一种电能表及其计量电路

技术领域

本发明属于电能表计量技术领域，具体涉及一种电能表及其计量电路。

背景技术

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。

直流电能表根据自身工作所需电源是否来源于电压测量线路，可分为独立电源供电的直流电能表和由电压测量线路供电的直流电能表两类。目前在直流计量领域常用的电能表为独立电源供电的直流表，该电能表正常计量需要现场提供2路电源输入，一路为测量线路(一般为DC700V)，一路为电能表供电线路(一般为DC12V或DC24V)，且两路电源相互隔离。随着直流计量需求的发展，在民用建筑、楼宇自动化等直流供电场所中，现场只提供一路待测量线路(一般为48V)，故需要开发由测量线路供电式直流电能表产品。

现使用的由独立电源供电的直流电能表，端子1-端子12接线示意如图1所示，其中端子1接测量线路正极进线，端子2接测量线路正极出线，端子1和端子2之间串接分流器进行负载电流信号采样，分流器安装在电能表内部端子座处；端子3与端子2短接，接测量线路正极，端子4接测量线路的负极，端子3和端子4之间通过电阻分压的方式进行电压信号采样；测量电路的电压采样和电流采样方式如下图2所示。端子5和端子6分别接给电表供电的独立电源的正极和负极，独立供电电源和测量电源在电表内部的路径如图2和图3所示。端子7-端子12为电能表功能输出接口，不受供电电源线路来源的影响。

在民用建筑、楼宇自动化等直流供电场所中，因为只存在一路待测量线路(一般为48V)，故独立电源供电的直流表已不能满足现场使用要求，需要开发由测量线路供电式直流电能表产品，如果直接将测量线路的电源直接接入到供电电源上，在配合不同分流器采样方式的情况时会出现以下问题：

分流器安装在测量电源(DC+/DC-电源)正极时，如图2，如果将测量电源直接引入到供电电源处(端子5和端子6)给电能表内部各模块电路供电，此时DC+经过分流器(端子1、端子2)处引入到采样处理单元计量芯片的采样管脚上的共模电压(即IIN+对DC-之间的电压，IIN-对DC-之间的电压)等于DC+对DC-之间的电压值为48V，远大于计量芯片采样管脚上能承受的最大共模电压(一般为6V,计量芯片的供电电压一般要求为DC3.3V或DC5V)，会导致计量芯片损坏。

为解决上述共模电压大的问题，可将分流器安装在测量电源(DC+/DC-电源)负极上，如图4所示。如果按下图进行接线，分流器安装在端子1和端子2之间，端子3和端子4之间进行电阻分压采样，那么总的电源接入方式就是左负右正(端子1/端子2/端子3接电源的负极，端子4接电源的正极)，与现有直流表电能表调检台体的电流电压进线不一致(直流表电能表的调检台，参考单相交流电能表调检台，进线设置为：端子1为电流采样进线，端子2为电流采样出线，端子3和端子2同电位，端子4位电源的负极)，会导致产品生产调检、送样测试等环节都不能正常开展，且与常规的电源左正右负进线方式不一致，现场接线更容易接反造成设备损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电能表及其计量电路,用以解决传统电能表与现场待测量线路的直流电能计量环境不匹配，导致无法进行测量的问题以及改良后的电能表与常规的电源左正右负进线方式不一致，导致现场接线容易接反造成设备损坏的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电能表的计量电路，包括采样信号处理单元和分流器，分流器串接在电源的正极线路上，分流器的正极信号输出端和负极信号输出端分别连接采样信号处理单元电流正极输入端和电流负极输入端，还包括隔离模块和电压采样模块；隔离模块的正极输入端和负极输入端分别用于连接电源的正极和负极，隔离模块的输出端连接采样信号处理单元的电源输入端；隔离模块的输出端包括输出供电端和参考地端，参考地端还连接采样信号处理单元的电压正极输入端；分流器的正极信号输出端还连接参考地端；电压采样模块包括一条电压分压支路，分压支路的两端分别用于连接电源的正极和负极，分压支路的分压点连接采样信号处理单元的电压负极输入端。

其有益效果为：本发明在电压测量线路供电式直流电能表上，通过在测量线路与电表内的信号处理单元之间增加一个隔离电路，在该单元内得到另外一个与电压测量线路隔离的参考地,避免DC+/DC-之间的大电压损坏处理单元中的计量芯片，同时将测量线路电源的正极与此参考地连接在一起，作为电压电流采样的基准进行直流信号采样计量。从而实现由电压测量线路供电式直流电能表的电流采样进线与电压采样进线方式与现有的电能表调检台体设置一致，并保证由电压测量线路供电式直流电能表的电源进线遵循常规左正右负的进线方式。

进一步地，隔离模块为降压隔离模块。

其有益效果为：通过在测量线路与电表内的信号处理单元之间增加一个降压隔离模块，在该单元内得到另外一个与电压测量线路隔离的参考地,避免DC+/DC-之间的大电压损坏处理单元中的计量芯片，同时将测量线路电源的正极与此参考地连接在一起，作为电压电流采样的基准进行直流信号采样计量。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电能表包括处理模块和计量电路，计量电路包括采样信号处理单元和分流器，分流器串接在电源的正极线路上，分流器的正极信号输出端和负极信号输出端分别连接采样信号处理单元电流正极输入端和电流负极输入端，还包括隔离模块和电压采样模块；隔离模块的正极输入端和负极输入端分别用于连接电源的正极和负极，隔离模块的输出端连接采样信号处理单元的电源输入端；隔离模块的输出端包括输出供电端和参考地端，参考地端还连接采样信号处理单元的电压正极输入端；分流器的正极信号输出端还连接参考地端；电压采样模块包括一条电压分压支路，分压支路的两端分别用于连接电源的正极和负极，分压支路的分压点连接采样信号处理单元的电压负极输入端。

其有益效果为：本发明在电压测量线路供电式直流电能表上，通过在测量线路与电表内的信号处理单元之间增加一个隔离电路，在该单元内得到另外一个与电压测量线路隔离的参考地,避免DC+/DC-之间的大电压损坏处理单元中的计量芯片，同时将测量线路电源的正极与此参考地连接在一起，作为电压电流采样的基准进行直流信号采样计量。从而实现由电压测量线路供电式直流电能表的电流采样进线与电压采样进线方式与现有的电能表调检台体设置一致，并保证由电压测量线路供电式直流电能表的电源进线遵循常规左正右负的进线方式。发明电能表的处理模块和通信模块均可沿用原由辅助电源供电直流表上的方案。

进一步地，处理模块为CPU模块。

其有益效果为：处理模块采用CPU模块将采集的数据分析储存，提高了电能表的性能。

进一步地，还包括通信模块，通信模块与处理模块连接。

其有益效果为：通信模块用于传输数据，便于进行数据分析。

进一步地，通信模块为RS485模块。

其有益效果为：通信模块采用RS485模块用于传输数据，便于进行数据分析。

附图说明

图1是现有技术直流电能表端子接线示意图；

图2是现有技术的测量电路的电压采样和电流采样方式；

图3是现有技术中独立供电电源和测量电源在电表内部的路径；

图4是现有技术更改线路后的电表内部的路径；

图5是本发明的电表内部的路径图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

电能表的计量电路的实施例：

如图5所示，本发明的电能表包括采样信号处理单元和分流器，分流器串接在电源的正极线路上，分流器的正极信号输出端和负极信号输出端分别连接采样信号处理单元电流正极输入端和电流负极输入端，还包括隔离模块和电压采样模块；隔离模块的正极输入端和负极输入端分别用于连接电源的正极和负极，隔离模块的输出端连接采样信号处理单元的电源输入端；隔离模块的输出端包括输出供电端和参考地端，参考地端还连接采样信号处理单元的电压正极输入端；分流器的正极信号输出端还连接参考地端；电压采样模块包括一条电压分压支路，分压支路的两端分别用于连接电源的正极和负极，分压支路的分压点连接采样信号处理单元的电压负极输入端。

具体的，DC+/DC-是现场提供的电源，该电源是待测电能量的电源线路，也是直流表工作电源的来源线路。线路中的电流采样的分流器串接在电源的正极(分流器可看作是一个精度比较高、阻值比较小的电阻，负载电流流过时可产生一个与电流呈比例的采样信号，为方便现场接线使用，分流器上会有4个接线位置，如图5分流器所示，其中I+与IIN+同电位，I-与IIN-同电位。)，电压采样是在电源正极与负极之间通过电阻分压方式进行电压采样。在采样信号处理单元中为保证进来的采样信号共模电压小于6V，则在该计量系统中必须为采样信号找到另外一个参考地(非DC-)，同时不应影响DC+/DC-线路中的分流器电流采样信号和电阻分压采样的电压信号。在本发明中，通过对输入的电源进行隔离，得到一个为采样处理单元供电的DVDD/GNDD,其参考地为GNDD,同时将输入电源的正极(即IIN+,与I+、DC+同电位。)与隔离后的参考地GNDD连接在一起，(即计量采样部分是以电源的正极为计量基准)，按该方案处理后，因为与输入的DC+/DC-电源相互隔离，并且为采样信号处理单元供电的DVDD/GNDD之间的电压一般为DC3.3V或DC5V,故电流采样进线IIN+对其参考地GNDD的电压就不再出现＞6V的情况。同时由于DC+与GNDD连接在一起，电流采样信号仍然是DC+/DC-电源上负载流过分流器产生的采样信号，且由于采样以正极(DC+)为基准，故电流采样得到的为负信号(IIN-)；电压采样仍然也是采电源输入(DC+/DC-)之间的电压，且由于采样以正极(DC+)为基准，所以采样得到的为负信号(V-)。计量电量时，电压与电流均为负，负负取消得到的仍然是正常电量。

电能表的实施例：

本发明的电能表包括处理模块(本实施例采用CPU模块)、通信模块(本实施例采用485模块)和计量电路，其计量电路已在电能表的计量电路中详细说明，这里不再赘述。

对于电能表中CPU模块和485模块实现可沿用原由辅助电源供电直流表上的方案。

本发明在电压测量线路供电式直流电能表上，通过在测量线路与电表内的信号处理单元之间增加一个电源隔离电路，在该单元内得到另外一个与电压测量线路隔离的参考地,避免DC+/DC-之间的大电压损坏处理单元中的计量芯片，同时将测量线路电源的正极与此参考地连接在一起，作为电压电流采样的基准进行直流信号采样计量。从而实现由电压测量线路供电式直流电能表的电流采样进线与电压采样进线方式与现有的电能表调检台体设置一致，并保证由电压测量线路供电式直流电能表的电源进线遵循常规左正右负的进线方式。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。