一种智能电能表掉电检测模块的电路设计

高希栋

（北京鲁能物业服务有限责任公司福州分公司工程部，福建福州350012）

0 引言

随着国内社会用电量的迅速增长，智能电表的使用量每年均有大幅增长。如何提升智能电表的计量准确性一直是设计单位研究的重点，国网企业标准Q/GDW 1354—2013《智能电表功能规范》的要求如下：智能电表应可以记录掉电的总次数，以及最近10次掉电发生及结束的时刻。

1 电路功能及典型应用说明

对电源进行监测，当检测到掉电时，电能表进入掉电模式，并能对当前时刻的重要数据进行保存，如电量参数、时间参数等；在上电时刻能够对原有电量等参数进行恢复，然后继续累积。

2 掉电检测原理图

掉电检测原理：对整流后的电压进行分压，分压后的信号输入到单片机的AD采样口，如图1所示。在正常工作范围内时，分压信号保证电能表正常工作；当电压低于一定值，分压信号低于设定的门限值时，进入掉电模式，停止其他工作，保存数据与参数，防止数据的丢失，并为下次重新上电恢复工作做准备[1-2]。

图1 掉电检测原理图

3 主要技术指标

（1）输入电压：DC 9.6～22.4 V；

（2）掉电阈值：1.5 V，对应交流输入125 V；

（3）分压信号：0～5 V；

（4）正常工作温度范围：-30～70℃；

（5）极限工作温度范围：-40～85℃；

（6）储藏温度范围：-40～85℃。

4 主要元器件选型及参数计算

4.1 芯片输入阻抗对分压信号的影响

LOW_POWER处的电压：

查芯片资料可知（R+R40）≫R12，则R+R40+R12≈R+R40，，即可以不考虑芯片输入阻抗对分压信号的影响。

4.2 R12、R58阻值选择

由于电能表的工作电压很宽，检测电路参数的选取原则是在电能表的电压低于60%Un时产生掉电信号；在极限工作电压1.4Un时，输入信号不超过单片机I/O检测范围。

考虑到降低功耗，取R58=24 kΩ，R12=4.7 kΩ，R58/R12≈5.1，符合上述条件。此时，R58的功率P1=14.62 mW，R12的功率P2=2.86mW，可知R58、R12选用0603封装。

4.3 对前后级的影响

掉电发生时，整流桥输出的电压应能保证后级线性稳压器78L05稳定输出，后级78L05的稳压范围是DC 7～20 V，即在掉电发生时，整流桥输出电压U应大于7 V。

判断掉电阈值为57%Un，则此时整流桥输出电压U=16×0.57=9.12 V，能满足后级78L05稳定输出的要求。

4.4 电阻精度及温漂的影响

在电路中，选用贴片电阻的温度系数为100×10-6，在全温度范围内造成电阻阻值变化为1.25%，选用电阻的精度为1%，综合考虑精度和温

漂的影响，贴片电阻全温度范围内的精度为2.25%；基准源和A/D采样精度取为4%；则总误差范围为6.25%。

掉电时整流桥输出电压的最小值为：

此时，整流桥输出电压仍能使后级线性稳压器78L05输出稳定直流电压（从检测到掉电到CPU复位时间、执行完掉电保存需要的时间、最大不可中断执行程序的时间）。

另外，为了增加抗干扰能力，增加了电阻R40和电容C15，串联电阻取值范围为0.1～10 kΩ，电容取值范围为0.01～0.1 μF[3]。

5 测试方案

用示波器观察输入电压变化时电表状态、分压信号是否满足设计要求。由于电源电路及芯片的离散性，电能表掉电检测电压点可能会有一点差异，一般在（55%～60%）Un之间就算正常，掉电检测方案如表1所示。

表1 掉电检测方案

6 其他说明

6.1 印制板设计要求

PCB布板时电源线最小线宽应大于0.5 mm（20 mil），串联电阻R40离芯片越近越好。

6.2 元器件安装要求

尽可能采用贴装器件。

7 结语

本文讨论了智能电能表掉电检测功能，设计出了掉电检测原理图，通过理论计算得出了主要元器件的相关参数，能够满足国网要求的掉电检测功能，电路简单实用，对智能电能表和其他仪器仪表方案的设计和选择具有指导意义。

[1]吴东，张冈，张志鹏.一种实用的掉电检测和保护电路[J].电子技术应用，1999，25（6）：69-70.

[2]崇华明，戴庆元.TMDS接口掉电检测电路的设计[J].微处理机，2008，29（1）：28-30.

[3]林茂疆，鄢萍，易润忠，等.基于法拉电容的智能仪器仪表掉电保护方案[J].电源技术，2010，34（12）：1292-1295.