技术领域
[0001] 本
申请涉及电能计量技术领域，特别涉及一种三相
电能表。
背景技术
[0002] 三相电在人们的日常工作和生活中被广泛使用。作为一种商品，电的使用需要基于相关设备进行计量。
现有技术中的三相电能表大多采用
电流互感器对
三相电流进行
采样，进而利用相关计量
电路实现电能的计量。但是采用电流互感器的计量设备不仅设备成本比较高，而且测量范围较小，并且，由于电流互感器容易磁饱和，因此对于含有
直流分量的交流
信号需要做特殊处理，如此进一步增加了使用成本和难度。鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。实用新型内容
[0003] 本申请的目的在于提供一种三相电能表，以便简便有效地实现抗直流检测并降低成本。
[0004] 为解决上述技术问题，本申请公开了一种三相电能表，包括：
[0005] 分别接入各个相电路的各个采样电路，各个所述采样电路均包括用于采样相
电压的电压采样电路和用于采样相电流的锰
铜分流器；
[0006] 分别与各个所述采样电路的输出端连接的各个单相电能计量芯片，用于输出与输入的采样电压和采样电流所对应的单相
平均功率；
[0007] 分别与各个所述单相电能计量芯片的通信端连接的各个片选隔离电路；
[0008] 包括第一运算电路和第二运算电路的运算处理模
块；所述第一运算处理电路的输入端与各个所述片选隔离电路均连接，用于输出与各个所述单相平均功率对应的合相平均功率；所述第二运算电路的输入端与所述第一运算电路的输出端连接，用于输出与所述合相平均功率对应的电能计量信号。
[0009] 可选地，各个所述单相电能计量芯片均内置有独立晶振。
[0010] 可选地，各个所述单相电能计量芯片的通信端均为UART
接口。
[0011] 可选地，各个所述片选隔离电路均为光耦隔离通信电路。
[0012] 可选地，各个所述光耦隔离通信电路均包括第一
三极管、第二三极管、第三三极管、第一光耦、第二光耦、第一
电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻；
[0013] 所述第一三极管的集
电极与所述第一电阻的第一端连接，用于与对应的所述单相电能计量芯片的通信端连接；所述第一电阻的第二端、所述第一光耦的集电极均与第一电源连接；所述第一三极管的基极通过所述第二电阻与所述第一光耦的发射极连接；所述第一三极管的发射极接地，并通过所述第三电阻与所述第一光耦的发射极连接；
[0014] 所述第一光耦的
阳极通过所述第四电阻与所述第二三极管的集电极连接；所述第二三极管的发射极与所述第一电源连接；所述第二三极管的基极与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端作为所述光耦隔离通信电路的片选控制端，与所述第一运算电路的片选输出端连接；所述第一光耦的
阴极用于与所述第一运算电路的串口发送端连接；
[0015] 所述第二光耦的阳极与所述第一电源连接；所述第二光耦的阴极通过所述第六电阻与所述第一三极管的集电极连接；所述第二光耦的集电极通过所述第七电阻与所述第一电源连接，并通过所述第八电阻与所述第三三极管的集电极连接；所述第二光耦的发射极通过所述第九电阻与所述第三三极管的基极连接，并通过所述第十电阻与所述第三三极管的发射极连接；所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的集电极用于与所述第一运算电路的串口接收端连接。
[0016] 可选地，各个所述光耦隔离通信电路均还包括：
[0017] 连接在所述第一光耦的集电极和发射极之间的第一电容，以及连接在所述第一光耦的阴极与地线之间的第二电容，以及连接在所述第二光耦的阴极与地线之间的第三电容，以及连接在所述第三三极管的集电极与发射极之间的第四电容。
[0018] 可选地，所述第二运算电路包括：
[0019]
能量累加电路，用于输出所述合相平均功率以固定累加
频率累加生成的累加能量值；
[0020] 与所述能量累加电路连接的比较电路，用于在所述累加能量值高于预设能量
门限值时输出
定时器触发信号；
[0021] 与所述比较电路连接的定时器，用于在接收到所述定时器触发信号时输出预设时长的计时信号；
[0022] 与所述定时器连接的脉冲生成电路，用于在接收到所述计时信号时输出脉冲信号作为所述电能计量信号。
[0023] 可选地，各个所述单相电能计量芯片的型号均为V9240。
[0024] 本申请所提供的三相电能表包括：分别接入各个相电路的各个采样电路，各个所述采样电路均包括用于采样相电压的电压采样电路和用于采样相电流的锰铜分流器；分别与各个所述采样电路的输出端连接的各个单相电能计量芯片，用于输出与输入的采样电压和采样电流所对应的单相平均功率；分别与各个所述单相电能计量芯片的通信端连接的各个片选隔离电路；包括第一运算电路和第二运算电路的运算处理模块；所述第一运算处理电路的输入端与各个所述片选隔离电路均连接，用于输出与各个所述单相平均功率对应的合相平均功率；所述第二运算电路的输入端与所述第一运算电路的输出端连接，用于输出与所述合相平均功率对应的电能计量信号。
[0025] 可见，本申请利用设置在各个相电路中采样电路和单相电能计量芯片，分别对各个相电路的的单相平均功率进行计量，进而基于片选隔离电路和运算处理模块进行合相计算和电能计量信号的输出，从而有效实现电能计量。其中，由于采样电路中具体利用价格低廉、抗直流的锰铜分流器进行相电流采样，因此本申请所提供的三相电能表不仅成本低廉，而且可有效适用于交直流混合的应用场景，极大地方便了用户使用，有效提高了产品经济效益。
附图说明
[0026] 为了更清楚地说明现有技术和本申请
实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。
[0027] 图1为本申请实施例公开的一种三相电能表的电路结构图；
[0028] 图2为本申请实施例公开的一种光耦隔离通信电路在三相电能表中的连接示意图；
[0029] 图3为本申请实施例公开的一种光耦隔离通信电路的电路结构图；
[0030] 图4为本申请实施例公开的一种CF脉冲的时序图；
[0031] 图5为本申请实施例公开的又一种CF脉冲的时序图。
具体实施方式
[0032] 本申请的核心在于提供一种三相电能表，以便简便有效地实现抗直流检测并降低成本。
[0033] 为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0034] 当前，为了进行用电量的计量，现有技术中的三相电能表大多采用电流互感器对三相电流进行采样，进而利用相关计量电路实现电能计量。但是采用电流互感器的计量设备不仅设备成本比较高，而且测量范围较小，并且，由于电流互感器容易磁饱和，因此对于含有直流分量的交流信号需要做特殊处理，如此进一步增加了使用成本和难度。鉴于此，本申请提供了一种三相电能表，可有效解决上述问题。
[0035] 参见图1所示，本申请实施例公开了一种三相电能表，主要包括：
[0036] 分别接入各个相电路的各个采样电路1，各个采样电路1均包括用于采样相电压的电压采样电路和用于采样相电流的锰铜分流器；
[0037] 分别与各个采样电路1的输出端连接的各个单相电能计量芯片2，用于输出与输入的采样电压和采样电流所对应的单相平均功率；
[0038] 分别与各个单相电能计量芯片2的通信端连接的各个片选隔离电路3；
[0039] 包括第一运算电路和第二运算电路的运算处理模块4；第一运算处理电路的输入端与各个片选隔离电路3均连接，用于输出与各个单相平均功率对应的合相平均功率P；第二运算电路的输入端与第一运算电路的输出端连接，用于输出与合相平均功率P对应的电能计量信号。
[0040] 需要指出的是，本申请实施例所提供的三相电能表中，在每个相电路中均设置了采样电路1，包括电压采样电路和锰铜分流器，以便进行相电压采样和相电流采样。并且，需要注意的是，采样电路1中用于采样相电流的电流采样电路1具体基于锰铜分流器而实现。锰铜分流器俗称锰铜，是一种采用锰铜材料制作的一个小型电阻，可将检测到的电流信号变换为毫伏级别的电压信号，价格低廉，并且测量范围较宽，对于含有直流分量的交流信号也能正确测量。
[0041] 本申请实施例所提供的三相电能表中，在每个相电路中还设置了用于计量单相电能功率的单相电能计量芯片2。单相电能计量芯片2的计量输入端与其所在相电路中的采样电路1的输出端连接，接收采样电路1所输出的采样结果，进而输出与采样电压和采样电流所对应的该相电路的单相平均功率。
[0042] 运算处理模块4用于将各个相电路的单相平均功率进行合成，进而得到三相电路的合相平均功率P，进而进行电能计量输出对应的电能计量信号。而为了确保各个相电路与运算处理模块4简的通信相互间不存在干扰，本申请实施例还在各个单相电能计量芯片2与运算处理模块4之间设置了用于隔离通信的片选隔离电路3。
[0043] 容易理解的是，只有当片选隔离电路3处于通信状态时，对应的单相电能计量芯片2才可以与运算处理模块4进行
信号传输；而当片选隔离电路3处于切断隔离状态时，对应的单相电能计量芯片2将无法与运算处理模块4进行信号传输。各个片选隔离电路3的状态可具体由运算处理模块4进行控制。事实上，作为一种具体实施方式，运算处理模块4具体可以以较快的频率依次接通各个片选隔离电路3以便轮询各个相电路中的单相电能计量芯片2。
[0044] 本申请实施例所提供的三相电能表包括：分别接入各个相电路的各个采样电路1，各个采样电路1均包括用于采样相电压的电压采样电路和用于采样相电流的锰铜分流器；分别与各个采样电路1的输出端连接的各个单相电能计量芯片2，用于输出与输入的采样电压和采样电流所对应的单相平均功率；分别与各个单相电能计量芯片2的通信端连接的各个片选隔离电路3；包括第一运算电路和第二运算电路的运算处理模块4；第一运算处理电路的输入端与各个片选隔离电路3均连接，用于输出与各个单相平均功率对应的合相平均功率P；第二运算电路的输入端与第一运算电路的输出端连接，用于输出与合相平均功率P对应的电能计量信号。
[0045] 可见，本申请利用设置在各个相电路中采样电路1和单相电能计量芯片2，分别对各个相电路的的单相平均功率进行计量，进而基于片选隔离电路3和运算处理模块4进行合相计算和电能计量信号的输出，从而有效实现电能计量。其中，由于采样电路1中具体利用价格低廉、抗直流的锰铜分流器进行相电流采样，因此本申请所提供的三相电能表不仅成本低廉，而且可有效适用于交直流混合的应用场景，极大地方便了用户使用，有效提高了产品经济效益。
[0046] 在上述内容的
基础上，作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的三相电能表中，各个所述单相电能计量芯片2可均内置有独立晶振。具体地，选用内部集成有独立晶振的单相电能计量芯片2，则无需额外设置外部晶振，从而可进一步降低三相电能表的结构复杂程度和电路成本。
[0047] 在上述内容的基础上，本申请实施例所提供的三相电能表中，进一步地，各个所述单相电能计量芯片2的通信端可均为UART接口。具体地，相比于SPI
通信接口，利用UART接口即串口进行通信时所需使用的片选隔离电路3的结构相对较为简单、器件数量较少，由此可进一步节省电路成本和简化电路结构。
[0048] 如此，在上述内容的基础上，本申请实施例所提供的三相电能表中，进一步地，各个所述单相电能计量芯片2的型号可均为V9240。具体地，V9240是一款由万高公司生产的性价比较高的单相电能计量芯片2，它不仅内置有独立晶振，并且采用UART接口即串口进行通信，此外，V9240芯片尺寸较小，仅有8个管脚，可以有效减少PCB面积，同时也可节省贴片加工成本。
[0049] 在上述内容的基础上，本申请实施例所提供的三相电能表中，进一步地，各个所述片选隔离电路3可均为光耦隔离通信电路。
[0050] 参见图2所示，图2为本申请实施例公开的一种光耦隔离通信电路在三相电能表中的连接示意图。
[0051] V9240只有一个UART接口的管脚，与对应的光耦隔离通信电路连接；该管脚具有管脚复用功能，兼容了串口接收功能即RX功能、串口发送功能即TX功能、以及复位功能即RST功能。
[0052] 各个光耦隔离通信电路的片选控制端分别与运算处理模块4中第一运算电路的一个片选输出端IO连接，光耦隔离通信电路的片选控制端可选择控制该光耦隔离通信电路处于通信状态或者切断隔离状态。各个光耦隔离通信电路还分别与运算处理模块4中第一运算电路的串口发送端TX和串口接收端RX连接，以便对应的V9240与运算处理模块4进行信号传输。
[0053] 参见图3所示，本申请实施例公开了一种光耦隔离通信电路的电路结构，该光耦隔离通信电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一光耦U1、第二光耦U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10；
[0054] 第一三极管Q1的集电极与第一电阻R1的第一端连接，用于与对应的单相电能计量芯片2的通信端连接；第一电阻R1的第二端、第一光耦U1的集电极均与第一电源VDD连接；第一三极管Q1的基极通过第二电阻R2与第一光耦U1的发射极连接；第一三极管Q1的发射极接地，并通过第三电阻R3与第一光耦U1的发射极连接；
[0055] 第一光耦U1的阳极通过第四电阻R4与第二三极管Q2的集电极连接；第二三极管Q2的发射极与第一电源VDD连接；第二三极管Q2的基极与第五电阻R5的第一端连接，第五电阻R5的第二端作为光耦隔离通信电路的片选控制端，与第一运算电路的片选输出端连接；第一光耦U1的阴极用于与第一运算电路的串口发送端TX连接；
[0056] 第二光耦U2的阳极与第一电源VDD连接；第二光耦U2的阴极通过第六电阻R6与第一三极管Q1的集电极连接；第二光耦U2的集电极通过第七电阻R7与第一电源VDD连接，并通过第八电阻R8与第三三极管Q3的集电极连接；第二光耦U2的发射极通过第九电阻R9与第三三极管Q3的基极连接，并通过第十电阻R10与第三三极管Q3的发射极连接；第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的集电极用于与第一运算电路的串口接收端RX连接。
[0057] 其中，所述第一电源VDD一般为3.3V。需要指出的是，当片选控制端被输入高电平时，第一光耦U1与第一电源VDD连接，此时光耦隔离通信电路处于通信状态，对应的V9240可与运算控
制模块进行信号传输；当片选控制端被输入低电平时，第一光耦U1与第一电源VDD断开，此时光耦隔离通信电路处于切断隔离状态，对应的V9240无法与运算
控制模块进行信号传输。
[0058] 由上可见，本申请实施例所提供的光耦隔离通信电路仅需使用2个光耦，相比于SPI接口需要使用4个光耦，采用基于UART接口的单相电能计量芯片2，具体如V9240，可进一步有效节省芯片面积和电路成本。
[0059] 在上述内容的基础上，进一步地，作为一种具体实施例，光耦隔离通信电路还包括：
[0060] 连接在第一光耦U1的集电极和发射极之间的第一电容C1，以及连接在第一光耦U1的阴极与地线之间的第二电容C2，以及连接在第二光耦U2的阴极与地线之间的第三电容C3，以及连接在第三三极管Q3的集电极与发射极之间的第四电容C4。
[0061] 利用电容的滤波稳压功能，可进一步有效提高电路信号传输的精确度。
[0062] 在上述内容的基础上，本申请实施例所提供的三相电能表中，进一步地，第二运算电路包括：
[0063] 能量累加电路，用于输出合相平均功率P以固定累加频率累加生成的累加能量值；
[0064] 与能量累加电路连接的比较电路，用于在累加能量值高于预设能量门限值PGAT时输出定时器触发信号；
[0065] 与比较电路连接的定时器，用于在接收到定时器触发信号时输出预设时长的计时信号；
[0066] 与定时器连接的脉冲生成电路，用于在接收到计时信号时输出脉冲信号作为电能计量信号。
[0067] 具体地，第一运算电路经合相计算后得到合相平均功率P：
[0068] P＝Pa+Pb+Pc。
[0069] 其中，第一运算电路可利用定时器每隔一定时间读取各相的单相平均功率并进行合相计算，间隔周期可具体设置为640ms，进而向第二运算电路输出所述合相平均功率P。
[0070] 第二运算电路获取合相平均功率P后由能量累加电路对其进行累加以生成累加能量值。其中，能量累加电路又可称为能量桶，所述固定累加频率可用n次/秒表示，即每秒钟累加n次。
[0071] 与能量累加电路连接的比较电路设置有预设能量门限值PGAT，当累加能量值增大至预设能量门限值PGAT时，视为能量桶溢出，比较电路便输出定时器触发信号以触发定时器。容易理解的是，溢出后的能量桶将清零重新进行累加。
[0072] 一旦被触发后，与比较电路连接的定时器便输出预设时长的计时信号，从而由与定时器连接的脉冲生成电路依据所述计时信号而输出对应的脉冲信号作为电能计量信号。一般地，业内常称该脉冲信号为CF脉冲。
[0073] 由此可知，能量桶溢出一次，便产生一个CF脉冲输出，因此，单位时间内CF脉冲的输出个数与合相平均功率P成正比，直观体现了电能计量结果的大小。一般地，为方便计量，业内使用脉冲常数PulseConstant对CF脉冲的计量大小进行统一规定：若脉冲常数为PulseConstant＝1200imp/kW·h，则表示每1200个CF脉冲计量1度即1kW·h电(换算为国际单位则为3.6×106J)。具体地，预设能量门限值PGAT可具体由下式确定：
[0074] PGAT＝P·T·n；
[0075] 其中，P为合相平均功率，T为时间常数，T＝3.6×106/(PulseConstant·Un·In)，Un为额定电压，In为额定电路；n为固定累加频率。
[0076] 容易理解的是，当三相电路中的合相平均功率P较大即电能消耗过快时，CF脉冲的输出频率将上升。为了便于检测CF脉冲的输出频率，业内一般将CF脉冲设计为高电平持续时间为80ms、占空比为50％的方波。可想而知，当实际用电量过大、电能消耗过快时，相邻两个CF脉冲的间隔时间可能会出现小于160ms的情况。针对于该情况，则可对预设能量门限值PGAT进行
修改，例如修改为原值的1/2，令能量桶每溢出2次而产生一次CF脉冲。
[0077] 请参考图4和图5，图4和图5均为本申请实施例公开的一种CF脉冲的时序图。
[0078] 当修改了预设能量门限值PGAT之后，能量桶每溢出2次，定时器触发一次，输出一个预设时长为80ms的计时信号，当接收到计时信号后，脉冲生成电路开始输出CF脉冲的高电平。若定时器计时结束之前能量桶再次溢出，对应于用电量较大的情况，则脉冲生成电路开始输出低电平，以避免CF脉冲的高电平时间过长而影响下次输出，具体可对照参见图4；若定时器计时结束之前能量桶没有再次溢出，对应于用电量较小的情况，则脉冲生成电路在计时结束时开始输出低电平，具体可对照参见图5。
[0079] 本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0080] 还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0081] 以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。
