CN106597087A - 一种具有负载电压完全补偿功能的电力采集电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有限压功能的电力采集电路及方法，属于电力***电力采集技术。通过测试采集端与负载之间回路上的阻抗来测试两个电压值，计算出电压增益的幅值比例来进行补偿电压的反馈，经过精确计算的电压能够对这个原本的总负载电压进行完全补偿，以避免采集端中的损耗和电压波动，并通过限压电路来限定电压上限。所述具有限压功能的电力采集电路，包括采集端、检测电路，其中，所述检测电路进一步设置有：第一、第二传感电路，连接所述采集端且用于根据采集端输出的电流信号来获取第一、第二电压信号；所述采集端进一步设置有：限压电路，连接于所述第一、第二传感电路之间且用于将电压信号限定在一个预设值范围内。
Description
技术领域
本发明涉及电力***电力采集技术，更特定言之，本发明实施例涉及一种具有负载电压完全补偿功能的电力采集电路及负载电压完全补偿方法。
背景技术
常规电表的电压采集电路一般是采用分压电阻、电容或是霍尔采集等方式，其中采用霍尔采集的方式较为快速，例如锰铜分压方式，而缺点是成本较高，而且样品测试价格较高，很难在满足电气隔离的情况下做到电压稳定，因此需要做出改进。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明提供一种具有负载电压完全补偿功能的电力采集电路及负载电压完全补偿方法。所述电力采集电路包括采集端，用于连接外部电流模拟信号源以获取电流信号；检测电路，耦合于所述采集端且接出至负载电路，用于根据控制信号输出一个调制电压，其中，所述检测电路进一步设置有：第一传感电路，连接所述采集端且用于根据采集端输出的电流信号来获取一个第一电压信号；第二传感电路，连接所述采集端且用于根据采集端输出的电流信号来获取一个第二电压信号；所述采集端进一步设置有：限压电路，连接于所述第一、第二传感电路之间且用于将电压信号限定在一个预设值范围内。
在一个实施例中，在所述负载电路的旁路上设置电容器，以使得所述采集端在第一电压信号与第二电压信号状态下进行工作状态转换时作为一个低阻抗器件。
在一个实施例中，所述检测电路进一步包括一个次级检测电路，用以暂存第一电压值和一个第一调整电压，并控制所述采集端改变其输出电压以输出第二电压值和一个第二调整电压。
在一个实施例中，所述检测电路进一步包括一个比例调整电路，用于将所述的第一电压信号与第二电压信号的电压差值比例调整成一个与负载电路的全压降成一定比例的电压值。
在一个实施例中，所述检测电路进一步包括一个硬件状态机，用于控制所述检测电路在第一与第二电压信号之间的工作状态的切换。
电力采集电路的负载电压完全补偿方法，包括以下步骤：
在第一电压信号状态下，通过检测电路根据采集端输出的电流信号来获取一个第一电压信号；第二电压信号状态下，通过所述检测电路根据采集端输出的电流信号来获取一个第二电压信号；比较所述第一电压信号与第二电压信号之间的差值，以此判定在采集端与负载电路之间是否存在压降幅值；根据一个第一控制状态电压来控制所述采集端输出一个第一调整电压；又根据一个第二控制状态电压来控制所述采集端输出一个第二调整电压；根据所述第一调整电压和第二调整电压，判断所述第一电压信号与第二电压信号两者间的差值，以此来获得一个第三电压，其中此第三电压是根据采集端与负载电路之间的电压幅值比例来决定的；根据所述第一电压信号，利用所得到的所述第三电压来获得一个补偿电压。
在一个实施例中，所述检测电路设计用以：获取和检测笫一、第二电压信号。
在一个实施例中，所述检测电路设计用以：根据一个第一控制状态电压来控制所述采集端输出一个第一调整电压；又根据一个第二控制状态电压（或者暂态改变所述采集端的输出电压）来控制所述采集端输出一个第二调整电压。
在另一个实施例中，所述检测电路设计用以：根据所述第一调整电压和第二调整电压，判断所述第一电压信号与第二电压信号两者间的差值，以此来获得一个第三电压，此第三电压是根据采集端与负载电路之间的电压幅值比例来决定的。
在一个实施例中，所述检测电路设计用以：根据第一电压信号，利用所得到的第三电压来获得一个补偿电压。
根据前述实施例，在所述负载旁路上设置电容器，以使得所述采集端在第一电压信号与第二电压信号状态下进行工作状态转换时作为一个低阻抗器件，且使得所述第一调整电压与第二调整电压之间的差值仅由采集端与负载电路之间的电气元件的阻抗来判定。
本发明实施例的技术效果是显而易见的，通过测试采集端与负载之间回路上的阻抗来测试两个电压值，计算出电压增益的幅值比例来进行补偿电压的反馈，经过精确计算的电压能够对这个原本的总负载电压进行完全补偿，以避免采集端中的损耗和电压波动，并通过限压电路来限定电压上限。同时，本发明电路可以作为一个芯片加以集成，其中的电路原理亦可通过芯片的内部布线来实现小型化，因此值得推广。
附图说明
本发明详尽技术方案将通过参照附图的方式加以详尽描述。附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明电路的主要功能结构电气图；
图2为本发明电路中采集端的部分电路原理图。
具体实施方式
参照图1，一种具有负载电压完全补偿功能的电力采集电路，包括采集端2，用于连接外部电流模拟信号源以获取电流信号；检测电路1，耦合于所述采集端2且接出至负载电路3，用于根据控制信号输出一个调制电压，其中，检测电路1进一步设置有：第一传感电路，连接所述采集端2且用于根据采集端2输出的电流信号I来获取一个第一电压信号Vl；第二传感电路，连接所述采集端且用于根据采集端2输出的电流信号I来获取一个第二电压信号V2；采集端2进一步设置有：限压电路Dl，连接于所述第一、第二传感电路之间且用于将电压信号限定在一个预设值范围内。
在一个实施例中，所述检测电路设计用以：获取和检测第一、第二信号，例如通过检测负载3回路上的阻抗损耗RSENSE或RLINE来检测电压信号。
在一个实施例中，所述检测电路设计用以：根据一个第一控制状态电压GAIN1来控制所述采集端2输出一个第一调整电压VOUTl；又根据一个第二控制状态电压GAIN2（或者暂态改变所述采集端的输出电压）来控制所述采集端2输出一个第二调整电压VOUT2。
在另一个实施例中，所述检测电路1设计用以：根据所述第一调整电压VOUT1和第二调整电压VOUT2，来判断第一电压信号Vl和第一电压信号V2两者间的差值，以此来获得一个第三电压GAIN3，此电压是根据所述采集端2与负载电路3之间的电压幅值比例（例如10%的增益比例，可以预设）来决定的。
在一个实施例中，所述检测电路1设计用以：根据第一电压信号Vl，利用所得到的第三电压GAIN3来获得一个补偿电压。
根据前述实施例，所述检测电路1进一步包括一个次级检测电路，（如图中的采样保持电路50、52、82、92，它们之间的连接方式如图1所绘示），用以暂存第一电压值Vl和一个第一调整电压VOUT1，并控制所述采集端2改变其输出电流以输出第二电压值V2和一个第二调整电压VOUT2。
根据前述实施例，所述检测电路1进一步包括一个比例调整电路，用于将所述的第一电压信号Vl和第一电压信号V2两者间的电压差值比例调整成一个与负载电路的全压降成一定比例的电压值。
根据前述实施例，所述检测电路进一步包括一个硬件状态机4，用于控制所述检测电路在第一与第二电压信号之间的工作状态的切换。
电力采集电路的负载电压完全补偿方法，包括以下步骤：
在第一电压信号状态下，通过检测电路根据采集端输出的电流信号来获取一个第一电压信号V1；第二电压信号状态下，通过所述检测电路根据采集端输出的电流信号来获取一个第二电压信号V2；比较所述第一电压信号与第二电压信号之间的差值，以此判定在采集端与负载电路之间是否存在压降幅值；根据一个第一控制状态电压GANI1来控制所述采集端输出一个第一调整电压VOUT1；又根据一个第二控制状态电压GAIN2来控制所述采集端输出一个第二调整电压VOUT2；根据所述第一调整电压VOUT1和第二调整电压VOUT2，判断所述第一电压信号V1与第二电压信号V2两者间的差值，以此来获得一个第三电压GAIN3，其中此第三电压是根据采集端2与负载电路3之间的电压幅值比例来决定的；根据第一电压信号V1，利用所得到的第三电压GAIN3来获得一个补偿电压。
以图1的电路为例来描述这个技术方案的技术意图。首先设置切换开关Sl，这样就可以实现在第一、第二传感电路之间的切换。在本发明中，第一、第二传感电路并没有具体的标记或数字字母代号，而是通过若干个元器件、芯片或交替组合使用的方式实现了输出不同电压/电流，而在本发明中，将具体描述如下：
因为使用了切换开关Sl，那么需要状态机4（例如一个DSP单片机设备）来周期性地输出控制信号，例如在Tl时间周期内，连接在一个正常采集状态，此刻采集端2的采集电流和电压逐渐升高至稳态，以提供一个电压Vl给负载3（即提供一个完全的负载电流给负载3），图1中的实施例提供一个反馈回路，在此状态下，采集端2采用这个输出回路中的实际恒定输出电压来产生一个反馈电压来实现调整。此时开关Sl通过引线22接触至反馈运放46，从而控制采集端2的占空比以保持输入至反馈放大器46中的输入电压恒定。例如，可在引线22上接出一个电容器（未绘示出）以及接地端导引线来作为基准源。
在Tl这个正常状态下，差分放大器80将采集端2与负载3回路上的一个电压加以放大，为了采集这个电压，使用一个低值电阻器RSENSE，通过状态机4输出一个激励源×GAIN1，放大器80输出一个表示负载3电流的电压VOUT1。
在回路14、15上的电流ILOAD达到稳态电流Il后，硬件状态机4控制采样保持电路82来存储这个VOUT1的数值（例如通过寄存器存储）。因此可以得知，VOUTl=GAIN1×Il×RSENSE。
同样地，当回路14、15上的电压达到稳态电压Vl后．状态机4控制另一个采样保持电路50来存储这个电压Vl，此时可以判断出Vl=VLOAD+(Il×RLINE)，其中VLOAD为负载3两端的电压，而RLINE为引线14、15上的总电阻值。
当以上情况都满足以后，硬件状态机4初始化电路，将投切开关Sl接触至差分放大器88，且状态机4输出一个更大的激励源GAIN2给差分放大器80，使得放大器80产生一个输出电压VOUT2，从而这个反馈回路控制采集端2以使得差分放大器88端输入的电压不变，即VOUT1=VOUT2。在ILOAD降低至一个等于Il×(GAINl/GAIN2)的值时，方能够实现不变。此输出电流的降低导致输出电压V2的降低，从而V2=VLOAD+(I2×RLINE)=VLOAD+Il×(GAINl/GAIN2)×RLINE。当输出电压V2达到稳态电压时，输出电压V2存储于采样保持电路52中，此时采集端不输出一个调整电压，而输出一个偏置电压。
通过减法器（例如比较电路）68产生Vl-V2，将此电压传输给采样保持电路92并加以暂存。按照前述，本发明的技术方案的一部分组成是通过将这个由于回路14、15上的小幅电流变化而产生的小幅电压差对采集电路加以补偿以实现采集端的输出稳定，这个Vl-V2作为一个小幅电压差即为所述的小幅电压差。采样保持电路92可产生一个激励源GATN3，即所述的第三电压，它等于VDROP/(V1-V2)=GAIN2/(GAIN2-GAINl)（即前述中的调整比例），用以完全补偿回路14、15上的实际电压。
所述的第三电压GATN3与一个基准漂74（电压幅值为VREF1）通过加法器75后相加产生一个补偿基准源VREF2，这个补偿基准源与采集端2的输出电压随后输出给反馈运放46。此刻，状态机4又控制投切开关Sl连接运放46的输出端，采集端2处于工作状态以保证输出电压符合VREF2，以补偿引线14、15上的总电压。
如图1所示的，在负载3的两端增加电容器42，以保障负载3上的负载电流呈现平滑的坡度变化。根据前述实施例，在所述负载旁路上设置电容器42，以使得在所述采集端2在第一电压与第二电压状态下进行工作状态转换时作为一个低阻抗器件，且使得所述第一调整电压与第二调整电压之间的差值仅由采集端与负载电路之间的电气元件的阻抗RLINE或RLOAD来判定。
图2进一步详细绘示了采集端2，其中特定地包括设置于线路I+与I-两极间的限压电路Dl，较佳为一个双向晶体管，或者可控硅等光电器件，以限定采集端2的输入电压不高于0.7V。
本发明的具体保护范围是通过所附权利要求加以限定的，应当了解，在前述实施例的基础上应该有很多的变化方式，皆应涵盖于此限定范围内。
Claims (6)
1.一种具有负载电压完全补偿功能的电力采集电路，包括采集端，用于连接外部电流模拟信号源以获取电流信号；检测电路，耦合于所述采集端且接出至负载电路，用于根据控制信号输出一个补偿电压，其特征在于：所述检测电路进一步设置有：第一传感电路，连接所述采集端且用于根据采集端输出的电流信号来获取一个第一电压信号；第二传感电路，连接所述采集端且用于根据采集端输出的电流信号来获取一个第二电压信号；所述采集端进一步设置有：限压电路，连接于所述第一、第二传感电路之间且用于将电压信号限定在一个预设值范围内。
2.根据权利要求1所述的一种具有负载电压完全补偿功能的电力采集电路，其特征在于：在所述负载电路的旁路上设置电容器，以使得在所述采集端在所述第一电压信号与第二电压信号状态下进行工作状态转换时作为一个低阻抗器件。
3.根据权利要求1所述的一种具有负载电压完全补偿功能的电力采集电路，其特征在于：所述检测电路进一步包括一个硬件状态机，用于控制所述检测电路在所述第一与第二电压信号之间的工作状态切换。
4.根据权利要求1所述的一种具有负载电压完全补偿功能的电力采集电路，其特征在于：所述检测电路进一步包括一个比例调整电路，用于将所述第一电压信号与第二电压信号的电压差值比例调整成一个与负载电路的全压降成一定比例的电压值。
5.根据权利要求1所述的一种具有负载电压完全补偿功能的电力采集电路，其特征在于：所述检测电路进一步包括一个次级检测电路，用以暂存所述第一电压信号和一个第一调整电压，并控制所述采集端改变其输出电流以输出所述第二电压信号和一个第二调整电压。
6.电力采集电路的负载电压完全补偿方法，其特征在于包括步骤：
在第一电压信号状态下，通过检测电路根据采集端输出的电流信号来获取一个第一电压信号；在第二电压信号状态下，通过所述检测电路根据采集端输出的电流信号来获取一个第二电压信号；比较所述第一电压信号与第二电压信号之间的差值，以此判定在所述采集端与负载电路之间是否存在压降幅值；根据一个第一控制状态电压来控制所述采集端输出所述第一调整电压；又根据一个第二控制状态电压来控制所述采集端输出所述第二调整电压；根据所述第一调整电压和第二调整电压，判断所述第一电压信号与第二电压信号两者间的差值，以此来获得一个第三电压，其中此第三电压是根据采集端与负载电路之间的电压幅值比例来决定的；根据所述第一电压信号，利用所得到的第三电压来获得一个补偿电压。
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