一种微型罗氏线圈计量装置的制作方法

1.本实用新型属于计量模组技术领域，具体涉及一种微型罗氏线圈计量装置。


背景技术：

2.为了实现碳达峰和碳中和的目标，实时有效的监控大功率设备将成为常态。同时这些实时数据也会让大功率设备成为万物互联的一份子。不管在企业还是家庭中，各个设备和家电的监控可以有效的预知安全隐患，查找异常。
3.在现今用电设备万物物联的时代，计量参数和运行状态作为一个用电设备必不可少的元素进入网络，而无论在工厂还是家庭，只有总表接入的情况下必然满足不了这个需求，因此各种传感器应运而生；对于用电设备，如果能在接口直接挂载就能实现计量那更是可以大大的方便物联网的推广。近年来随着客户需求的不断丰富、多样，集成化设计也被推上浪尖，集成化设计满足了多样化的需求，也可以节省布线空间、便于用户安装。但是市场上现有的计量装置多数产品还是体积大、重量大、安装复杂、成本高。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种微型罗氏线圈计量装置，可以以极小的体积方便的直接挂载使用，便于用户直接安装，且除外部电源线外无外露端子，更加安全可靠。
5.为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：
6.一种微型罗氏线圈计量装置，包括集成电路，具体包括电源电路、采样电路、通信电路、计量电路和led指示电路，所述电源电路分别连接通信电路和计量电路并输出低压电源至通信电路和计量电路，所述通信电路和计量电路相互通信连接且均连接led指示电路，所述采样电路包括电压采样电路和电流采样电路并连接计量电路，所述电流采样电路包括罗氏线圈采样输入。本实用新型可以用于电能计量，既不占用空间，又能提前预知电流过载问题，本实用新型通过罗氏线圈能大大减小计量装置的安装体积，大功率设备也可以配套微型罗氏线圈计量装置进行计量，配合外围高度集成的设计，能够在现有的设备基础上直接进行升级，实现计量监控。
7.进一步的，电源电路包括阻容降压电路和dc-dc降压电路，所述阻容降压电路包括依次连接的第一输入端、贴片电容、贴片电阻、交直流电桥、稳压二极管和第一输出端。本实用新型电源电路使用阻容降压和dc-dc降压组合的方式，可以在使用小体积电容的情况下保证较高的输出功率，使得整体电源体积大大的降低。
8.进一步的，dc-dc降压电路包括第二输入端、dc-dc降压芯片和第二输出端；所述第一输入端连接输入电源，第一输出端的输出电压为第二输入端的输入电压，第二输出端输出3.3v电源。本实用新型分两次将常规输入电源最后降至3.3v输出，能够在dc-dc二次降压时有效地放大电流。
9.进一步的，电压采样电路包括与输入电源连接的分压电路，并且电压采样电路输
出电压采样源至计量电路；所述罗氏线圈通过连接器接入并输出电流采样源至计量电路。本实用新型电压采样使用分压的方式，电流采样采用罗氏线圈输入，能够在加大电源功率的同时又保证了精度。
10.进一步的，通信电路包括蓝牙soc电路，所述蓝牙soc电路包括相互连接的低功耗蓝牙芯片和pcb天线。本实用新型采用pcb天线可以更好的节省空间。
11.进一步的，低功耗蓝牙芯片包括低功耗32位处理器的st17h66。本实用新型采用低功耗32位处理器的st17h66，该芯片集成ble5.2协议，外部设备或者手机也可以直接通过蓝牙进行连接，读取实时计量参数和电量数据。
12.进一步的，计量电路包括支持罗氏线圈计量的采样计量芯片和与采样计量芯片连接的有源晶振，所述计量电路输出指示电能计量脉冲。本实用新型采用采样计量芯片，并且设置有有源晶振，不仅可以支持罗氏线圈计量，还能提供电压、电流、多种功率以及脉冲输出等，且具有谐波分析功能，可以更好地监控电网状态。
13.进一步的，蓝牙soc电路通过uart与计量电路相互通信连接。通过通用异步收发传输器uart进行通信，仅使用两条线路就可以实现，连接关系简单，便于集成。
14.进一步的，led指示电路包括双色led，所述双色led包括连接指示电能计量脉冲的指示计量灯和与低功耗蓝牙芯片连接的通讯状态灯。本实用新型通过指示计量灯和通讯状态灯分别指示计量和通讯状态,便于直观地得到装置的计量状态和运行状态。
15.与现有的技术相比，本实用新型的优点在于：
16.1.本实用新型一种微型罗氏线圈计量装置可以配合断路器或者空气开关，或者用电设备使用的带蓝牙的电能计量模组，具备集成化设计，可以以极小的体积实现计量、告警等功能，且基于罗氏线圈采样，具有电流可实时测量、响应速度快、相位误差小的特点；
17.2.本实用新型采用电压二级降压，大大的缩小了电源体积，结合罗氏线圈的小体积，能实现小体积测大电流的功能；
18.3.本实用新型采用ble5.2技术，在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本，支持mesh组网集抄、手机直接抄读；
19.4.本实用新型采用无端子设计，只需外接电压线，穿管电流即可实现安装，可以方便的安装在现有断路器后端、电器前端。
20.本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
21.图1是本实用新型一种微型罗氏线圈计量装置的结构示意图；
22.图2是本实用新型电源电路的电路图；
23.图3是本实用新型采样电路的电路图；
24.图4是本实用新型通信电路的电路图；
25.图5是本实用新型计量电路的电路图；
26.图6是本实用新型led指示电路的电路图。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
28.如图1所示，本实施例一种微型罗氏线圈计量装置，包括集成电路，具体包括电源电路、采样电路、通信电路、计量电路和led指示电路，所述电源电路分别连接通信电路和计量电路并输出低压电源至通信电路和计量电路，所述通信电路和计量电路相互通信连接且均连接led指示电路，所述采样电路包括电压采样电路和电流采样电路并连接计量电路，所述电流采样电路包括罗氏线圈采样输入。本实施例可以用于电能计量并提前预知电流过载，既不占用空间，又能实现计量装置的功能，本实施例通过罗氏线圈能大大减小计量装置的安装体积，大功率设备也可以配套该小型罗氏线圈进行计量，再配合外围高度集成的设计，能够在现有的设备基础上直接进行升级，实现计量监控。
29.如图2所示，本实施例电源电路包括阻容降压电路和dc-dc降压电路，所述阻容降压电路包括依次连接的第一输入端、贴片电容、贴片电阻、交直流电桥、稳压二极管和第一输出端。本实施例电源电路使用阻容降压和dc-dc降压组合的方式，可以使用较低的电容，保证较高的输出功率，使得整体电源体积大大的降低。
30.本实施例dc-dc降压电路包括第二输入端、dc-dc降压芯片和第二输出端；所述第一输入端连接220v交流输入电源，第一输出端的输出电压为第二输入端的输入电压，第二输出端输出3.3v电源。
31.本实施例的电源使用阻容降压和dc-dc降压组合的方式，分两次分别将电源220v交流降至30v，再从30v降至3.3v输出；相较于常规阻容降压至15v然后ldo降压至3.3v的方案，在30v和15v有一样的输出电流i，而本实施例dc-dc二次降压能在80％的效率下能有30/3.3*0.8＝7.2倍的电流放大。这样可以使用较低的c2电容，保证较高的输出功率，使得整体电源体积大大的降低。安规电容的大小可以不再是阻碍阻容降压功率的限制；整体模块的功耗也会大大降低。
32.本实施例电源电路以网络“l”和“n”作为整个微型罗氏线圈计量装置的电源输入，网络“vdd”作为低压电源的输出，可以为通信电路和计量电路提供电源。
33.本实施例dc-dc降压芯片选取的是jw5018，还可以选择相同电压和功率范围的器件，比如v5500,sy8263(dcdc转换器),ft3084等等，用户可根据需求和其他因素总结考虑选取对应的dc-dc降压芯片。
34.如图3所示，本实施例包括与输入电源连接的分压电路，电压采样电路输出电压采样源至计量电路；所述罗氏线圈通过连接器接入并输出电流采样源至计量电路。
35.本实施例电压采样使用分压的方式；电流采样采用罗氏线圈输入。本实施例区别于常规阻容降压计量，前端半波整流，后端火线作为计量参考地的形式，使用了电源全波整流，中间电压采样的方式，在加大电源功率的同时又保证了精度。
36.图3左侧为电压采样线路，网络“l”和“n”,同电源输入，输出“up”和“gnd”作为采样源提供给计量afe模块作为电压采样；右侧为罗氏线圈电流采样线路，罗氏线圈由“j1”接入，输出“iap”和“ian”输出给计量afe模块作为电流采样。
37.如图4所示，本实施例通信电路包括蓝牙soc电路，所述蓝牙soc电路包括相互连接的低功耗蓝牙芯片和pcb天线。低功耗蓝牙芯片包括低功耗32位处理器的st17h66。
38.本实施例蓝牙soc为主控，采用st17h66，该芯片为低功耗32位处理器，集成ble5.2协议，外部设备或者手机可以直接通过蓝牙进行连接，读取实时计量参数和电量数据。引脚分别是图4中的tx2和rx2；蓝牙soc电路由vdd提供的3.3v电源供给；使用pcb天线可以更好的节省空间。本实施例中的soc也可以选择同品牌的st17h65。
39.如图5所示，本实施例计量电路包括支持罗氏线圈计量的采样计量芯片和与采样计量芯片连接的有源晶振，所述计量电路输出指示电能计量脉冲。
40.本实施例计量电路为计量afe模块，由vdd提供的3.3v电源供给，主要采用了v9360电压电流采样计量芯片，可以支持罗氏线圈计量，也能够提供电压、电流、多种功率以及脉冲输出等，且具有谐波分析功能，可以更好地监控电网状态。图5中ian、iap为电流采样输入，uap、gnd是电压采样输入。rx2和tx2负责和主控蓝牙soc通讯，cf1输出指示电能计量脉冲。
41.本实施例蓝牙soc电路通过uart与计量电路相互通信连接。通过通用异步收发传输器uart进行通信，仅使用两条线路就可以实现，连接关系简单，便于集成。
42.如图6所示，本实施例led指示电路包括双色led，所述双色led包括连接指示电能计量脉冲的指示计量灯和与低功耗蓝牙芯片连接的通讯状态灯。本实施例使用双色led，通过cf1和cf2-1分别指示计量和通讯状态，用于观察装置的运行状态，便于直观地得出装置的计量状态和运行状态。
43.本实用新型采用罗氏线圈采样，罗氏线圈不含铁磁性材料，无磁滞效应，几乎为零的相位误差，无磁饱和现象，因而测量范围可从数安培到数百千安的电流，结构简单，并且和被测电流之间没有直接的电路联系，响应频带宽0.1hz-1mhz；与带铁芯的传统互感器相比，罗氏线圈具有测量范围宽，精度高，稳定可靠，响应频带宽，体积小、重量轻、安全且符合环保要求。
44.本实用新型微型罗氏线圈计量装置可以用在计量断路器后端或者空气开关后端、各个用电设备之前，用于电能计量和提前预知电流过载，可以方便查找断路器或者空气开关断开的原因，既不占用空间，又能实现功能。微型罗氏线圈计量装置还可以作为一个联网计量终端，或者独立的计量装置，能够通过手机直接读取相应用电设备的各种信息。
45.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。