电量检测电路和负载设备的制作方法

1.本技术涉及电路领域，尤其涉及电量检测电路和负载设备。


背景技术：

2.家电设备，是目前家庭生活中的一种用品，目前的家电设备产品上一般会有标示有产品的功率和能耗，以供用户了解家电设备的整体耗能情况。现有用户想直接看到使用家电设备时所消耗的电量，依赖市场上单独的电量检测设备，但成本高，操作繁琐，使用不方便。


技术实现要素：

3.本技术提供电量检测电路和负载设备，以解决用户无法知道单次消耗的电量的技术问题。
4.第一方面，本技术提供一种电量检测电路，包括电流检测模块、电压检测模块以及电量计算模块，其中：
5.所述电流检测模块包括电流检测电阻，所述电流检测电阻的第一端与待测负载的一端连接，所述电流检测电阻的第二端接地，用于采集所述待测负载的电流；
6.所述电压检测模块的一端与所述待测负载的另一端连接，用于采集所述待测负载的电压；
7.所述电量计算模块的第一差分输入端与所述电流检测电阻的第一端连接，所述电量计算模块的第二差分输入端与所述电流检测电阻的第二端连接，所述电量计算模块的电压采集端与所述电压检测模块的另一端连接，所述电量计算模块用于根据所述电流检测模块采集到的电流和所述电压检测模块采集到的电压，确定所述待测负载消耗的电量。
8.在一些可能的实施例中，所述电流检测电阻的阻值小于预设阈值。
9.在一些可能的实施例中，所述电流检测电阻为金属膜电阻。
10.在一些可能的实施例中，所述电流检测模块还包括第一滤波单元和第二滤波单元；
11.所述电流检测电阻的第一端通过所述第一滤波单元与所述电量计算模块的第一差分输入端连接，所述电流检测电阻的第二端通过所述第二滤波单元与所述电量计算模块的第二差分输入端连接；
12.所述第一滤波单元和所述第二滤波单元分别用于滤除所述电流检测电阻两端的噪声。
13.在一些可能的实施例中，所述第一滤波单元包括第一电阻和第一电容；
14.所述第一电阻的一端与所述电流检测电阻的第一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一差分输入端和所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地；所述第二滤波单元包括第二电阻和第二电容；所述第二电阻的一端与所述电流检测电阻的第二端连接，所述第二电阻的另一端与所述第二差分输入端和所述第二电容的一端连接，所述第
二电容的另一端接地。
15.在一些可能的实施例中，所述电压检测模块包括由至少两个电阻组成的电阻分压网络，所述电阻分压网络包括至少一个第一分压电阻和第二分压电阻，所述至少一个第一分压电阻相互串联；所述待测负载的另一端通过所述至少一个第一分压电阻与所述电量计算模块的电压采集端和所述第二分压电阻的一端连接，所述第二分压电阻的另一端接地。
16.在一些可能的实施例中，所述电压检测模块还包括第三滤波单元，所述第三滤波单元与所述分压电阻并联连接，用于滤除外部干扰。
17.在一些可能的实施例中，所述第三滤波单元包括第三电容，所述第三电容与所述分压电阻并联连接。
18.第二方面，本技术提供一种负载设备，包括负载和电量检测电路，所述电量检测电路与所述负载连接，用于检测所述负载消耗的电量。
19.在一种可能的实施例中，所述负载设备还包括通信模块，所述通信模块与所述电量检测电路连接，用于将所述电量发送给外部设备。
20.在本技术的技术方案中，通过所述电流检测模块、所述电压检测模块以及所述电量计算模块的连接，可以实现对所述待测负载电量的检测，进一步地，所述电量计算模块的两个差分输入端分别与所述电流检测电阻的两端连接，通过差分处理得到的所述待测负载的电流值具有高精度高稳定性，使得根据所述电流值计算出的电量更加精准。
附图说明
21.图1为本技术实施例提供的一种电量检测电路的结构框图；
22.图2为本技术实施例提供的一种电量检测电路的电路原理图；
23.图3为本技术实施例提供的一种负载设备的结构框图。
具体实施方式
24.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
25.本技术的电量检测电路可应用于各种需要检测负载电量的电子设备。比如，手机、平板、电脑、家电设备(如空调、净化器、空气炸锅、电饭煲等)等等。
26.参见图1，图1为本技术实施例提供的一种电量检测电路的结构框图，如图1所述，所述电量检测电路10包括电流检测模块100、电压检测模块200以及电量计算模块300，其中，所述电流检测模块100用于检测待测负载的电流，所述电压检测模块200用于检测待测负载的电压，所述电量计算模块300用于接收所述电流检测模块100传输的电流以及电压检测模块200传输的电压，对所述电流和所述电压进行内部处理，确定待测负载的电量。本技术中的电量检测电路可用于检测待测负载的电流与电压，对所述电流、电压进行电量转化，可以实现对所述待测负载电量的检测。
27.进一步地，可参见图2，可参见图2为本技术实施提供的电路原理图。所述电流检测模块包括电流检测电阻r0、第一滤波单元1001以及第二滤波单元1002。其中，电流检测电阻r0的阻值小于预设阈值，优选为1～3mω。应理解的是，电流检测电阻的阻值可根据电量检测电路所适用的负载设备的功率和后续介绍的频率处理器的具体型号进行设置。具体地，所述电流检测电阻r0可以为金属膜电阻，比如合金电阻等，优选地，电流检测电阻可以为康
铜丝电阻。所述电流检测电阻r0的第一端与待检测负载201的一端连接，所述电流检测电阻r0的第二端接地(这里的接地指的是虚拟地)，用于采集所述待检测负载201的电流，所述待测负载201可以是各种需要被检测电量的电量消耗部件，如电热管、发热丝等。所述电流检测电阻r0连接在电路的l线上，所述待测负载201一端与电路的n端相连，一端与电路的l端相连，使得所述待测负载201通过l线与所述电流检测电阻r0串联。此外，所述电流检测电阻r0的第一端通过所述第一滤波单元1001与所述电量计算模块300的第一差分输入端ip连接，所述电流检测电阻r0的而另一端通过所述第二滤波单元1002与所述电量计算模块300的第二差分输入端in连接，使得检测的所述待测负载201的电流信号能够通过所述第一差分端ip和第二差分端in输入至电量计算模块300。由于电流检测电阻采用金属膜电阻，如合金电阻，并且阻值较小，具有高精度高稳定性，通过差分处理得到的所述待测负载的电流值精确度较高，使得根据所述电流值计算出的电量更加精准。
28.其中，所述第一滤波单元1001和所述第二滤波单元1002分别用于滤除所述电流检测电阻r0两端的噪声。其中，所述第一滤波单元1001包括第一电阻r1和第一电容r2，所述第一电阻r1与第一电容r2连接可构成一个rc电路(rc滤波器)，所述第一电阻r1在电路中起限流作用，所述第一电容c1在电路中的作用是平滑滤波，所述噪音信号主要是短时间的突变波形，而所述第一电容c1能够使得突变变得平缓，从而实现降噪效果。所述第一电阻r1的一端与所述电流检测电阻r0的第一端连接，所述第一电阻r1的另一端与所述第一差分输入端ip和所述第一电容c1的一端连接，所述第一电容c1的另一端接地。同样地，所述第二滤波单元1002包括第二电阻r2和第二电容c2，所述第二电阻r2与第二电容c2也构成一个rc电路(rc滤波器)，所述第二电阻r2在电路中起限流作用，所述第一电容c2在电路中的作用是平滑滤波，所述第二电容c2能够使得噪音信号突变变得平缓，从而实现降噪效果。所述第二电阻r2的一端与所述电流检测电阻r0的第二端连接，所述第二电阻r2的另一端与所述第二差分输入端in和所述第二电容2002的一端连接，所述第二电容c2的另一端接地。通过滤波单元滤除电流检测电阻两端的噪声，能够使得检测到的待测负载的电流更加准确。
29.所述电压检测模块包括电阻分压网络2001和第三滤波单元2002，其中，所述电阻分压网络2001至少由两个电阻组成，其中包括至少一个第一分压电阻r4和第二分压电阻r3，至少一个第一分压电阻r4相互串联，所述待测负载201的另一端通过所述至少一个第一分压电阻r4与所述电量计算模块300的电压采集端vp和第二分压电阻r3的一端连接，所述第二分压电阻r3另一端接地。应理解的是，为了保证采集到的负载的电压的准确度，上述至少一个第一分压电阻r4的阻值之和应远大于第二分压电阻r3的阻值，从而使得采集到的电压足够接近于负载的电压。
30.其中，所述第三滤波单元2001包括第三电容c3，所述第三电容c3与所述分压电阻r3并联连接，用于对待测负载201的电压进行滤除外部干扰，比如外部的高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统、外部大功率的设备在空间产生很强的磁场，通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统、空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰、工作环境温度不稳定，引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰等。通过在分压电阻两端并联连接滤波单元，能够滤除外部干扰，从而使得测得的电压更加稳定可靠。
31.所述电量计算模块300包括交流-直流转换模块3001、数字-频率转换模块3002以及频率处理器3003。其中，所述数字-频率转换模块中还可以包括低通滤波器，所述低通滤
波器用于将所述瞬态功率信号转化成能量信息。所述数字-频率转换模块3002用于将能量信号转换成周期性的能量脉冲信号频率，所述频率处理器3003用于数据信号转化以及数字信号传输，所述数据信号包括所述功率值、所述有效电流以及所述有效电压，所述频率处理器3003可以为mcu模块。所述交流-直流转换模块3001用于将交流信号转换为直流信号使用，比如整流器，通过整流、滤波、稳压把交流转换成直流，通过整流把交流电压变化为单向脉动电压，再通过滤波把为单向脉动电压变为带有少量交流纹波的不太稳定的直流电压，再经过稳压就得到稳定的高质量直流电压。
32.所述数字-频率转换模块3002的vdd端连接交流-直流转换模块3001，并且所述交流-直流转换模块3001与电路的l线、n线相连接。此外，所述数字-频率转换模块3002通过cf端、cf1端以及sel端与频率处理器3003相连接，能够使得所述数字-频率转换模块3002的所述待测负载201的能量脉冲信号频率通过cf端、cf1端以及sel端传输至所述频率处理器。
33.以下对图2所示的电路工作原理进行具体介绍。
34.电流检测的具体工作原理为：所述待测负载201的电流信号通过电路的l线流过所述电流检测电阻r0，所述电流检测电阻r0对所述电流信号进行电流检测，同时所述第一滤波单元1001与第二滤波单元1002对所述电流检测电阻r0两端进行滤波处理，减少所述电流检测电阻r0两端的噪音，提高电流检测电阻r0对所述待测负载201的电流信号检测结果的精确度。具体地，获取所述电流检测电阻r0两端的电压值，根据所述电压值和所述电流检测电阻r0的电阻值确定两端的电流信号，经过所述电流检测电阻r0的所待测负载201的所述电流信号差分输入ip和in，得到所述待测负载201的电流值。
35.电压检测的具体工作原理为：所述待测负载201的电压信号经过所述电阻分压网络2001，经过所述电阻分压网络2001的所述电压信号输入至所述电量计算模块300的vp端，得到所述待测负载201的电压大小。
36.电量检测的具体工作原理为：所述电量计算模块300获取输入至ip与in端的所述待测负载201的电流值以及输入至vp端的所述待测负载201的电压值后，根据所述电压值与所述电流值计算所述待测负载201的功率值、有效电流以及有效电压，以实现电量检测。
37.具体地，首先，数字-频率转换模块3002根据获取输入至ip与in端的所述待测负载201的电流值以及输入至vp端的所述待测负载201的电压值，确定所述待测负载201的第一能量脉冲信号频率、第二能量脉冲信号频率以及第三能量脉冲信号频率。
38.一种可能的实施方式中，通过对所述电压值和所述电流值求乘积得到瞬态功率信号，所述瞬态功率信号用来反映功率随时间变化的信息。假设所述电流信号、电压信号为余弦函数，并存在相位差φ，通过数字乘法器将所述电流信号、电压信号得到所述瞬态功率信号，所述瞬态功率信号可以用如下公式求得:
39.p(t)＝vcos(wt)
×
icos(wt ф)
40.待获取所述瞬态功率信号后，将所述瞬态功率信号转化成第一能量脉冲信号频率，具体地，让瞬态功率信号通过一个频率很低(如1hz)的低通滤波器，所述低通滤波器将所述瞬态功率信号取出来，并将所述瞬态功率信号对时间进行积分得到所述能量信息。其中，如果所述时间较长时，则将所述瞬态功率信号对较长的时间进行积分，得到的是所述能量信息为平均能量信息。所述能量信息通过低通滤波器送入至数字-频率转换模块3002，所述数字-频率转换模块3002将所述能量信号转换成周期性的能量脉冲信号频率，其中，所述
能量脉冲信号频率与能量信号成正比。
41.所述数字-频率转换模块3002将所述能量信号转换成周期性的第一能量脉冲信号频率的同时，所述数字-频率转换模块3002将所述电流值、所述电压值转换成相应的第二能量脉冲信号频率、第三能量脉冲信号频率。
42.然后，根据所述待测负载201的第一能量脉冲信号频率、第二能量脉冲信号频率以及第三能量脉冲信号频率，确定所述待测负载201的相应的功率值、有效电流以及有效电压。
43.在一种可能的实施方式中，所述数字-频率转化模块3002以高电平的有效方式将所述第一能量脉冲信号频率、第二能量脉冲信号频率以及第三能量脉冲信号频率从cf端、cf1端输送至频率处理模块3003，频率处理模块3003将接收到的所述第一能量脉冲信号频率、第二能量脉冲信号频率以及第三能量脉冲信号频率转换成相应的功率值、有效电流以及有效电压。
44.上述介绍的电量检测电路可以适用于多种负载设备，下面对含有上述电量检测电路的负载设备进行介绍。
45.可参见图3，可参见图3为本技术实施提供的负载设备的结构框图。所述负载设备包括所述待测负载201和所述电量检测电路10，所述电量检测电路10与所述待测负载201连接，用于检测所述负载消耗的电量。
46.可选地，所述负载设备201还包括通信模块202和外部设备203，所述通信模块202与所述电量检测电路10连接，用于将所述电量发送给外部设备203，所述外部设备203是用来对电量进行显示的设备，如app等。所述通信模块202可以为wifi模块，用于传输检测到的数据信号至所述外部设备203。
47.所述负载设备根据所述功率值、所述有效电流以及有效电压显示电量。
48.在一种可能的实施方式中，所述待测负载201的电量通过外部设备203来显示，比如终端设备(如手机、平板电脑等)，将所述频率处理器3003与所述通信模块202进行连接，所述频率处理器3003转换得到的所述数据信号基于所述通信模块202传输至所述外部设备203，所述外部设备203接收所述数据信号，并将所述数据信号转换成电量，并根据所述电量计算电费，以显示所述电量以及相应的电费。
49.上述可知，在本技术的技术方案中，所述电流检测电阻的第一端通过所述第一滤波单元与所述电量计算模块的第一差分输入端连接，所述电流检测电阻的第二端通过所述第二滤波单元与所述电量计算模块的第二差分输入端连接，使得能够通过第一滤波单元与第二滤波单元减小所述电流检测电阻两端的噪音，此外，对第一差分输入端接收的电流与第二差分端输入端接收的电流进行差分处理，使得达流检测模块检测的电流具有高精度高稳定性。同样地，将所述第三滤波单元与所述分压电阻并联连接，对所述第三滤波单元对电压信号进行滤除外部干扰，使得测量电压更加稳定可靠。因此，通过上述检测到的电流和电压传输至所述电量计算模块，使得所述电量计算模块检测到的所述负载设备的电量更加精确、稳定、有效。
50.以上所揭露的仅为本技术较佳实施例而已，当然不能以此来限定本技术之权利范围，因此依本技术权利要求所作的等同变化，仍属本技术所涵盖的范围。