[实用新型]一种基于单周控制技术的计量芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于单周控制技术的计量芯片，属于微电子技术领域，尤其涉及一种电能计量芯片。

背景技术

我国是世界上最大的电能表应用大国，每年国家电网和南方电网总计需求约2200万台，目前我国的电能表主要有机械电能表、机电一体化电能表、长寿命电能表及全电子式电能表。由于电子工艺的发展与进步以及电能表技术的发展，全电子式电能表的可靠性、稳定性、经济性都有了极大的提高，目前全电子式电能表所占市场份额在70%左右，由于电能表牵涉到国家贸易结算和千家万户经济基础，根据市场需求，电能表必须不断增加功能，提高安全性和可靠性。

在目前的主流单相电能表，如图1所示，采用电能计量加脉冲计数器的结构，该方案包括电能计量模块及步进电机计数器，该方案在电能计量芯片中直接将功率转换为脉冲信号，由脉冲信号驱动步进计数器进行电能计数。方案非常简单，但步进脉冲计数器存在一些缺点，如计数器由于故障卡字，不能够正常计量电能等。而且，使用脉冲计数器的电能表存在抄表不方便，不能够自动抄表，为了抄表要耗费大量的人力、物力，这降低了工作效率，增加了人力物力的浪费。

为了解决电能表的缺点，目前有一些解决方案，如图2所示分立元件方法，该方案需要至少3～5颗芯片，包括电能计量芯片、单片机、外接存储器、LCD显示驱动芯片以及RS-485等通信接口芯片。该方法将电能计量芯片的脉冲输入单片机，由单片机完成电能计数，由单片机将电能数据存储到外接的存储芯片中，并由单片机控制LCD显示驱动芯片，将电能数据显示在显示器上。其RS485等通信接口可以完成电能数据传送等功能，可以实现自动抄表功能。

为了解决分立元件的方案带来的问题，中国实用新型专利公告号CN1490626A提供了一种复费率电能表专用芯片，其原理图如图3所示，在单芯片中集成了前述分立元件的所有功能，虽然该方案可以解决分立元件电能表带来的问题，但它同时引入新的缺点：芯片功能复杂，芯片的制造工艺也复杂，这就不能够很好的降低芯片成本，这降低了电能表的经济性；并且由于制造工艺不严谨，经常导致电能表芯片计算锁死、异常终止电能计量功能，给国家带来了很大经济损失。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述的缺陷，提供一种基于单周控制的计量芯片，解决脉冲计数器的卡字问题，降低电能表的设计复杂度，提高安全性和经济性；并提高电能表芯片设计的合理性，利用单周控制技术，避免电能表芯片计算锁死，能在电能计量异常时，在一个积分周期内重启，恢复正常计量功能。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于单周控制技术的计量芯片，本实用新型特征在于，由电压电流采样回路、单周采样及模数输出模块、功率计算及脉冲计数模块、电能计量模块、数码显示芯片、显示器依序连接构成，其中单周采样及模数输出模块还连接有单周控制及晶振时钟模块，电能计量模块分别连接有电能数据积分存储器、基准电压源、通信芯片，通信芯片分别设有RS-485接口和其它通信接口。

本实用新型功率计算及脉冲计数模块包括滤波电路、相位调整电路及乘法器，所述滤波电路、相位调整电路分别连接于所述乘法器的两输入端。

本实用新型单周采样及模数输出模块包括控制器、比较器、复位积分器及时钟组成，所述控制器、比较器、复位积分器及时钟分别连接于所述电压电流采样回路及功率计算及脉冲计数模块的两输入端。

电压电流采样回路，用于高准确度采集两路电信号；单周采样及模数输出模块，用于将两路输入模拟信号转换为高准确度两路数字信号；并采用单周技术控制积分采样回路；

功率计算及脉冲计数模块，用于将所述模数转换模块输出的两路信号经滤波、相位调整后相乘，并将乘积结果滤波后转换为周期脉冲信号输出；

电能计量模块，用于对功率计算模块输出的乘积脉冲进行计数，计数的结果即表示电能；

数码显示芯片及显示器，数码显示芯片用于提供显示器相关电能计量数据；将所述显示电能计算模块的计算结果传送至显示设备显示。

单周控制及晶振时钟模块，用于保持所述电能计量芯片在稳定的时钟输入及稳定电压情况下稳定工作，当电压非正常时，所述单周采样及模数输出模块内部电路将进入相应复位状态

电能数据积分存储器，用于采样积分方式对电能数据进行存储；

基准电压源，用于为所述电能计量芯片提供稳定的基准电压；

通信芯片、RS-485接口和其它通信接口，用于实现所述显示电能计量模块的计算结果与所述电能计量芯片外围装置间的数据交换，包括电能计量设备、电能量采集设备之间进行数据通信。