[發明專利]雙沿過零信號采集及數字濾波電路、方法及裝置

有效

• 申請號: 202011302631.0
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112615614B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 王賢輝;陳奎熹;唐曉柯;李錚;肖德勇;郝偉琦;郜其鑫
• 申請（專利權）人: 北京智芯微電子科技有限公司;國網信息通信產業集團有限公司
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175;G01R19/175;H03H17/02
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 肖冰濱;王曉曉

本發明提供一種雙沿過零信號采集及數字濾波電路、方法及裝置，屬于信號檢測技術領域。所述電路包括：正沿過零檢測電路、負沿過零檢測電路、數字濾波和補償邏輯電路、過零觸發和計數時標鎖存電路以及微處理器。該裝置能夠精確測量過零點，并減少處理器處理壓力。正沿過零檢測電路和負沿過零檢測電路能夠采集對應的正沿和負沿的電平邏輯信號，同時數字濾波和補償邏輯電路能夠對采集信號的毛刺、脈沖等進行濾波處理，并通過過零觸發和計數時標鎖存電路鎖存過零信號事件、時間標記和補償時間值，先鎖存過零時間，后通過中斷響應讀取的策略，消除了過零中斷的軟件響應延時的影響，達到精確過零點計數的目的，同時減少了IO占用。

技術領域

本發明涉及信號檢測技術領域，具體地涉及一種雙沿過零信號采集及數字濾波電路、一種雙沿過零信號采集及數字濾波方法以及一種雙沿過零信號采集及數字濾波裝置。

背景技術

目前現場電力臺區供電是由配電網10kV/6kV變壓而來，當負荷電流經過輸電、變電和配電等環節，必然在這些環節的阻抗上產生電壓降落和電壓損耗。如果負荷和傳輸線是理想純阻性，各臺區的同相負荷電壓相位是一致的，應都與10kV變壓后基準交流電波形一致。但由于配電網結構復雜，負載分布不均勻，各電力臺區各相低壓電力線上負載數量和負載種類差異較大且是實時變化的，負載和傳輸線并不是理想純阻性，所以同電力臺區的三相交流市電各相之間不再完全滿足120度交替變化的規律，而會存在相位偏移現象，偏移量一般大于150us。

目前的用電信息采集系統中，為實現居民用戶的管理和供電負荷平衡調節，需要對居民用戶電表所在的相線、臺區進行識別。利用不同臺區具有相位偏移的特征，可以進行臺區識別，一般要求過零采集精度保持在15us以內。

傳統的過零采集方法一般采用光耦進行隔離，由于光耦導通和截止過程中的傳輸特性差異，只能準確檢測一個沿，不能對雙沿進行檢測，文獻CN105675968A提出一種高精度三相交流信號正負過零檢測裝置及方法，采用兩個光耦分別檢測上升沿和下降沿，每個過零信號需要3個IO輸入CPU進行處理，CPU處理負擔較重，同時使得主控芯片引腳分配緊張。

此外，現有的方法一般通過主控芯片外部中斷或者門控計數器進行過零時刻的計數，電平跳變觸發主控芯片中斷，通過軟件計算過零時間。主控芯片響應中斷存在不確定的延時，影響計數誤差，當電路中存在脈沖噪聲、抖動和毛刺時，容易產生錯誤的過零點觸發，導致相位識別錯誤。如圖1所示，除了正確的過零點信號外，脈沖噪聲也會導致中斷限號不斷地被觸發。

此外由于存在著過零中斷的軟件響應延時，從過零信號電平跳變到軟件讀取到該信號之間有一定延遲，這就造成了計算誤差。

發明內容

本發明實施方式的目的是提供一種雙沿過零信號采集及數字濾波電路、方法及裝置，能夠分別對A、B、C三相交流電的正負沿進行精確采集，通過數字濾波和補償邏輯電路，對采集信號的毛刺、脈沖等進行濾波處理，通過過零觸發和計數時標鎖存電路，將六路過零信號轉換為三路，每一路信號通過上升沿和下降沿來區分正負過零；并鎖存過零信號事件、時間標記和補償時間值，先鎖存過零時間，后通過中斷響應讀取的策略，消除了過零中斷的軟件響應延時的影響，達到精確過零點計數的目的，同時減少了IO占用。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供一種雙沿過零信號采集及數字濾波電路，所述電路包括：

正沿過零檢測電路，用于檢測三相交流電各相的正沿TTL電平邏輯信號；

負沿過零檢測電路，用于檢測三相交流電各相的負沿TTL電平邏輯信號；

數字濾波和補償邏輯電路，與所述正沿過零檢測電路或所述負沿過零檢測電路連接，用于對檢測的所述正沿TTL電平邏輯信號或所述負沿TTL電平邏輯信號進行采樣，濾除采樣信號中的毛刺信號和脈沖干擾信號，得到補償時間值和正沿信號或負沿信號；