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CN111525542B - 一种智能电能表安全保存数据的供电方法 - Google Patents

一种智能电能表安全保存数据的供电方法 Download PDF

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CN111525542B CN202010223034.2A CN202010223034A CN111525542B CN 111525542 B CN111525542 B CN 111525542B CN 202010223034 A CN202010223034 A CN 202010223034A CN 111525542 B CN111525542 B CN 111525542B
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Abstract

本发明公开了一种智能电能表安全保存数据的供电方法，包括将电能表中设置的市电电源模块、超电供电模块、电池供电模块通过一个安全供电控制电路连接至用于为电能表的MCU在市电电源失电情况下进行供电切换的MCU供电电源模块；安全供电控制电路包括一个连接在一个三极管的基极上的带有一组蓄能电容的电容矩阵延时电路模块，蓄能电容由连接MCU的线路控制器接通或断开；三极管的发射极连接至一个MOS管的栅极，MOS管的漏极连接至MCU供电电源模块，超电供电模块连接至MOS管的源极，市电电源模块、电池供电模块分别通过一个二极管连接至三极管的集电极；本发明可实现电能表断电时为MCU提供足够时长和稳定的用于保存数据的临时电能。

Description

一种智能电能表安全保存数据的供电方法
技术领域
本发明涉及电能表技术领域，具体涉及一种智能电能表安全保存数据的供电方法。
背景技术
新型电能表按照IR46标准的要求，法制计量与非法制计量应采用物理分离，法制计量部门要求高可靠长寿命，且不允许进行软件升级。其中，法制计量包括电量、时钟等法制数据，且规定电池仅只能为时钟供电不能为电能表的MCU供电，断电后维持内部时钟正确工作不低于10年；计量部分要求每分钟保存正反向有功电能、电参数的测量数据及冻结等数据。电能表在上电或断电过程中需加载或保存大量数据，尤其是断电情况下保存大量数据时需要为MCU提供足够的供电时长。
现有技术中，关于电能表断电时保存数据的方法一般有两种方法，一种是采用低功耗程序模式，MCU处于休眠或停机状态，由电池等后备电源供电，数据保存在RAM中，等待上电后依靠市电保存数据；另一种是快速检测断电并依靠电解电容等临时储电，由临时储电为MCU保存小量数据。这两种方法均存在明显的不足：采用MCU低功耗程序模式的方法因外界干扰等因数可能导致MCU复位，保存在RAM中的数据存在丢失的风险，且由电池供电跑低功耗并保存数据会降低电池寿命，存在不能达到断电保持时钟正确要求年限的风险；另一种依靠电解电容等临时储电的方法，随着电能表使用时间的延长，电解电容的电容值逐渐下降，存在可能不能提供足够时长的稳定供电能力的风险。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种智能电能表安全保存数据的供电方法和装置，旨在实现电能表断电时为MCU提供足够时长和稳定的用于保存数据的临时电能，从而提高电能表保存数据的安全性。
具体的技术方案如下：
一种智能电能表安全保存数据的供电方法，包括如下方法：
(1)在电能表中分别设置市电电源模块、超电供电模块和电池供电模块，且所述市电电源模块、超电供电模块、电池供电模块通过一个安全供电控制电路连接至用于为电能表的MCU在市电电源失电情况下进行供电切换的MCU供电电源模块；
(2)安全供电控制电路包括一个带有一组蓄能电容的电容矩阵延时电路模块，所述的一组蓄能电容通过一个电阻R1连接一个三极管的基极，在连接所述一组蓄能电容与所述三极管的基极之间的线路上设置有分别接通或断开所述一组蓄能电容中电容器的线路控制器，所述线路控制器连接电能表的MCU；所述三极管的发射极连接至一个MOS管的栅极，所述MOS管的漏极连接至MCU供电电源模块，所述超电供电模块连接至所述MOS管的源极，所述市电电源模块、电池供电模块分别通过一个二极管连接至所述三极管的集电极；
(3)电能表的MCU不断检测市电电源模块的供电情况，在市电失电情况下MCU通过所述线路控制器接通所述一组蓄能电容与所述三极管的基极之间的线路为所述三极管提供基极电流，同时利用连接到所述三极管集电极的电池供电模块为MOS管提供RC时间常数的时长，由超电供电模块为MCU供电电源模块提供正常工作电压，确保市电失电情况下的电能表MCU在保存数据时的供电电压的稳定可靠。
优选的，所述三极管为NPN三极管，所述MOS管为NMOS管。
优选的，所述一组蓄能电容并联设置，所述并联设置的一组蓄能电容其一端接地、另一端依次连接所述线路控制器和所述电阻R1，所述电阻R1连接所述三极管的基极。
优选的，所述超电供电模块包括超级电容器和连接所述超级电容器的超电充电电路，所述市电电源模块连接所述超电充电电路以用于为所述超级电容器充电，所述市电电源模块连接所述超电充电电路以用于为所述超电供电模块的超级电容器充电。
优选的，所述超电供电模块通过电阻R2连接至所述MOS管的源极。
一种电能表安全保存数据的供电装置，包括市电电源模块、超电供电模块、电池供电模块、MCU供电电源模块和安全供电控制电路，所述超电供电模块包括超级电容器和连接所述超级电容器的超电充电电路，所述市电电源模块连接所述超电充电电路以用于为所述超级电容器充电，所述市电电源模块、超电供电模块分别通过所述安全供电控制电路连接至所述MCU供电电源模块以用于为电能表的MCU供电，所述安全供电控制电路包括电容矩阵延时电路模块、三极管和MOS管，所述市电电源模块通过二极管D1连接至所述三极管的集电极，所述电池供电模块连接电能表MCU时钟单元，所述电池供电模块还通过二极管D2连接至所述三极管的集电极，所述三极管的基极连接所述电容矩阵延时电路模块，所述三极管的发射极连接所述MOS管的漏极，所述超电供电模块连接所述MOS管的源极，所述MOS管的漏极连接所述MCU供电电源模块。
优选的，所述三极管为NPN三极管，所述MOS管为NMOS管。
优选的，所述电容矩阵延时电路模块包括连接在所述三极管基极上电阻R1、连接电阻R1的一组蓄能电容，所述一组蓄能电容并联后其一端接地、另一端连接所述三极管的所述电阻R1；在所述一组蓄能电容与所述电阻R1的连接线之间设置有用于控制所述一组蓄能电容与所述电阻R1之间分别接通或断开的线路控制器，所述线路控制器连接电能表的MCU。
优选的，所述一组蓄能电容中的电容器数量为四个。
优选的，所述超电供电模块通过电阻R1连接所述MOS管的源极。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的一种智能电能表安全保存数据的供电方法，通过在安全供电控制电路中设置电容矩阵延时电路模块、NPN三极管和NMOS管，利用电池供电模块为NMOS管提供足够的RC时间常数的时长，并由超电供电模块为MCU供电电源模块提供MCU所需的正常工作电压，由此实现了在断电情况下为MCU安全保存数据提供了一种稳定可靠的临时供电电源。
第二，本发明的一种智能电能表安全保存数据的供电方法，电容矩阵延时电路模块能够根据不同规模数据保存的需要设置不同的RC时间常数的时长，从而可以最大限度地实现零极限电池消耗。
附图说明
图1是本发明的一种智能电能表安全保存数据的供电方法的总体架构示意图；
图2是图1的具体实施例。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1至2所示为本发明的一种智能电能表安全保存数据的供电方法的实施例，包括如下方法：
(1)在电能表中分别设置市电电源模块、超电供电模块和电池供电模块，且所述市电电源模块、超电供电模块、电池供电模块通过一个安全供电控制电路连接至用于为电能表的MCU在市电电源失电情况下进行供电切换的MCU供电电源模块；
(2)安全供电控制电路包括一个带有一组蓄能电容的电容矩阵延时电路模块，所述的一组蓄能电容通过一个电阻R1连接一个三极管的基极，在连接所述一组蓄能电容与所述三极管的基极之间的线路上设置有分别接通或断开所述一组蓄能电容中电容器的线路控制器，所述线路控制器连接电能表的MCU；所述三极管的发射极连接至一个MOS管的栅极，所述MOS管的漏极连接至MCU供电电源模块，所述超电供电模块连接至所述MOS管的源极，所述市电电源模块、电池供电模块分别通过一个二极管连接至所述三极管的集电极；
(3)电能表的MCU不断检测市电电源模块的供电情况，在市电失电情况下MCU通过所述线路控制器接通所述一组蓄能电容与所述三极管的基极之间的线路为所述三极管提供基极电流，同时利用连接到所述三极管集电极的电池供电模块为MOS管提供RC时间常数的时长，由超电供电模块为MCU供电电源模块提供正常工作电压，确保市电失电情况下的电能表MCU在保存数据时的供电电压的稳定可靠。
优选的，所述三极管为NPN三极管，所述MOS管为NMOS管。
优选的，所述一组蓄能电容并联设置，所述并联设置的一组蓄能电容其一端接地、另一端依次连接所述线路控制器和所述电阻R1，所述电阻R1连接所述三极管的基极。
优选的，所述超电供电模块包括超级电容器和连接所述超级电容器的超电充电电路，所述市电电源模块连接所述超电充电电路以用于为所述超级电容器充电，所述市电电源模块连接所述超电充电电路以用于为所述超电供电模块的超级电容器充电。
优选的，所述超电供电模块通过电阻R2连接至所述MOS管的源极。
实施例2：
一种采用实施例1的电能表安全保存数据的供电方法的装置，包括市电电源模块、超电供电模块、电池供电模块、MCU供电电源模块和安全供电控制电路，所述超电供电模块包括超级电容器和连接所述超级电容器的超电充电电路，所述市电电源模块连接所述超电充电电路以用于为所述超级电容器充电，所述市电电源模块、超电供电模块分别通过所述安全供电控制电路连接至所述MCU供电电源模块以用于为电能表的MCU供电，所述安全供电控制电路包括电容矩阵延时电路模块、三极管和MOS管，所述市电电源模块通过二极管D1连接至所述三极管的集电极，所述电池供电模块连接电能表MCU时钟单元，所述电池供电模块还通过二极管D2连接至所述三极管的集电极，所述三极管的基极连接所述电容矩阵延时电路模块，所述三极管的发射极连接所述MOS管的漏极，所述超电供电模块连接所述MOS管的源极，所述MOS管的漏极连接所述MCU供电电源模块。
优选的，所述三极管为NPN三极管，所述MOS管为NMOS管。
优选的，所述电容矩阵延时电路模块包括连接在所述三极管基极上电阻R1、连接电阻R1的一组蓄能电容，所述一组蓄能电容并联后其一端接地、另一端连接所述三极管的所述电阻R1；在所述一组蓄能电容与所述电阻R1的连接线之间设置有用于控制所述一组蓄能电容与所述电阻R1之间分别接通或断开的线路控制器，所述线路控制器连接电能表的MCU。
优选的，所述一组蓄能电容中的电容器数量为四个。
优选的，所述超电供电模块通过电阻R1连接所述MOS管的源极。
图2中，市电电源模块11的电压VCC通过降压整流滤波稳压后得到MCU供电电源模块的工作电压VMCU，VBATB是超电供电模块的超电电压，线路控制器为Ctr1和Ctr2，其由MCU在断电前根据需要保存数据的规模大小、时间长短，控制接通1-4路的蓄能电容，以确保VCC掉电后，利用电池供电模块的电池电压VBAT为NMOS管提供RC时间常数的时长，由超电供电模块的超电电压VBATB为MCU提供所需的供电电源模块的工作电压VMCU，确保断电保存时的供电电压稳定可靠。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种智能电能表安全保存数据的供电方法，其特征在于，包括如下方法：
（1）在电能表中分别设置市电电源模块、超电供电模块和电池供电模块，且所述市电电源模块、超电供电模块、电池供电模块通过一个安全供电控制电路连接至用于为电能表的MCU在市电电源失电情况下进行供电切换的MCU供电电源模块；
（2）安全供电控制电路包括一个带有一组蓄能电容的电容矩阵延时电路模块，所述的一组蓄能电容通过一个电阻R1连接一个三极管的基极，在连接所述一组蓄能电容与所述三极管的基极之间的线路上设置有分别接通或断开所述一组蓄能电容中电容器的线路控制器，所述线路控制器连接电能表的MCU；所述三极管的发射极连接至一个MOS管的栅极，所述MOS管的漏极连接至MCU供电电源模块，所述超电供电模块连接至所述MOS管的源极，所述市电电源模块、电池供电模块分别通过一个二极管连接至所述三极管的集电极；其中，所述三极管为NPN三极管，所述MOS管为NMOS管；
（3）电能表的MCU不断检测市电电源模块的供电情况，在市电失电情况下MCU通过所述线路控制器接通所述一组蓄能电容与所述三极管的基极之间的线路为所述三极管提供基极电流，同时利用连接到所述三极管集电极的电池供电模块为MOS管提供RC时间常数的时长，由超电供电模块为MCU供电电源模块提供正常工作电压，确保市电失电情况下的电能表MCU在保存数据时的供电电压的稳定可靠。
2.根据权利要求1所述的一种智能电能表安全保存数据的供电方法，其特征在于，所述一组蓄能电容并联设置，所述并联设置的一组蓄能电容其一端接地、另一端依次连接所述线路控制器和所述电阻R1，所述电阻R1连接所述三极管的基极。
3.根据权利要求1所述的一种智能电能表安全保存数据的供电方法，其特征在于，所述超电供电模块包括超级电容器和连接所述超级电容器的超电充电电路，所述市电电源模块连接所述超电充电电路以用于为所述超级电容器充电，所述市电电源模块连接所述超电充电电路以用于为所述超电供电模块的超级电容器充电。
4.根据权利要求1所述的一种智能电能表安全保存数据的供电方法，其特征在于，所述超电供电模块通过电阻R2连接至所述MOS管的源极。
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