的正输入端及其对应直流电流采样输出端之间，电阻R27接于直流电流采样端的负输入端及其对应直流电流采样输出端之间；电容C22和电容C20串联后接于直流电流采样输出端的两端之间，此两电容中间的连接点处接地，电容C27接于直流电流采样输出端的两端之间，直流电流采样输出端的正端I+与SOC芯片的4脚连接，该直流电流采样输出端的负端I-与SOC芯片的5脚连接。
直流电流采样模块具备0~300mV的宽范围直流电流信号采集能力。
如图2和图4所示，直流电压采样模块包括第二保护支路、第二降压支路和第二滤波支路。
第二保护支路包括压敏电阻RV2、电感LV+和电感LV-，压敏电阻RV2接于直流电压采样端的两端，直流电压采样端的正端再与电感LV+相连，直流电压采样端的负端与电感LV-相连；第二降压支路包括分压电阻RV16和分压电阻R30；第二滤波支路包括电阻R31、电阻R29、电容C25、电容C23和电容C29，第二滤波支路与第一滤波支路的电路结构一样；直流电压采样端与第二保护支路相连后，再接入到第二降压支路，第二滤波支路接于第二降压电路和直流电压采样输出端之间，直流电压采样输出端的正端V1+与SOC芯片的6脚连接，该直流电压采样输出端的负端V1-与SOC芯片的7脚连接。
直流电压采样模块具备48V、100 V、220 V、400 V、600 V、1000V等多种电压规格的宽范围直流电压信号采集的能力。
直流电流采样模块和直流电压采样模块可以同时工作，也可单独工作。这两个功能模块采集的信号经过保护、降压、滤波处理后传至SOC芯片。
如图5所示，工作电源模块采用开关电源电路，包括一个开关电源，能在40~420V交流电压或直流电源下工作，输出3.3V、5V、12V电压。
工作电源模块可采用型号为TNY268的芯片。
Claims (5)
1.一种宽量程直流电能表，包括通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块和存储模块，其特征在于，还包括SOC芯片、直流电流采样模块、直流电压采样模块和工作电源模块；直流电流采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连接，直流电压采样模块的输出端与SOC芯片的输入端连，工作电源模块为SOC芯片供电，SOC芯片还分别与通讯模块、开关量模块、变送器模块、电量脉冲模块、按键与显示模块和存储模块连接。
2.根据权利要求1所述的宽量程直流电能表，其特征在于，所述SOC芯片采用单片机。
3.根据权利要求1所述的宽量程直流电能表，其特征在于，所述直流电流采样模块包括第一保护支路、一个匹配电阻RA和第一滤波支路；第一保护支路包括一个瞬变抑制器T1，瞬变抑制器T1接于直流电流采样端的两端；匹配电阻RA与瞬变抑制器T1并联接于直流电流采样端的两端；第一滤波支路包括电阻R26、电阻R27、电容C22、电容C20和电容C27，电阻R26接于直流电流采样端的正输入端及其对应直流电流采样输出端之间，电阻R27接于直流电流采样端的负输入端及其对应直流电流采样输出端之间；电容C22和电容C20串联后接于直流电流采样输出端的两端之间，此两电容中间的连接点处接地，电容C27接于直流电流采样输出端的两端之间，该直流电流采样输出端与所述SOC芯片的模拟输入端连接。
4.根据权利要求1所述的宽量程直流电能表，其特征在于，所述直流电压采样模块包括第二保护支路、第二降压支路和第二滤波支路；第二保护支路包括压敏电阻RV2、电感LV+和电感LV-，压敏电阻RV2接于直流电压采样端的两端，直流电压采样端的正端再与电感LV+相连，直流电压采样端的负端与电感LV-相连；第二降压支路包括分压电阻RV16和分压电阻R30；第二滤波支路包括电阻R31、电阻R29、电容C25、电容C23和电容C29，电阻R31接于直流电压采样端的正输入端及其对应直流电压采样输出端之间，电阻R29接于直流电压采样端的负输入端及其对应直流电压采样输出端之间；电容C25和电容C23串联后接于直流电压采样输出端的两端之间，此两电容中间的连接点处接地，电容C29接于直流电压采样输出端的两端之间，该直流电压采样输出端与所述SOC芯片的模拟输入端连接；直流电压采样端与第二保护支路相连后，再接入到第二降压支路，第二滤波支路接于第二降压电路和直流电压采样输出端之间，该直流电压采样输出端与所述SOC芯片的模拟输入端连接。
5.根据权利要求1所述的宽量程直流电能表，其特征在于，所述工作电源模块采用开关电源电路，其包括一个型号为TNY268的单片式开关电源芯片。
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| CN106526313A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-03-22 | 湖南威胜信息技术有限公司 | 一种直流计量方法 |
| CN107315156A (zh) * | 2017-08-09 | 2017-11-03 | 浙江涵普电力科技有限公司 | 高精度直流标准电能表 |
| CN107422182A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-12-01 | 珠海中慧微电子股份有限公司 | 直流电能表 |
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