用于电能表的电流检测电路及电能表

技术领域

本申请属于电路技术领域，具体涉及一种用于电能表的电流检测电路及电能表。

背景技术

电能表是用来测量电能的仪表，又称电度表、火表等。电能表与电网连接，当用户用电时，电网产生能量输出，电能表通过检测相关参数，就可以计算出用户的用电量。然而，在一些情况下，可能存在电能表掉电的现象，电能表掉电后无法正常计算电能，就无法判断用户是否使用了电网的电能。因此，对于电能表掉电情况下的用电检测是急需解决的问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本申请的目的在于提供一种用于电能表的电流检测电路，以优化相关技术中电能表难以在掉电情况下进行用电检测的问题。

本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种用于电能表的电流检测电路，包括：电网电流检测模块、开关模块和掉电电流检测模块；

所述电网电流检测模块与电网连接，用于对所述电网进行电流检测，输出检测信号；

所述开关模块分别与所述电网电流检测模块和所述掉电电流检测模块连接，用于在所述电能表处于掉电状态时，将所述电网电流检测模块连接至所述掉电电流检测模块；

所述掉电电流检测模块与所述开关模块连接，用于在所述电能表掉电后，根据所述检测信号确定所述电网中是否有电流通过。

在本申请的一个实施例中，所述开关模块包括常开端、公共端和控制端，所述常开端与所述电网电流检测模块连接，所述公共端与所述掉电电流检测模块连接；所述控制端用于根据所述电能表掉电信号控制所述公共端与所述常开端连接，所述电能表掉电信号指示所述电能表处于掉电状态。

在本申请的一个实施例中，所述开关模块还包括常闭端，所述常闭端接地，所述控制端还用于根据电能表上电信号控制所述公共端与所述常闭端连接，所述电能表上电信号指示所述电能表处于上电状态。

在本申请的一个实施例中，所述电网电流检测模块包括电流感应单元和采样单元；

所述电流感应单元与所述电网连接，用于对所述电网进行电流检测，生成电流感应信号；

所述采样单元与所述电流感应单元连接，用于根据所述电流感应信号生成所述检测信号。

在本申请的一个实施例中，所述采样单元包括第一采样电阻和第二采样电阻；

所述第一采样电阻的一端连接所述电流感应单元的第一输出端，另一端接地；

所述第二采样电阻的一端连接所述电流感应单元的第二输出端，另一端接地。

在本申请的一个实施例中，所述掉电电流检测模块包括放大单元、整形单元和控制单元；

所述放大单元与所述开关模块连接，用于对所述检测信号进行放大处理，输出放大信号；

所述整形单元与所述放大单元，用于对所述放大信号进行整形，输出整形信号；

所述控制单元与所述整形单元连接，用于在接收到所述整形信号时，确定所述电网中有电流通过。

在本申请的一个实施例中，所述控制单元还与所述开关模块连接，所述控制单元还用于对所述电能表的状态进行检测，并根据检测结果向所述开关模块发送所述电能表掉电信号或电能表上电信号；其中，所述电能表掉电信号指示所述电能表处于掉电状态；所述电能表上电信号指示所述电能表处于上电状态，所述电能表上电信号用于控制所述开关模块将所述掉电电流检测模块接地。

在本申请的一个实施例中，所述用于电能表的电流检测电路还包括上电电流检测模块，所述上电电流检测模块与所述电网电流检测模块连接，用于在所述电能表处于上电状态时，根据所述检测信号计算得到流经所述电网的电流信号。

在本申请的一个实施例中，所述上电电流检测模块包括滤波单元和计量单元；

所述滤波单元与所述电网电流检测模块连接，用于对所述检测信号进行滤波处理，输出滤波信号；

所述计量单元与所述滤波单元连接，用于根据所述滤波信号计算得到流经所述电网的电流信号。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种电能表，所述电能表包括本申请任意实施例提供的用于电能表的电流检测电路。

在本申请实施例提供的技术方案中，用于电能表的电流检测电路包括电网电流检测模块、开关模块和掉电电流检测模块，电网电流检测模块连接电网，可以对电网电流进行检测，输出检测信号；在电能表掉电后，开关模块将电网电流检测模块与掉电电流检测模块连接，使掉电电流检测模块根据检测信号确定电网中是否有电流通过，实现了电能表掉电后的电网电流检测，可以有效反映出电网的真实用电，从而防止窃电等情况发生。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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示意性地示出了本申请一个实施例提供的用于电能表的电流检测电路的结构框图。

图2示意性地示出了本申请一个实施例提供的用于电能表的电流检测电路的结构框图。

图3示意性地示出了本申请一个实施例提供的用于电能表的电流检测电路的结构框图。

图4示意性地示出了本申请一个实施例提供的用于电能表的电流检测电路的结构图。

图5示意性地示出了本申请技术方案的一个应用场景的示意图。

图6示意性地示出了本申请技术方案的一个应用场景的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。

图1示意性地示出了本申请一个实施例提供的用于电能表的电流检测电路的结构框图。

如图1所示，用于电能表的电流检测电路100包括电网电流检测模块200、开关模块300和掉电电流检测模块400，其中，电网电流检测模块200与电网连接，开关模块300连接在电网电流检测模块200和掉电电流检测模块400之间。

电网电流检测模块200用于对电网进行电流检测，输出检测信号。电网电流检测模块200所输出的检测信号可以体现电网中是否有电流经过，对该检测信号进行进一步计算，还可以确定流经电网的电流大小。

在正常情况下，也就是电能表处于上电状态时，电网电流检测模块200输出的检测信号由电能表中进行电能测量的模块进行计算，获得流经电网的电流大小。电能表处于上电状态是指电能表内部元器件能够在工作电压的驱动下正常工作，从而可以对检测信号进行相关计算。

当电能表处于掉电状态时，即电能表内部元器件无法连接工作电压，进而无法正常工作以对检测信号进行相关计算。若此时电网仍然在输出电能，但传统的电能表在这种情况下，由于元器件无法正常工作，将无法检测出电网中是否有电流经过，也就无法确定电网的电能是否被使用。

而在本申请实施例中，当电能表处于掉电状态时，开关模块300将电流检测模块和掉电电流检测模块400连接，也就是将电网电流检测模块200所输出的检测信号传输至掉电电流检测模块400，进而使得掉电电流检测模块400可以通过该检测信号判断电网中是否有电流通过，如此，实现了电能表在掉电后的电流检测。

在本申请的一个实施例中，用于电能表的电流检测电路100还包括电池，掉电电流检测模块400与电池连接，在电能表处于掉电状态时，通过电池为掉电电流检测模块400提供工作电压。

在本申请的一个实施例中，开关模块300和掉电电流检测模块400采用低功耗设计，即开关模块300和掉电电流检测模块400所消耗功率较低，从而可以确保开关模块300和掉电电流检测模块400能够长期有效地在电能表掉电后进行电流检测。

在本申请实施例提供的技术方案中，用于电能表的电流检测电路包括电网电流检测模块、开关模块和掉电电流检测模块，电网电流检测模块连接电网，可以对电网电流进行检测，输出检测信号；在电能表掉电后，开关模块将电网电流检测模块与掉电电流检测模块连接，使掉电电流检测模块根据检测信号确定电网中是否有电流通过，实现了电能表掉电后的电网电流检测，可以有效反映出电网的真实用电，从而防止窃电等情况发生。

图2示意性地示出了本申请一个实施例提供的用于电能表的电流检测电路的结构框图。本实施例是对上述实施例的进一步细化。

如图2所示，本申请实施例提供的用于电能表的电流检测电路100包括电网电流检测模块200、开关模块300和掉电电流检测模块400。

开关模块300包括常开端310、公共端320和控制端330。常开端310与电流检测模块连接，公共端320与掉电电流检测模块400连接。控制端330用于根据控制信号控制公共端320与常开端310之间的连接和断开。当电能表处于掉电状态时，控制端330接收到电能表掉电信号，控制端330根据该电能表掉电信号将公共端320与常开端310连接，从而使得电流检测模块与掉电电流检测模块400连接。

进一步的，如图2所示，开关模块300还包括常闭端340，该常闭端340接地。在电能表处于正常上电状态时，控制端330接收到电能表上电信号，控制端330根据该电能表上电信号控制开关模块300的公共端320与常闭端340连接，也就是使掉电电流检测模块400接地，从而防止掉电电流检测模块400影响电能表正常上电状态下的电能测量，避免电能表在正常上电状态下的测量精度受影响。

进一步的，如图2所示，本申请实施例提供的用于电能表的电流检测电路100还包括上电电流检测模块500。上电电流检测模块500主要用于电能表上电状态下的电网电流检测，其与电流检测模块连接，接收电流检测模块输出的检测信号，并根据该检测信号计算得到流经电网的电流信号。

本申请实施例提供的技术方案的工作原理是，当电能表处于上电状态时，掉电电流检测模块400接地，电网电流由上电电流检测模块500进行检测。当电能表处于掉电状态时，上电电流检测模块500无法正常工作，开关模块300基于电能表掉电信号将电流检测模块与掉电电流检测模块400连接，通过掉电电流检测模块400实现电网电流的检测。

图3示意性地示出了本申请一个实施例提供的用于电能表的电流检测电路的结构框图，本实施例是对上述实施例的进一步细化。

如图3所示，本申请实施例提供的用于电能表的电流检测电路100包括电网电流检测模块200、开关模块300、掉电电流检测模块400和上电电流检测模块500，开关模块300的具体结构与上述实施例相同，在此不再赘述。

电网电流检测模块200包括电流感应单元210和采样单元220。电流感应单元210与电网连接，采样单元220与电流感应单元210连接。电流感应单元210对电网进行电流检测，生成电流感应信号，该电流感应信号反映电网电流的大小，与电网电流的大小成正相关关系。电流感应信号输入至采样单元220，生成检测信号。

掉电电流检测模块400包括放大单元410、整形单元420和控制单元430，放大单元410、整形单元420和控制单元430依次连接，同时放大单元410连接开关模块300。当电能表处于掉电状态时，开关模块300将放大单元410与采样单元220连接，使得检测信号输入至放大单元410，由放大单元410对检测信号进行放大处理，得到放大信号。对检测信号进行放大处理，是为了便于后续进行信号采集和计算。放大信号输入至整形单元420，由整形单元420对放大信号进行整形处理，得到整形信号。整形处理是对放大信号的波形进行修整，以得到波形较为规整的整形信号。控制单元430接收到整形信号时，即可确定此时电网中有电流流过。控制单元430可以记录接收到整形信号的时长，该时长反映了电能表掉电后的用电时长。

上电电流检测模块500包括滤波单元510和计量单元520，滤波单元510与电网电流检测模块200连接，计量单元520与滤波单元510连接。在电能表处于上电状态时，滤波单元510对电网电流检测模块200输出的检测信号进行滤波处理，输出滤波信号。该滤波处理是抗混叠滤波处理，是削减检测信号中的混叠信号成分，以提高电能表的计量精度。计量单元520根据滤波信号进行计算，得到流经电网的电流信号。

图4示意性地示出了本申请一个实施例提供的用于电能表的电流检测电路的结构图，本实施例是对上述实施例的进一步细化。

如图4所示，本申请实施例提供的用于电能表的电流检测电路100包括电网电流检测模块200、开关模块300、掉电电流检测模块400和上电电流检测模块500。

电网电流检测模块200包括电流感应单元210和采样单元220。电流感应单元210为电流传感器CT，电流传感器CT的初级连接电网的电力线，电流传感器CT的次级包括第一输出端和第二输出端，分别连接采样单元220。

采样单元220包括第一采样电阻R1和第二采样电阻R2，第一采样电阻R1的一端连接电流传感器CT的第一输出端，另一端接地；第二采样电阻R2的一端连接电流传感器CT的第二输出端，另一端接地。为便于描述，第一采样电阻R1与电流传感器CT的公共端320记为第一节点T1，第二采样电阻R2与电流传感器CT的公共端320记为第二节点T2。

上电电流检测模块500包括滤波单元510和计量单元520。滤波单元510包括第一滤波电阻R3、第二滤波电阻R4、第一滤波电容C1和第二滤波电容C2，第一滤波电阻R3的一端连接至第一节点T1，另一端与第一滤波电容C1的一端连接，第一滤波电容C1的另一端接地；第二滤波电阻R4的一端连接至第二节点T2，另一端与第二滤波电容C2的一端连接，第二滤波电容C2的另一端接地。计量单元520为计量芯片521。

开关模块300包括常开端310、常闭端340、公共端320和控制端330。常开端310包括第一常开接口NO1和第二常开接口NO2，第一常开接口NO1连接至第一节点T1，第二常开接口NO2连接至第二节点T2。常闭端340包括第一常闭接口NC1和第二常闭接口NC2，第一常闭接口NC1和第二常闭接口NC2均接地。公共端320包括第一公共接口COM1和第二公共接口COM2。控制端330根据控制信号将公共端320与常开端310或常闭端340连接。

掉电电流检测模块400包括放大单元410、整形单元420和控制单元430。放大单元410包括放大器OP1、第一电阻R5、第二电阻R7、第三电阻R8和第四电阻R6；第一电阻R5的一端连接开关模块300的第一公共接口COM1，另一端连接放大器OP1的第一输入端；第二电阻R7的一端连接开关模块300的第二公共接口COM2，另一端连接放大器OP1的第二输入端；第三电阻R8连接在放大器OP1的第一输入端和输出端之间；第四电阻R6的一端连接放大器OP1的第二输入端，另一端接地。放大器OP1还包括连接工作电源的电源端和接地的接地端。在电能表处于上电状态时，放大器OP1的电源端连接为电能表供电的电源，即工作电源是为电能表供电的电源；在电能表处于掉电状态时，放大器OP1的电源端连接电能表内置电池，即工作电源是电池。

整形单元420包括比较器OP2、第五电阻R9、第六电阻R10和第七电阻R11。比较器OP2的第一输入端连接放大器OP1的输出端，比较器OP2的第二输入端连接第五电阻R9的一端，第五电阻R9的另一端连接工作电源；第六电阻R10的一端连接比较器OP2的第二输入端，另一端接地。第七电阻R11的一端连接比较器OP2的输出端，另一端连接工作电源。比较器OP2还包括连接工作电源的电源端和接地的接地端。整形单元420中工作电源的设置与放大单元410中工作电源的设置相同，在此不再赘述。

在本申请的一个实施例中，整形单元420中比较器OP2的第一输入端和第二输入端可以反接，即将比较器OP2的第二输入端连接放大器OP1的输出端，将比较器OP2的第一输入端连接第五电阻R9。比较器OP2的第一输入端和第二输入端的正反接仅影响比较器OP2所输出信号的方向(即信号的正负)，不影响所输出信号的幅值(即信号数值大小)。

控制单元430为MCU(MicroController Unit，微控制单元)，MCU分别连接比较器OP2的输出端、计量芯片521和开关模块300的控制端330。计量芯片521可与MCU通信，计量芯片521将自身所得数据发送至MCU，以供MCU进行进一步计算或使用。

当MCU检测到电能表处于上电状态时，则生成电能表上电信号，并将电能表上电信号发送至开关模块300的控制端330，从而使开关模块300将公共端320与常闭端340连接，也就是使掉电电流检测模块400接地，避免掉电电流检测模块400对上电电流检测模块500的检测精度产生影响。

当MCU检测到电能表处于掉电状态时，则生成电能表掉电信号，并将电能表掉电信号发送至开关模块300的控制端330，从而使开关模块300将公共端320与常开端310连接，也就是使掉电电流检测模块400与电网电流检测模块200连接，使掉电电流检测模块400开始工作，以判断电网中是否有电流通过。

当电能表处于上电状态时，掉电电流检测模块400接地，不对电网电流进行检测，而是上电电流检测模块500正常工作。当电力线中有电流通过时，电流传感器CT的次级产生电流感应信号，由于采样单元220和电流传感器CT次级形成回路，电流感应信号在采样单元220的电阻上形成电压信号，第一节点T1和第二节点T2之间形成电压检测信号。该电压检测信号经过滤波单元510的抗混叠滤波后输入计量芯片521，由计量芯片521计算出电网电流大小。

当电能表处于掉电状态时，上电电流检测模块500无法正常工作，掉电电流检测模块400与电网电流检测模块200连接，对电网电流进行检测。当电力线中有电流通过时，电流传感器CT的次级产生电流感应信号，由于采样单元220和电流传感器CT次级形成回路，电流感应信号在采样单元220的电阻上形成电压信号，第一节点T1和第二节点T2之间形成电压检测信号。该电压检测信号经由开关模块300传输至放大单元410两端，经过放大处理生成放大信号。然后整形单元420对放大信号进行整形，输出整形信号至MCU，该整形信号可以是方波信号。MCU检测到整形信号，判断出此时电力线中有电流通过，说明有用户用电。

当电能表处于掉电状态时，若电力线中没有电流通过，则电网电流检测电路输出的检测信号为0，整形单元420所输出的整形信号将保持不变，例如，持续高电平或持续低电平。MCU检测到这种不产生变化的整形信号时，判断电力线中无电流通过。

可以理解，当电能表处于上电状态时，掉电电流检测模块400接地，也就相当于掉电电流检测模块400所接收的信号为0，此时整形单元420的输出与电能表掉电且电力线无电流通过的情况相同，即保持不变，如持续高电平或持续低电平。

在本申请实施例提供的技术方案中，当电能表掉电时，将上电电流检测模块500切换为掉电电流检测模块400，实现了电能表掉电后的电网电流检测，可以有效防止窃电。同时，掉电电流检测模块400的电路结构简单，体积小，功耗低，制作难度低，易于实现。

图4所示用于电能表的电流检测电路实现了对单相电流的检测，即对火线(L线)电流的检测。

图5示意性地示出了本申请技术方案的一个应用场景的示意图。如图5所示，分别在电网的火线(L线)和零线(N线)上连接了本申请实施例提供的用于电能表的电流检测电路100，实现了对火线和零线两个电流回路的检测。火线和零线上所连接的用于电能表的电流检测电路100可以共用一个MCU。

图6示意性地示出了本申请技术方案的一个应用场景的示意图。图6所示为三相四线制的电流检测电路，分别在每根电力线上连接本申请实施例提供的用于电能表的电流检测电路100，各检测电路共用一个MCU。

本申请实施例还提供了一种电能表，该电能表包括本申请任一实施例提供的用于电能表的电流检测电路100，该检测电路的结构可以参考前述实施例的描述，在此不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。