CN106532908B - 一种双芯电能表及其电源控制方法 - Google Patents

一种双芯电能表及其电源控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双芯电能表及其电源控制方法。所述双芯电能表包括:计量芯，用于实现电能计量功能；管理芯，用于实现非电能计量管理功能；以及电源管理控制模块，用于实现对计量芯和管理芯进行独立电源供给。其中，所述电源管理控制模块由主电源、时钟电池和停抄电池构成，其控制方法为当主电源上电时，所有电源均为主电源提供，且计量芯由独立的供电支路供电；当主电源断电时，由时钟电池为计量芯的时钟电路RTC提供电源，由停抄电池为管理芯提供电源；更换时钟电池时，由超级电容临时为计量芯中的时钟电路RTC提供电源。

Description

一种双芯电能表及其电源控制方法
技术领域
本发明涉及电能表领域，尤其涉及一种双芯电能表及其电源控制方法。
背景技术
随着客户需求的多元化，基于IR46标准的双芯电能表将会成为未来中国电能表的发展方向。双芯电能表要求计量芯(电能表中实现对电能计量统计的功能模块)和管理芯(电能表中实现数据传输、存储等的功能模块)分开，即计量芯和管理芯分开，并且计量部分可以独立工作。但是，目前我国电能表为一体式设计，即计量部分和非计量部分不做独立工作要求。电能表的电源部分，主要由主电源、停抄电池、时钟电池三路构成，其中停抄电池可更换，时钟电池不可更换。当主电源有电时，电能表由主电源提供所有消耗；主电源断电时，停抄电池优先供电；在停抄电池欠压时，由时钟电池供电。因此，现有的电源控制电路不能满足双芯电能表的独立供电要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种具有新型电源管理控制模块的双芯电能表。通过所述新型电源管理控制模块，能够为双芯电能表的计量芯和管理芯分别提供备用电源，从而满足双芯电能表为各个模块单独供电的要求。本发明中的双芯电能表包括:
计量芯，由时钟电路RTC和计量单元构成，用于实现电能计量功能；
管理芯，用于实现非电能计量管理功能，例如数据存储、数据传输功能等；以及
电源管理控制模块，用于实现对计量芯和管理芯进行独立电源供给，从而使得计量芯和管理芯能够独立工作。
优选地，所述电源管理控制模块包括：
主电源，其分别与计量芯中的计量单元和RTC以及与管理芯电连接，用于分别向计量芯中的计量单元和RTC以及向管理芯提供电源；
时钟电池，其与计量芯中的RTC电连接，用于在主电源断电后向计量芯提供电源；以及
停抄电池，其与管理芯电连接，用于在主电源断电后向管理芯提供电源。
优选地，所述电源管理控制模块还包括一个第一二极管，所述第一二极管串联在时钟电池与RTC之间，阳极和时钟电池电连接，且阴极与RTC电连接，所述第一二极管用于当主电源上电时，阻止时钟电池向RTC提供电源。
优选地，所述电源管理控制模块还包括一个第二二极管，所述第二二极管串联在主电源和第一二极管之间，阳极与主电源电连接，且阴极与第一二极管的阴极和RTC电连接，所述第二二极管用于当时钟电池工作时，阻止时钟电池向主电源充电。
优选地，所述电源管理控制模块还包括一个超级电容，其位于第二二极管和RTC之间，其作用在于当主电源或时钟电池供电时，对所述超级电容充电，当主电源断电且时钟电池欠压或时钟电池更换时，所述超级电容向RTC提供电源。
优选地，所述电源管理控制模块还包括一个第三二极管，其串联在停抄电池和管理芯之间，阳极与停抄电池电连接，且阴极和管理芯电连接，所述第三二极管用于当主电源上电时，阻止停抄电池向管理芯提供电源。
优选地，所述电源管理控制模块还包括一个第四二极管，其位于主电源与管理芯之间，阳极与主电源电连接，且阴极与第三二极管的阴极和管理芯电连接，所述第四二极管用于当停抄电池工作时，阻止停抄电池向主电源充电。
优选地，为了满足电能表断电时进行电源异常和全失压等事件检测，所述电源管理控制模块还包括一个受控开关，所述受控开关设置在计量芯中的计量单元和第三二极管的阴极之间，且与控制其开合的管理芯中的管理芯片电连接。当主电源断电时，计量单元能够通过管理芯控制受控开关的开合来进行一次检测，从而保证计量芯有效地完成检测过程。
优选地，所述双芯电能表的管理芯还包括背光单元，所述背光单元与主电源电连接。
优选地，所述双芯电能表的管理芯还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器与主电源电连接。
优选地，所述双芯电能表的管理芯还包括红外装置，所述红外装置与第四二极管的阴极电连接。
优选地，所述电源管理控制模块还包括五个电压变换单元，用于进行电路的电压变换，第一电压变换单元位于第一二极管和超级电容之间，第二电压变换单元位于第四二极管和管理芯之间，第三电压变换单元位于第二二极管和计量单元之间，第四电压变换单元位于主电源和第四二极管之间，第五电压变换单元位于停抄电池和第三二极管之间。
优选地，所述电源管理控制模块的电源控制方法包括：
当主电源上电时：
一条独立支路依次经过第四电压变换单元、第二二极管和第一电压变换单元降低电压后向计量芯中的时钟电路RTC和超级电容供电；
一条独立支路依次经过第四电压变换单元和第三电压变换单元降低电压后向计量芯中的计量单元供电；
一条独立支路依次经过第四电压变换单元、第四二极管和第二电压变换单元降低电压后向管理芯中的管理单元供电；
一条独立支路依次经过第四电压变换单元和第四二极管降低电压后向管理芯中的红外装置供电；
一条独立支路经过第四电压变换单元降低电压后向管理芯中的背光单元供电；
一条独立支路经过第四电压变换单元降低电压后向管理芯中的蜂鸣器供电；以及
通过第一二极管和第三二极管的截止阻止主电源向时钟电池和停抄电池充电；
当主电源断电时：
一条独立支路由时钟电池依次经过第一二极管和第一电压变换单元降低电压后为计量芯中的时钟电路RTC和超级电容供电；
一条独立支路由停抄电池依次经过第五电压变换单元、第三二极管和第二电压变换单元降低电压后为管理芯中的管理单元供电，且管理单元中的管理芯片控制受控开关的闭合，为计量芯中的计量单元供电，以保证计量芯片完成事件检测过程，例如电源异常和全失压等事件检测；
一条独立支路由停抄电池依次经过第五电压变换单元和第三二极管降低电压后为管理芯中的红外装置供电；
更换时钟电池时，由超级电容临时为计量芯中的时钟电路RTC提供电源，以保证计量芯的时钟准确；以及
通过第二二极管和第四二极管的截止阻止时钟电池和停抄电池向主电源充电。
综上所述，利用上述电源管理控制方法，无论在主电源上电时，还是在主电源断电时，均能实现对计量芯和管理芯进行独立电源供给，从而使得计量芯和管理芯能够独立工作，充分满足了具有计量芯和管理芯的电能表的单独供电要求。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式。
图1示出了根据本发明实施方式的具有新型电源管理控制模块的双芯电能表的电路结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式。本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1是根据本发明实施方式的具有新型电源管理控制模块的双芯电能表的电路结构图。如图1所示，根据本发明的优选实施方式，所述双芯电能表包括计量芯1、管理芯2和电源管理控制模块3。
优选地，计量芯1由计量单元11和时钟电路RTC12构成，用于实现电能计量功能。管理芯2用于实现电能表的非计量管理功能，例如数据存储、传输等功能；管理芯2包括管理单元21、红外装置22、背光单元23和蜂鸣器24等，管理单元21中设置有管理芯片(CPU)211、Flash缓存212以及通信单元213等。电源管理控制模块3内置于电能表中，用于对计量芯和管理芯进行独立电源供给。
优选地，所述电源管理控制模块3包括：主电源31，其分别与计量芯中的计量单元11和时钟电路RTC12以及管理芯2电连接，用于分别向计量芯中的计量单元11和时钟电路RTC12以及管理芯2提供电源；时钟电池33，其与计量芯1中的时钟电路RTC12电连接，用于在主电源断电后向计量芯1和超级电容36提供电源；以及停抄电池32，其与管理芯2电连接，用于在主电源31断电后向管理芯2提供电源。
优选地，所述电源管理控制模块3还包括一个第一二极管D1，所述第一二极管D1串联在时钟电池33与时钟电路RTC12之间，阳极和时钟电池3电连接，且阴极与时钟电路RTC12电连接，所述第一二极管D1用于当主电源31上电时，阻止时钟电池33向时钟电路RTC12提供电源。
优选地，所述电源管理控制模块3还包括一个第二二极管D2，所述第二二极管D2串联在主电源31和第一二极管D1之间，阳极与主电源31电连接，且阴极与第一二极管D1的阴极和时钟电路RTC12电连接，第二二极管D2用于当时钟电池33工作时，阻止时钟电池33向主电源31充电。
优选地，所述电源管理控制模块3还包括一个超级电容36，其位于第二二极管D2和时钟电路RTC12之间，其作用在于当主电源31或时钟电池33供电时，对超级电容36充电，当主电源31断电且时钟电池33欠压或时钟电池33更换时，超级电容36向时钟电路RTC12提供电源。
优选地，所述电源管理控制模块3还包括一个第三二极管D3，第三二极管D3串联在停抄电池32和管理芯2之间，阳极与停抄电池32电连接，且阴极和管理芯2电连接，第三二极管D3用于当主电源31上电时，阻止停抄电池32向管理芯2提供电源。
优选地，所述电源管理控制模块3还包括一个第四二极管D4，第四二极管D4位于主电源31与管理芯2之间，阳极与主电源31电连接，且阴极与第三二极管D3的阴极和管理芯2电连接，第四二极管D4用于当停抄电池32工作时，阻止停抄电池32向主电源31充电。
优选地，所述电源管理控制模块3还包括一个受控开关35，所述受控开关35设置在计量芯1中的计量单元11和第三二极管D3的阴极之间，且与控制其开合的管理芯2中的管理芯片211电连接。当主电源31断电时，计量单元11能够通过管理芯2控制受控开关35的开合来进行一次检测，从而保证计量芯1有效地完成检测过程。
优选地，所述双芯电能表的管理芯2还包括背光单元23，所述背光单23元与主电源31电连接。
优选地，所述双芯电能表的管理芯2还包括蜂鸣器24，所述蜂鸣器24与主电源31电连接。
优选地，所述双芯电能表的管理芯2还包括红外装置22，所述红外装置与第四二极管D4的阴极电连接。
优选地，所述电源管理控制模块还包括五个电压变换单元，用于进行电路的电压变换，第一电压变换单元341位于第一二极管D1和超级电容36之间，第二电压变换单元342位于第四二极管D4和管理芯2之间，第三电压变换单元343位于第二二极管D2和计量单元11之间，第四电压变换单元344位于主电源31和第四二极管D4之间，第五电压变换单元345位于停抄电池32和第三二极管D3之间。
由于在实际应用中，计量芯1和管理芯2中的管理单元21所需的电压为3.3V，红外装置22、背光单元23和蜂鸣器24所需电压较高，故当主电源31上电时，第四电压变换单元344将主电源31的电压变换为5.6V，5.6V的电压经D4和D2后降低为5V，5V的电压经第二电压变换单元342和第一电压变换单元341变换为3.3V后分别提供给管理芯2中的管理单元21和计量芯1中的时钟电路RTC12；
在另一条独立支路上，当主电源31上电时，第四电压变换单元344将主电源31的电压变换为5.6V后，经第三电压变换单元343变换为3.3V的电压提供给计量芯1的计量单元11；
红外装置22与D4的阴极直接连接，当主电源31上电时，第四电压变换单元344将主电源31的电压变换为5.6V，5.6V的电压经D4降低为5V后提供给红外装置22。
背光单元23和蜂鸣器24与第四变换单元344直接连接，当主电源31上电时，主电源31向背光单元23和蜂鸣器24提供5.6V的电压；
当主电源31上电时，D2和D4的阴极电压为5V，而D1和D3的阳极电压分别低于D2和D4的阴极电压，故D1和D3截止，从而阻止主电源31向时钟电池33和停抄电池32充电。
当主电源31上电时，主电源31向计量芯1中的时钟电路RTC提供电源的同时向超级电容36充电。
当主电源31断电时，时钟电池33向计量芯1中的时钟电路RTC12提供电源，其3.6V的电压经过D1并由第一电压变换单元341转换为3.3V的电压后提供给时钟电路RTC12；
当主电源31断电时，时钟电池33向计量芯1中的时钟电路RTC12提供电源的同时向超级电容36充电；
当主电源31断电，时钟电池33向时钟电路RTC12提供电源时，D2阴极电压高于阳极电压，D2截止，阻止时钟电池33向主电源31充电；
当主电源31断电时，停抄电池32向管理芯2中的管理单元21和红外装置22提供电源，其6V的电压经第五电压变换单元345转换为4.5V的电压，经第三二极管D3降低为4.2V后，一路直接提供给红外装置22，一路经第二电压变换单元342转换为3.3V的电压后提供给管理芯2中的管理单元21；
当主电源31断电时，停抄电池32向管理芯2中的管理单元21和红外装置22提供电源，D4阴极电压高于阳极电压，D4截止，阻止停抄电池32向主电源31充电；
当主电源31断电时，为了进行电源异常和全失压等事件的检测，管理芯片211控制受控开关35闭合，此时，计量单元11获得电源，管理芯片211向计量芯片113读取计量数据，以判断外部电力线是否有电，检测完成后管理芯片211控制受控开关35断开，计量单元11停止工作。
更换时钟电池33时，由超级电容36临时为计量芯1中的时钟电路RTC12提供电源，以保证计量芯1的时钟准确。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该(装置、组件等)”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (6)

1.一种双芯电能表，其特征在于，所述双芯电能表包括：
计量芯，由时钟电路RTC和计量单元构成，用于实现电能计量功能；
管理芯，用于实现非电能计量管理功能；以及
电源管理控制模块，用于实现对计量芯和管理芯进行独立电源供给，从而使得计量芯和管理芯能够独立工作，其包括：
主电源，其分别与计量芯中的计量单元和时钟电路RTC以及与管理芯电连接，用于分别向计量芯中的计量单元和时钟电路RTC以及向管理芯提供电源；
时钟电池，其与计量芯中的时钟电路RTC电连接，用于在主电源断电后向时钟电路RTC提供电源；
超级电容，其与计量芯中的时钟电路RTC电连接，用于当主电源或时钟电池供电时，由主电池或时钟电池对其充电，并且当主电源断电且时钟电池欠压或时钟电池更换时，由其向时钟电路RTC提供电源；
停抄电池，其与管理芯电连接，用于在主电源断电后向管理芯提供电源；
第一二极管，所述第一二极管串联在时钟电池与时钟电路RTC之间，阳极和时钟电池电连接，且阴极与时钟电路RTC电连接，所述第一二极管用于当主电源上电时，阻止时钟电池向时钟电路RTC提供电源；
第二二极管，所述第二二极管串联在主电源和第一二极管之间，阳极与主电源电连接，且阴极与第一二极管的阴极和时钟电路RTC电连接，所述第二二极管用于当时钟电池工作时，阻止时钟电池向主电源充电；
第三二极管，其串联在停抄电池和管理芯之间，所述第三二极管的阳极与停抄电池电连接，且阴极和管理芯电连接，所述第三二极管用于当主电源上电时，阻止停抄电池向管理芯提供电源；
第四二极管，其位于主电源与管理芯之间，阳极与主电源电连接，且阴极与第三二极管的阴极和管理芯电连接，所述第四二极管用于当停抄电池工作时，阻止停抄电池向主电源充电；以及
五个电压变换单元，用于进行电路的电压变换，第一电压变换单元位于第一二极管和超级电容之间，第二电压变换单元位于第四二极管和管理芯之间，第三电压变换单元位于第二二极管和计量单元之间，第四电压变换单元位于主电源和第四二极管之间，以及第五电压变换单元位于停抄电池和第三二极管之间。
2.根据权利要求1所述的双芯电能表，其特征在于，所述电源管理控制模块还包括一个受控开关，所述受控开关设置在计量芯中的计量单元和第三二极管的阴极之间，且与控制其开合的管理芯中的管理芯片电连接，用于在主电源断电时为计量单元供电，供其进行事件检测。
3.根据权利要求1所述的双芯电能表，其特征在于，所述管理芯还包括背光单元，所述背光单元与主电源电连接。
4.根据权利要求1所述的双芯电能表，其特征在于，所述管理芯还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器与主电源电连接。
5.根据权利要求3所述的双芯电能表，其特征在于，所述管理芯还包括红外装置，所述红外装置与第四二极管的阴极电连接。
6.根据权利要求5所述的双芯电能表，其特征在于，所述电源管理控制模块的电源控制方法包括：
当主电源上电时：
一条独立支路依次经过第四电压变换单元、第二二极管和第一电压变换单元降低电压后向计量芯中的时钟电路RTC和超级电容供电；
一条独立支路依次经过第四电压变换单元和第三电压变换单元降低电压后向计量芯中的计量单元供电；
一条独立支路依次经过第四电压变换单元、第四二极管和第二电压变换单元降低电压后向管理芯中的管理单元供电；
一条独立支路依次经过第四电压变换单元和第四二极管降低电压后向管理芯中的红外装置供电；
一条独立支路经过第四电压变换单元降低电压后向管理芯中的背光单元供电；
一条独立支路经过第四电压变换单元降低电压后向管理芯中的蜂鸣器供电；以及
通过第一二极管和第三二极管的截止阻止主电源向时钟电池和停抄电池充电；
当主电源断电时：
一条独立支路由时钟电池依次经过第一二极管和第一电压变换单元降低电压后为计量芯中的时钟电路RTC和超级电容供电；
一条独立支路由停抄电池依次经过第五电压变换单元、第三二极管和第二电压变换单元降低电压后为管理芯中的管理单元供电，且管理单元中的管理芯片控制受控开关的闭合，为计量芯中的计量单元供电，以保证计量芯片完成事件检测过程；
一条独立支路由停抄电池依次经过第五电压变换单元和第三二极管降低电压后为管理芯中的红外装置供电；
更换时钟电池时，由超级电容临时为计量芯中的RTC提供电源，以保证计量芯的时钟准确；以及
通过第二二极管和第四二极管的截止阻止时钟电池和停抄电池向主电源充电。
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