[發明專利]一種基于霍爾傳感器的用電信息采集系統

無效

• 申請號: 201310478486.5
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103529287A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 屈志娟;袁玉湘;胡鵬飛;姜學平;于坤山
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院;國網浙江省電力公司
• 主分類號: G01R21/08
• 分類號: G01R21/08
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種基于霍爾傳感器的用電信息采集系統。

背景技術

隨著智能電網研發推進，傳統的智能電表不斷降低成本，智能用電家居、智能插座等新型設備也開始涌現。微體積、低成本、低功耗的用電信息采集器需求日益增大。

現有電子式用電信息采集器，對通過錳銅電阻的電流進行采樣，模數轉換、濾波等方式分析處理，計算出有功、無功功率等參數后，通過通信模塊傳輸至匯集終端。此采集系統結構存在以下固有缺陷：

（1）采樣器件工作在火線上，這使得該部分電源零電位需要按照火線電壓來設計。

（2）如（1）所述由于采樣器件的零電位與系統其他部分的零電位存在較大電位差，因而需將該部分器件進行隔離處理。

（3）如（1）、（2）所述由于整個用電采集系統存在兩個電壓差較大的零電位，從而使得高度集成和硬件一體化難以實現。

（4）如（3）所述由于硬件難以實現一體化，軟件系統也相應需要分離實現。

（5）錳銅具有一定的電阻溫度系數，導致錳銅電阻溫度變化直接影響測量結果準確性。

用電信息采集系統采用霍爾傳感器進行電能測量，整個系統具有統一的零電位即大地電位，從而使系統的硬件可以單片化，軟硬件可以一體化，具有更簡化的系統結構、更低的產品成本、更好的時間穩定性和更高的可靠性。國內也有部分單位對基于霍爾效應的用電信息采集系統進行研究，但由于其系統集成度低、穩定性差，不能滿足當前智能用電市場的需求。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種基于霍爾傳感器的用電信息采集系統，采用集成的霍爾傳感器進行用電信息采集，整體具有統一的零電位即大地電位，從而使系統的硬件可以單片化、軟硬件可以一體化，具有更簡化的系統結構、更低的產品成本、更高的精確度、更好的時間穩定性和更高的可靠性。

為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：

本發明提供一種基于霍爾傳感器的用電信息采集系統，所述系統包括硅鋼圈、功率采樣模塊和電壓采樣模塊；負載電流通過纏繞在所述硅鋼圈上線路時產生磁場，磁場方向與偏置電流方向垂直，且磁場方向垂直穿過功率采樣模塊的霍爾功率傳感器，所述霍爾功率傳感器在垂直于磁場和偏置電流的方向上產生霍爾電壓，該霍爾電壓經過處理后輸出功率數字信號；所述電壓采樣模塊采集電能供應端的交流電壓，經過分壓和模數轉換后，輸出電壓數字信號。

所述功率采樣模塊包括動態偏移量消除模塊、偏置電路模塊、霍爾傳感器模塊、運算放大器模塊、第一模數轉換模塊和濾波模塊；所述偏置電路模塊、霍爾傳感器模塊、運算放大器模塊、第一模數轉換模塊和濾波模塊依次串聯，所述動態偏移量消除模塊與所述霍爾傳感器模塊并聯。

所述偏置電路連接電能供應端，輸出偏置電流，所述偏置電流經過所述霍爾傳感器模塊在垂直于磁場和偏置電流的方向上產生霍爾電壓，該霍爾電壓經過所述運算放大器模塊放大處理后，經過第一模數轉換模塊進行模數轉換，再經過所述濾波模塊濾波后輸出功率數字信號。

所述濾波模塊包括低通濾波器，濾除功率數字信號中的高頻交流成分和量化誤差。

所述動態偏移量消除模塊運用斬波技術消除霍爾傳感器的霍爾電壓失調，以提高霍爾電壓的精度。

所述霍爾傳感器模塊包括霍爾功率傳感器。

所述運算放大器模塊根據待測功率與霍爾電壓的線性比，對輸入的霍爾電壓進行放大。

所述電壓采樣模塊包括電壓分壓模塊和第二模數轉換模塊；交流電壓通過所述電壓分壓模塊，利用電阻進行分壓，將交流電壓分壓，然后將分壓后的電壓模擬信號輸入所述第二模數轉換模塊，經模數轉換后，即得到電壓數字信號。

所述第一模數轉換模塊對在時域和幅度上都連續的功率模擬信號轉變為時域上離散、幅度上量化的等效數字功率信號；所述第二模數轉換模塊對在時域和幅度上都連續的電壓模擬信號轉變為時域上離散、幅度上量化的等效電壓數字信號。

所述第一模數轉換模塊和第二模數轉換模塊均為ΔΣ模數轉換器。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

（1）霍爾功率傳感器是基于SOI材料，運用CMOS工藝制作，具有寄生電容小、低功耗、無閂鎖效應、線性度高的優點，能夠有效提高霍爾傳感器測量精度；

（2）運用霍爾電壓與待測功率線性關系的特點，有效避免了傳統的功率計算方式中因對電壓、電流分別采樣然后進行乘法運算而引入的相角偏差、諧波偏差；