一种适用于DC1500V电压输入的直流电能表电路的制作方法

本技术涉及直流电能表，特别是涉及一种适用于dc1500v电压输入的直流电能表电路。

背景技术：

1、直流电能表在直流充电桩、太阳能光伏等领域起着越来越重要的作用，市场上常规直流电能表电压测量电路最大范围到dc1000v，根据标准iec61010-2-030(测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第2-030部分：试验和测量电路的特殊要求)，有些产品中高压测量信号(直流母线电压、电流)与低压信号(如mcu电路、rs485电路)之间的电气间隙和爬电距离只能满足过电压类别ii(过电压类别ii：由配电装置供电的耗能设备上所承受的过电压)的基本绝缘，达不到过电压类别iii(过电压类别iii：安装在配电装置中的设备，以及设备的使用安全性和适用性必需符合特殊要求者上所承受的过电压)的双重绝缘要求，这些产品在使用中存在电气安全隐患；目前直流电能表电压、电流输入普遍是四端子输入(电压信号正负端、电流信号正负端)，有些现场电压信号负端在直流母线负端不同接线位置会对分流器采样的电流信号精度有影响，当前太阳能光伏行业电压已达到dc1500v高压，市场上常规直流电能表已不满足dc1500v的安规要求，特别是在高过电压等级高海拔应用场合，由于高过电压等级和高海拔对产品安规性能的影响，对产品的电气间隙、爬电距离要求更加严格，太阳能光伏市场正在需求一款满足标准iec61010-2-030过电压类别iii、系统达到双重绝缘的dc1500v电压输入的直流电能表。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有技术存在的问题和不足，提供一种适用于dc1500v电压输入的直流电能表电路。

2、本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

3、本实用新型提供一种适用于dc1500v电压输入的直流电能表电路，其特点在于，其包括直流电能计量电路、隔离电路、mcu电路、通讯电路和电源电路。

4、直流电能计量电路中直流母线电压最大值为dc1500v、母线电流通过分流器采样，直流电能计量电路的三个输入端子u+端、i+端、i-端依次连接电力设备的直流母线电压正端u+和分流器的输出信号i+端、i-端，用于通过计量芯片测量直流母线电压、电流及电能电参量，并通过计量芯片的spi口与mcu电路中mcu的spi口进行数据交互。

5、隔离电路的输出端连接直流电能计量电路中计量芯片的spi口，隔离电路的输入端与mcu电路中mcu的spi口连接，隔离电路实现计量芯片与mcu的spi数字通讯，通过第一隔离电路和第二隔离电路两级隔离电路的串联，使直流电能计量电路与mcu电路的电气间隙、爬电距离满足dc1500v电压输入，过电压类别iii的双重绝缘要求。

6、mcu电路用于通过spi口读取计量芯片测量的电压、电流及电能电参量。

7、通讯电路用于对外提供rs485硬件接口与监控系统进行数据通讯，mcu电路通过串口与通讯电路连接。

8、电源电路用于通过开关变压器输出两路隔离的电源，分别与隔离电路、mcu电路及通讯电路连接，为隔离电路、mcu电路及通讯电路提供工作电源。

9、本实用新型的积极进步效果在于：

10、本实用新型一种适用于dc1500v电压输入的直流电能表电路，通过两级隔离电路，可以实现较大的电气间隙和爬电距离，解决常规直流电能表直流电压安规问题，特别是太阳能光伏行业dc1500v高压输入在高过电压等级高海拔应用场合，提高产品的安全性能，同时提出电压、电流三端子设计方案，解决常规直流电能表在有些现场电压信号负端连接直流母线负端位置不同对分流器采样的电流信号精度影响问题，减少用户接线，同时电能表辅助电源输入范围支持dc9v～36v，满足现场dc12v或dc24v不同的用户需求，产品使用更加灵活方便，提高了产品的市场竞争力。

技术特征：

1.一种适用于dc1500v电压输入的直流电能表电路，其特征在于，其包括直流电能计量电路、隔离电路、mcu电路、通讯电路和电源电路；

2.如权利要求1所述的适用于dc1500v电压输入的直流电能表电路，其特征在于，直流电能计量电路中电压、电流输入信号采用三端子设计，电压信号负端u-和电流信号负端i-为同一输入端子，电压信号负端u-采用分流器输出信号负端i-为电压信号负端u-和电流信号负端i-的公共端，dc1500v母线电压正端输入u+经电阻分压电路后连接计量芯片的电压通道，其中第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第七电阻r7依次组成电阻分压电路，该电阻分压电路的一端连接dc1500v直流母线电压正端输入u+，该电阻分压电路的另一端连接参考地信号gnd2，第七电阻r7上的直流母线电压采样信号经第六电阻r6、第一电容c1组成的rc滤波电路后连接第三集成电路u3电压通道的正端引脚8，直流母线电压负端输入u-经第二磁珠l2连接参考地信号gnd2，第八电阻r8、第六电容c6组成的rc滤波电路，此rc滤波电路的一端连接参考地信号gnd2，此rc滤波电路的另一端连接第三集成电路u3电压通道的负端引脚9；

3.如权利要求1所述的适用于dc1500v电压输入的直流电能表电路，其特征在于，隔离电路中通过spi数字隔离器连接直流电能计量电路中计量芯片的spi口和mcu电路中mcu的spi口，实现计量芯片与mcu的数字信号通讯，同时为直流电能计量电路提供隔离的dc5v工作电源输入；

4.如权利要求1所述的适用于dc1500v电压输入的直流电能表电路，其特征在于，mcu电路中mcu通过串口与通讯电路进行数据接收发送；通过spi口读取计量芯片电压、电流及电能值，mcu电路中第九集成电路u9为apm32f103cbt6。

5.如权利要求1所述的适用于dc1500v电压输入的直流电能表电路，其特征在于，通讯电路对外提供rs485硬件接口与监控系统进行数据通讯，通讯电路中第十集成电路u10的引脚12串联第一磁珠fb1连接rs485接口a端，第十集成电路u10的引脚12通过上拉电阻第二十三电阻r23连接v485电源端，第十集成电路u10的引脚13串联第二磁珠fb2连接rs485接口b端，第十集成电路u10的引脚13通过下拉电阻第二十二电阻r22连接g485信号端，第十集成电路u10的引脚4和引脚5短接通过上拉电阻第二十一电阻r21连接3.3v电源端，第一三极管q1的集电极连接第十集成电路u10的引脚4和引脚5，第一三极管q1的基极通过第二十四电阻r24连接mcu电路3中mcu的i/o，该i/o控制rs485电路的收发状态，当该i/o为高电平时，第十集成电路u10处于接收状态，当该i/o为低电平时，第十集成电路u10处于发送状态，第一三极管q1的发射极连接gnd信号端，第十集成电路u10的引脚3连接mcu电路中mcu的串口接收脚，第十集成电路u10脚6连接mcu电路中mcu的串口发送脚；为提高rs485电路的电磁兼容性能，第三十三安规电容c33两端分别连接第十集成电路u10的初级侧脚8和次级侧脚9，rs485接口a端和rs485接口b端并联第四tvs管vd4，rs485接口a端对g485信号端并联第五tvs管vd5，rs485接口b端对g485信号端并联第六tvs管vd6。

6.如权利要求1所述的适用于dc1500v电压输入的直流电能表电路，其特征在于，电源电路为反激式开关电源电路，输入范围支持dc9v~36v，电源电路中第一压敏电阻rv1提供第一级过压保护功能，第三电容c3和第一共模电感l1组成lc滤波电路，第一压敏电阻rv1和第三电容c3与第一共模电感l1的输入端并联，第一共模电感l1的输出端一端电连接防反二极管d1的阳极、另一端连接电源电路参考地端pgnd；防反二极管d1的阴极连接第七电解电容c7的正端，第二双向tvs管vd2为电源电路提供第二级过压保护，其两端分别并联第七电解电容c7的两端，集成电路u2为反激式开关电源芯片以控制电源电路的工作状态，集成电路u2的引脚5连接第七电解电容c7的正端、引脚5对pgnd端并联第八电容c8，集成电路u2的引脚1通过第九电阻r9连接第七电解电容c7的正端、引脚1通过第十一电阻r11连接pgnd端，集成电路u2的引脚2连接pgnd端，集成电路u2的引脚3通过第十二电阻r12连接集成电路u2的引脚4，第一单向tvs管vd1的阴极和第三二极管d3的阴极串联组成开关变压器t1初级侧吸收电路，第一单向tvs管vd1的阳极连接开关变压器t1的引脚1和第七电解电容c7正端，第三二极管d3的阳极连接集成电路u2的引脚4和开关变压器t1的引脚2；

技术总结
本技术一种适用于DC1500V电压输入的直流电能表电路：直流电能计量电路通过计量芯片测量直流母线电压、电流及电能电参量，通过计量芯片的SPI口与MCU电路中MCU的SPI口进行数据交互；隔离电路实现计量芯片与MCU的SPI数字通讯，通过第一隔离电路和第二隔离电路两级隔离电路的串联，使直流电能计量电路与MCU电路的电气间隙、爬电距离满足DC1500V电压输入；MCU电路读取计量芯片测量的电压、电流及电能电参量；通讯电路对外提供RS485硬件接口与监控系统进行数据通讯，MCU电路通过串口与通讯电路连接；电源电路通过开关变压器输出两路隔离的电源，分别为隔离电路、MCU电路及通讯电路提供工作电源。

技术研发人员：张志宝,许文专,张凤雏
受保护的技术使用者：江苏斯菲尔电气股份有限公司
技术研发日：20230331
技术公布日：2024/1/13