[实用新型]电能计量芯片和智能电表

说明书

本实用新型公开了一种电能计量芯片和智能电表，其中电能计量芯片包括ADC、隔离单元、通信单元；ADC用于接收外部采样信号，并将外部采样信号转换为数字信号；隔离单元用于对数字信号进行电气隔离，并用于输出隔离后信号；通信单元用于接收隔离后信号，并用于输出电能计量信号。本实用新型降低了电能计量芯片的成本，实现了电能计量芯片与计量MCU的高速传输，并使得智能电表节省了晶体，降低了智能电表的成本；本实用新型还在智能电表实现了电能计量芯片与计量MCU共用同一个电源，降低了电压器的设计难度。

技术领域

本实用新型属于智能电表技术领域，尤其涉及一种电能计量芯片和智能电表。

背景技术

为了满足计量的需要，参照图1，智能电表包括两颗MCU(微控制器)，一颗为计量MCU，一颗为管理MCU。计量MCU主要满足电能计量程序运行、数据处理等功能。该智能电表中，现有电能计量芯片完成电能计量计算、功率计算功能，然后计量MCU通过读取电能表中寄存器的方式，保存电量或其他数据。这种设计简单实用，但不足之处在于：

1、晶体数量多。为了保证计量MCU、管理MCU的运行，为了保证现有电能计量芯片的精度，以及计量和管理互不影响的需要，必须在每个芯片外部接入一个晶体作为内部时钟源。如图1所示，第一晶体作为现有电能计量芯片的时钟源；第二晶体作为计量MCU的时钟源；第三晶体作为管理MCU的时钟源。如图2所示，现有电能计量芯片的时钟电路接收第一晶体的晶振信号后，向ADC(模数转换器)等模块输出时钟信号。多个晶体带来较高的成本。之所以在这种设计中无法把计量MCU和现有电能计量芯片共用晶体，原因在于现有电能计量芯片的时钟一般在2兆赫兹左右，通过隔离光耦无法传输如此快速的时钟信号，因此无法省略一个晶体。

2、增加变压器设计难度。现有电能计量芯片和计量MCU之间需要进行强弱电隔离，因此对于供电的隔离，是采用变压器分开供电的方式，变压器分别为而对于通信的隔离，采用隔离光耦进行隔离。而针对计量的需要，计量MCU和管理MCU也需要相对独立。参照图1，变压器分别为现有电能计量芯片、计量MCU、管理MCU供电，这就要求变压器设计必须多路隔离，这导致变压器的设计难度极大的增加，并且增加了变压器设计的不稳定性。

3、不利于电能质量分析。参照图2，现有电能计量芯片均是将电流、电压采样后生成外部采样信号，外部采样信号通过高精度的ADC完成“模拟-数字”的转换，送入数字信号处理模块进行运算，然后将计算完成的累积电量、功率、电流测量值、电压测量值等存入寄存器。然后计量MCU通过UART接口从寄存器中读取这些数据。但是随着智能电表要求的提高，现在需要对用电的特征进行分析，就需要将采集来的原始波形量等通过波形分析、傅里叶展开等方式进行运算和分析，现有电能计量芯片是无法完成的。原因在于：一，这些分析需要较大的运算量，现有电能计量芯片的配置是无法完成的，需要MCU配合完成，但是以现有电能计量芯片的接口速度，寄存器空间等限制，这些数据均无法完全传输至计量MCU；二，由于安全隔离的考虑，现有电能计量芯片和计量MCU中有隔离光耦，隔离光耦的传输速率大多也就几十千比特/秒，而这些电能波形数据需要至少几百千比特/秒到3兆比特/秒以上的传输速度，因此这样的设计方式几乎不能完成电能质量分析。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术的智能电表的晶体数量多、成本高，增加了变压器设计难度，不利于电能质量分析的缺陷，提供一种电能计量芯片和电表。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本实用新型提供一种电能计量芯片，电能计量芯片包括ADC、隔离单元、通信单元；ADC的输出端与隔离单元的输入端电连接，通信单元包括数据输入端和数据输出端，隔离单元的输出端与数据输入端电连接；

ADC的输入端用于接收外部采样信号，ADC用于将外部采样信号转换为数字信号并输出；

隔离单元的输入端用于接收数字信号，隔离单元用于对数字信号进行电气隔离，并用于输出隔离后信号；