CN102183683A - 基于开关电源的单相低功耗费控智能电能表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单相载波电能表，提供一种使用开关电源方案的单相低功耗费控智能电能表，包括电源模块、单片机中央处理单元、载波通信模块和智能电能表基本功能模块，所述电源模块包括整流电路、高频滤波抗干扰电路、开关电源电路、整流滤波稳压电路，其中整流电路的输出端与高频滤波抗干扰电路的输入端相联，高频滤波抗干扰电路的输出端与开关电源电路的输入端相联，开关电源电路的输出端与整流滤波稳压电路的输入端相联。本发明在保证电能表原有性能条件下，能有效降低电能表的自身功耗，满足节能环保的要求。

Description

基于开关电源的单相低功耗费控智能电能表

技术领域

本发明涉及一种单相载波电能表，特别是一种使用开关电源方案的单相低功耗费控智能电能表。

背景技术

在目前现有的载波电能表中，电源一般使用变压器供电方案，虽然其隔离抗干扰效果好，稳定可靠，但体积过大，成本较高，且整机功耗较大。随着开关电源技术的日趋成熟，具有体积小、效率高、带负载能力强等特点的开关电源供电方案逐渐在电能表上使用，但是因为带载波通信功能电能表对电源的耐压和抗干扰要求较高，使得开关电源供电方案迟迟未应用在载波电能表上。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足之处，而提供一种基于开关电源的单相低功耗费控智能电能表，其在保证电能表原有性能条件下，能有效降低电能表的自身功耗，满足节能环保的要求。

本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：基于开关电源的单相低功耗费控智能电能表，包括电源模块、单片机中央处理单元、载波通信模块和智能电能表基本功能模块，所述电源模块包括整流电路、高频滤波抗干扰电路、开关电源电路、整流滤波稳压电路，其中整流电路的输出端与高频滤波抗干扰电路的输入端相联，高频滤波抗干扰电路的输出端与开关电源电路的输入端相联，开关电源电路的输出端与整流滤波稳压电路的输入端相联。

在上述技术方案中，所述开关电源电路由耦合变压器电路、脉宽调制驱动电路、脉宽调制驱动电路和耦合变压器电路之间接有的反馈采样及其控制电路组成；所述耦合变压器电路由耦合变压器T1、稳压二极管D3、二极管D1和二极管D2组成；所述脉宽调制驱动电路由滤波电容C1和集成MOS管的脉宽调制芯片U1组成；所述反馈采样及其控制电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、光耦OP1和三端稳压管D4组成；所述耦合变压器T1的1、5两端接高频滤波抗干扰电路的输出端，耦合变压器T1的2、5端分别连接到脉宽调制芯片U1的脉宽调制输出端、参考地端，耦合变压器T1的4端通过稳压二极管D3连接到脉宽调制芯片U1的电压输入端，耦合变压器T1的1端接二极管D1的正极，耦合变压器T1的的2端接二极管D2的正极，二极管D1的负极与二极管D2的负极相连；所述脉宽调制驱动电路中电容C1连接在脉宽调制芯片U1的电压输入端和参考地端之间；所述反馈采样及其控制电路的电阻R1一端接脉宽调制驱动电路中脉宽调制芯片U1的电压输入端，一端接在光耦OP1的输出端4端，光耦OP1的输出端3端连接到脉宽调制驱动电路中脉宽调制芯片U1的反馈输入端，光耦OP1的输入端接三端稳压管D4及其匹配电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；所述反馈采样及其控制电路中三端稳压管D4的阳极接地，三端稳压管D4的阴极经电阻R3接Vdd，三端稳压管D4的阴极接反馈采样及其控制电路中光耦OP1的输入端2端，三端稳压管D4的参考极经电阻R4接地，三端稳压管D4的参考极经电阻R5接Vdd，电阻R2连接在反馈采样及其控制电路中光耦OP1的输入端1端和Vdd之间。

在上述技术方案中，所述脉宽调制芯片U1型号为VIPER12A，集成有MOS管。

在上述技术方案中，所述高频滤波抗干扰电路包括压敏电阻ZR1、传导干扰滤波电路、整流桥D5、复合热敏电阻R6和电解电容C3；其所述传导干扰滤波电路包括电容C4、电容C2、共模电感T2组成的LC滤波电路，以及电感L1和电感L2；所述复合热敏电阻R6由热敏电阻和压敏电阻组成；所述压敏电阻ZR1和电容C4并联后连接到交流电火线输入J2和零线输入端J1之间；所述火线输入端J2通过共模电感T2一组电感线圈连接到电容C2的一端，零线输入端J2通过共模电感T2的另一组电感线圈连接到电容C2的另一端；所述电容C2的一端通过电感L2接入整流桥D5的第一输入口，电容C2的另一端通过电感L1接入整流桥D5的第二输入口；所述整流桥D5的第一输出口接入复合热敏电阻R6中的压敏电阻的一端，整流桥D5的第二输出口通过复合热敏电阻R6中的热敏电阻接入复合热敏电阻R6中的压敏电阻的另一端；所述复合热敏电阻R6中的压敏电阻的一端接入电解电容C3的正极，复合热敏电阻R6中的压敏电阻的另一端接入电解电容C3的负极。

本发明使用开关电源方案，将电源部分的体积缩小为普通电能表的一半，而单相费控智能载波表的功耗为0.45W，降低为普通电能表的30%，大大降低了整机功耗，达到了节能环保的要求，符合电能表节能降耗的发展趋势。与此同时，本发明还具有抗浪涌能力强，工作电压范围宽，可靠性高，对外的传导和辐射干扰小等优点。

附图说明

图1为本发明基于开关电源的单相低功耗费控智能电能表的电路框图。

图2为本发明实施例中开关电源模块的电路连接图。

图3为本发明实施例中高频滤波抗干扰电路的电路连接图一。

图4为本发明实施例中高频滤波抗干扰电路的电路连接图二。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明基于开关电源的单相低功耗费控智能电能表，包括开关电源模块、单片机中央处理单元、载波通信模块和智能电能表基本功能模块。开关电源模块分别为单片机中央处理单元、载波通信模块和智能电能表基本功能模块供电，单片机中央处理单元与载波通信模块和智能电能表基本功能模块相连。

如图2所示，本实施例中所述的开关电源模块接入电能表后，首先经由整流电路整流，再经过高频滤波抗干扰电路滤除高频杂波，后经由开关电源电路进行AC-DC变换，再进行整流滤波稳压，得到稳定可靠的直流电源，给电能表各个模块供电。所述开关电源电路包括耦合变压器电路、脉宽调制驱动电路，脉宽调制驱动电路和耦合变压器电路之间接有反馈采样及其控制电路；所述耦合变压器电路由耦合变压器T1、稳压二极管D3、二极管D1和二极管D2组成；所述脉宽调制驱动电路包括滤波电容C1和集成MOS管的脉宽调制芯片U1；所述反馈采样及其控制电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、光耦OP1和三端稳压管D4组成。

上述稳压二极管D3、二极管D1、二极管D2的作用主要是将耦合变压器T1的输入电压钳制在一定范围内，以保护脉宽调制芯片U1能正常工作；所述脉宽调制电路根据电路电流的增减来调整输入耦合变压器T1的脉冲宽度，通过负反馈的方式调整输出电流的大小，保证负载电路工作稳定；所述耦合变压器T1次级输出端接有整流滤波稳压电路，用以提供电能表各部分电路的工作电压。

上述耦合变压器T1的1、5两端接高频滤波抗干扰电路的输出端，耦合变压器T1的2、5端分别连接到脉宽调制芯片U1的脉宽调制输出端、参考地端，耦合变压器T1的4端通过稳压二极管D3连接到脉宽调制芯片U1的电压输入端，耦合变压器T1的1端接二极管D1的正极，耦合变压器T1的的2端接二极管D2的正极，二极管D1的负极与二极管D2的负极相连；所述脉宽调制驱动电路中电容C1连接在脉宽调制芯片U1的电压输入端和参考地端之间；所述反馈采样及其控制电路的电阻R1一端接脉宽调制驱动电路中脉宽调制芯片U1的电压输入端，一端接在光耦OP1的输出端4端，光耦OP1的输出端3端连接到脉宽调制驱动电路中脉宽调制芯片U1的反馈输入端，光耦OP1的输入端接三端稳压管D4及其匹配电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；所述反馈采样及其控制电路中三端稳压管D4的阳极接地，三端稳压管D4的阴极经电阻R3接Vdd，三端稳压管D4的阴极接反馈采样及其控制电路中光耦OP1的输入端2端，三端稳压管D4的参考极经电阻R4接地，三端稳压管D4的参考极经电阻R5接Vdd，电阻R2连接在反馈采样及其控制电路中光耦OP1的输入端1端和Vdd之间。

上述脉宽调制芯片U1型号为VIPER12A，集成有MOS管。

上述实施例中，单相载波电能表的电源部分使用开关电源方案，通过AD-DC变换，即可以得到满足电路各模块电路正常稳定工作的直流电源。因采用开关电源设计方案，当不进行载波通信时，电源部分功耗很小；当进行载波通信时，通过开关电源电路的负反馈电路，可增大输出电流，既满足了载波通信的要求，又实现了低功耗。

如图3所示，上述实施例中的高频滤波抗干扰电路包括压敏电阻ZR1、传导干扰滤波电路、整流桥D5、复合热敏电阻R6和电解电容C3；其中所述传导干扰滤波电路主要由电容C4、电容C2、共模电感T2、电感L1和电感L2组成，其中共模电感T2可有效抑制共模信号，同时共模电感T2和电容C4、电容C2组成一个LC滤波电路，更好的吸收电路中的传导干扰信号；所述复合热敏电阻R6主要由热敏电阻和压敏电阻组成；所述压敏电阻ZR1和电容C4并联后连接到交流电火线输入端J2和零线输入端J1之间；所述火线输入端J2通过共模电感T2一组电感线圈连接到电容C2的一端，零线输入端J2通过共模电感T2的另一组电感线圈连接到电容C2的另一端；所述电容C2的一端通过电感L2接入整流桥D5的第一输入口，电容C2的另一端通过电感L1接入整流桥D5的第二输入口；所述整流桥D5的第一输出口接入复合热敏电阻R6中的压敏电阻的一端，整流桥D5的第二输出口通过复合热敏电阻R6中的热敏电阻接入复合热敏电阻R6中的压敏电阻的另一端；所述复合热敏电阻R6中的压敏电阻的一端接入电解电容C3的正极，复合热敏电阻R6中的压敏电阻的另一端接入电解电容C3的负极。交流电电压信号经高频滤波抗干扰电路中整流桥D5整流后，接入复合热敏电阻R6，再由电容C3滤波，得到电源电压。当输入电压为420V时复合热敏电阻R6中的压敏电阻将电压钳制在保护电压，其发热产生的热量传给复合热敏电阻R6中的热敏电阻，热敏电阻阻值增大，分压也增大，使输出电压下降，保证电能表正常工作。也可以将复合热敏电阻R6连接在压敏电阻ZR1和电容C4之间，先保护再滤波，如图4所示。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.基于开关电源的单相低功耗费控智能电能表，包括电源模块、单片机中央处理单元、载波通信模块和智能电能表基本功能模块，其特征是：所述电源模块包括整流电路、高频滤波抗干扰电路、开关电源电路、整流滤波稳压电路，其中整流电路的输出端与高频滤波抗干扰电路的输入端相联，高频滤波抗干扰电路的输出端与开关电源电路的输入端相联，开关电源电路的输出端与整流滤波稳压电路的输入端相联。

2.根据权利要求1所述的基于开关电源的单相低功耗费控智能电能表，其特征是：所述开关电源电路由耦合变压器电路、脉宽调制驱动电路、脉宽调制驱动电路和耦合变压器电路之间接有的反馈采样及其控制电路组成；所述耦合变压器电路由耦合变压器T1、稳压二极管D3、二极管D1和二极管D2组成；所述脉宽调制驱动电路由滤波电容C1和集成MOS管的脉宽调制芯片U1组成；所述反馈采样及其控制电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、光耦OP1和三端稳压管D4组成；所述耦合变压器T1的1、5两端接高频滤波抗干扰电路的输出端，耦合变压器T1的2、5端分别连接到脉宽调制芯片U1的脉宽调制输出端、参考地端，耦合变压器T1的4端通过稳压二极管D3连接到脉宽调制芯片U1的工作电压端，耦合变压器T1的1端接二极管D1的正极，耦合变压器T1的的2端接二极管D2的正极，二极管D1的负极与二极管D2的负极相连；所述脉宽调制驱动电路中电容C1连接在脉宽调制芯片U1的工作电压端和参考地端之间；所述反馈采样及其控制电路的电阻R1一端接脉宽调制驱动电路中脉宽调制芯片U1的工作电压端，一端接在光耦OP1的输出端4端，光耦OP1的输出端3端连接到脉宽调制驱动电路中脉宽调制芯片U1的反馈输入端，光耦OP1的输入端接三端稳压管D4及其匹配电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；所述反馈采样及其控制电路中三端稳压管D4的阳极接地，三端稳压管D4的阴极经电阻R3接其工作电源，三端稳压管D4的阴极接反馈采样及其控制电路中光耦OP1的输入端2端，三端稳压管D4的参考极经电阻R4接地，三端稳压管D4的参考极经电阻R5接其工作电源，电阻R2连接在反馈采样及其控制电路中光耦OP1的输入端1端和其工作电源之间。

3.根据权利要求2所述的基于开关电源的单相低功耗费控智能电能表，其特征是：所述脉宽调制芯片U1型号为VIPER12A，集成有MOS管。

4.根据权利要求1所述的基于开关电源的单相低功耗费控智能电能表，其特征是：所述高频滤波抗干扰电路包括压敏电阻ZR1、传导干扰滤波电路、整流桥D5、复合热敏电阻R6和电解电容C3；其所述传导干扰滤波电路包括电容C4、电容C2、共模电感T2组成的LC滤波电路，以及电感L1和电感L2；所述复合热敏电阻R6由热敏电阻和压敏电阻组成；所述压敏电阻ZR1和电容C4并联后连接到交流电火线输入J2和零线输入端J1之间；所述火线输入端J2通过共模电感T2一组电感线圈连接到电容C2的一端，零线输入端J2通过共模电感T2的另一组电感线圈连接到电容C2的另一端；所述电容C2的一端通过电感L2接入整流桥D5的第一输入口，电容C2的另一端通过电感L1接入整流桥D5的第二输入口；所述整流桥D5的第一输出口接入复合热敏电阻R6中的压敏电阻的一端，整流桥D5的第二输出口通过复合热敏电阻R6中的热敏电阻接入复合热敏电阻R6中的压敏电阻的另一端；所述复合热敏电阻R6中的压敏电阻的一端接入电解电容C3的正极，复合热敏电阻R6中的压敏电阻的另一端接入电解电容C3的负极。

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