CN106849329A - 一种电能表供电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电能表供电电路，包括：输入转换模块和电压转换单元；输入转换模块的输入端与交流电源相连，输入转换模块的输出端与电压转换单元的输入端相连，电压转换单元的输出端与电能表时钟电路的电源输入端相连。该电路还包括：供电电池、储能电容；储能电容的正极分别与电压转换单元的输出端、电源输入端和供电电池的正极相连，储能电容的负极接地，供电电池的正极还与电源输入端相连。在交流电源断电后，如果储能电容的电压低于供电电池的电压时，供电电池通过电源输入端对时钟电路供电，并对储能电容充电，否则，储能电容通过电源输入端放电，以使时钟电路继续工作。本发明能提高电能表的使用寿命和稳定性。

Description

一种电能表供电电路
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种电能表供电电路。
背景技术
在电能表的使用过程中，经常会遇到停电现象，当电能表停电后，为保持单片机的工作及内部时钟的准确性，需要保证电能表内部时钟电路正常工作，一般停电期间维持时钟电路的工作都采用电池为单片机供电，保持单片机处于低功耗状态和电能表时钟的准确性。以往电能表的时钟供电采用电池直接接到单片机VCC接口上，这种方案虽然简单易行，但是有很大弊端。首先电池在长时间停机贮存不工作时，容易造成电池钝化，再一次通电会造成电池上电困难，甚至不上电；其次就是电池功耗较大，很难满足电能表的时钟工作时间要大于5年的要求，电能表使用寿命大于10年的要求。出现以上情况会造成掉电时单片机出现工作不正常、电能表内部时钟电路工作不正常，进而造成电能表时钟不准，抄表不及时、抄表误差大和不能抄表等故障。
发明内容
本发明提供一种电能表供电电路，解决现有电能表在停电后，电池对电能表内部的单片机和时钟电路的供电易出现电池钝化和供电期限太短的问题，确保供电时间达到国家标准要求，提高电能表的使用寿命和稳定性。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
一种电能表供电电路，包括：输入转换模块和电压转换单元；所述输入转换模块的输入端与交流电源相连，所述输入转换模块的输出端与所述电压转换单元的输入端相连，所述电压转换单元的输出端与电能表时钟电路的电源输入端相连；所述输入转换模块用于将交流电压转换为直流电压；所述电压转换单元用于将所述直流电压转换为设定电压输出；还包括：供电电池、储能电容；
所述储能电容的正极分别与所述电压转换单元的输出端、所述电源输入端和所述供电电池的正极相连，所述储能电容的负极与所述供电电池的负极相连，所述供电电池的正极还与所述电源输入端相连，所述供电电池的负极接地；
在交流电源断电后，如果所述储能电容的电压低于所述供电电池的电压时，所述供电电池通过所述电源输入端对时钟电路供电，并对所述储能电容充电，否则，所述储能电容通过所述电源输入端放电，以使时钟电路继续工作。
优选的，还包括：与所述供电电池相连的检测单元和报警单元；
所述检测单元用于检测所述供电电池的电压，在所述供电电池的电压低于设定电压阀值时，所述报警单元显示报警信息。
优选的，所述检测单元包括：串联连接在所述供电电池正极和负极之间的第一电阻和第二电阻；所述第一电阻和第二电阻的连接端作为电压检测端。
优选的，还包括：第一二极管和第二二极管；
所述第一二极管的阳极与所述电压转换单元的输出端相连，所述第一二极管的阴极与所述电源输入端相连，所述第二二极管的阳极与所述供电电池的正极相连，所述第二二极管的阴极与所述电源输入端相连。
优选的，所述电压转换单元为三端稳压器，所述三端稳压器的输入端作为所述电压转换单元的输入端，所述三端稳压器的输出端作为所述电压转换单元的输出端。
优选的，所述输入转换模块包括：保护电路、变压器及整流滤波模块；
所述保护电路的输入端作为所述输入转换模块的输入端，所述保护电路的输出端与所述变压器的输入端相连，所述变压器的输出端与所述整流滤波模块的输入端相连，所述整流滤波模块的输出端作为所述输入转换模块的输出端。
优选的，所述保护电路包括：压敏电阻、热敏电阻及保护电阻；
所述热敏电阻的一端与交流电源的火线相连，所述热敏电阻的另一端作为所述保护电路的输出端，所述压敏电阻串接在交流电源的火线与零线之间，所述保护电阻串接在所述热敏电阻的另一端与交流电源的零线之间。
优选的，所述整流滤波模块包括：BG整流模块、第一滤波电容和第二滤波电容；
所述BG整流模块的输入端作为所述整流滤波模块的输入端，所述BG整流模块的输出端作为所述整流滤波模块的输出端；
所述第一滤波电容的一端与所述BG整流模块的输出端相连，所述第一滤波电容的另一端接地；
所述第二滤波电容的一端与所述电压转换单元的输出端相连，所述第二滤波电容的另一端接地。
本发明提供一种电能表供电电路，通过储能电容和供电电池在电能表输入的交流电源断电后，对电能表时钟电路供电。解决现有电能表在停电后，电池对电能表内部的单片机和时钟电路的供电易出现电池钝化和供电期限太短的问题，保证电能表的电池供电稳定，确保供电时间达到国家标准要求，提高电能表的使用性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1：是本发明提供的一种电能表供电电路结构示意图；
图2：是本发明实施例提供的一种电能表供电电路示意图。
附图标记
S1 输入转换模块
VCC 电源输入端
BATDET 电压检测端
T 变压器
U1 三端稳压器
U2 BG整流模块
RV 压敏电阻
PT 热敏电阻
R1 第一电阻
R2 第二电阻
R3 保护电阻
E1 第一滤波电容
E2 第二滤波电容
E3 储能电容
D1 第一二极管
D2 第二二极管
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
针对当前电能表在遇到停电时，由电池对电能表时钟电路进行供电，易出现电池钝化的问题，造成电能表时钟不准，抄表不及时、抄表误差大和不能抄表等故障。本发明提供一种电能表供电电路，通过储能电容和供电电池在电能表输入的交流电源断电后，对电能表时钟电路供电。解决现有电能表在停电后，电池对电能表内部的单片机和时钟电路的供电易出现电池钝化和供电期限太短的问题，保证电能表的电池供电稳定，确保供电时间达到国家标准要求，提高电能表的使用性能。
如图1所示，为本发明提供的一种电能表供电电路结构示意图，该电路包括：输入转换模块和电压转换单元；所述输入转换模块S1的输入端与交流电源相连，所述输入转换模块S1的输出端与所述电压转换单元的输入端相连，所述电压转换单元的输出端与电能表时钟电路的电源输入端VCC相连；所述输入转换模块S1用于将交流电压转换为直流电压；所述电压转换单元用于将所述直流电压转换为设定电压输出；还包括：供电电池、储能电容。分别与所述电压转换单元的输出端、所述电源输入端VCC和所述供电电池的正极相连，所述储能电容的负极与所述供电电池的负极相连，所述供电电池的正极还与所述电源输入端相连，所述供电电池的负极接地。在交流电源断电后，如果所述储能电容的电压低于所述供电电池的电压时，所述供电电池通过所述电源输入端VCC对时钟电路供电，并对所述储能电容充电，否则，所述储能电容通过所述电源输入端VCC放电，以使时钟电路继续工作。
具体地，当电能表供电发生掉电以后，储能电容电压对时钟电路进行供电，电池依然无损耗。直到储能电容电压小于供电电池的输出电压时，，且外部电源没有为电能表通电情况下，转由电池为单片机供电，同时给储能电容充电，直到电池能量耗尽时，单片机还可以用已经由电池充电完成的电容供电。
在实际应用中，供电电池常使用3.6V的锂亚电池，电池容量为1200mAh，锂亚电池长时间不工作的话，极板上的部分活性物质会失去活性，造成电池的钝化。但由于储能电容的存在，充分利用电容漏电流的特点，使电池会一直处于放电工作状态。储能电容约为2uA的超低漏电流加上电能表时钟电路的电阻功耗约为0.9uA，电池接近3uA的总静态功耗电流可以保证电池处于工作状态，避免钝化，又不会对电池产生比较大的功耗。
进一步，该电路还包括：与所述供电电池相连的检测单元和报警单元(图上未示出)；所述检测单元用于检测所述供电电池的电压，在所述供电电池的电压低于设定电压阀值时，所述报警单元显示报警信息。需要说明的是，电能表中的单片机通过检测单元对供电电池的电压进行检测，在供电电池的电压过低时，可控制电能表进入低功率运行。如图2所示，为本发明实施例提供的一种电能表供电电路示意图，所述检测单元包括：串联连接在所述供电电池正极和负极之间的第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻R1和第二电阻R2的连接端作为电压检测端BATDET。
具体地，所述第一电阻R1的一端作为所述检测单元的输入端，所述第一电阻R1的另一端与所述第二电阻R2的一端相连，所述第二电阻R2的另一端作为所述检测单元的第一输出端，所述第一电阻R1的另一端还作为所述检测单元的第二输出端。
在实际应用中，第一电阻R1和第二电阻R2对供电电池的电压进行分压，可由单片机的输入端口与检测单元的第二输出端相连，以对供电电池的输出电压进行检测。R1、R2可选用2MΩ的大阻抗电阻，供电电池的功耗可为0.9uA，这样既可以配合电容漏电流对电池进行防钝化，又能避免造成电池功耗过大浪费能量。
进一步，该电路还包括：第一二极管D1和第二二极管D2；第一二极管D1的阳极与所述电压转换单元的输出端相连，第一二极管D1的阴极与电源输入端VCC之间，第二二极管D2的阳极与所述供电电池的正极相连，第二二极管D2的阴极与电源输入端VCC相连。
如图2所示，所述电压转换单元为三端稳压器U1，所述三端稳压器U1的输入端作为所述电压转换单元的输入端，所述三端稳压器的输出端作为所述电压转换单元的输出端。
在实际应用中，电能表内部常使用的12V直流电压，单片机及时钟电路供电要求为1.6V～5.5V，因此需要将12V电压用三端稳压器U进行一次电压转换为5V，使电源输入端VCC电压处于5V。
进一步，所述输入转换模块S1包括：保护电路、变压器及整流滤波模块；所述保护电路的输入端作为所述输入转换模块S1的输入端，所述保护电路的输出端与所述变压器的输入端相连，所述变压器的输出端与所述整流滤波模块的输入端相连，所述整流滤波模块的输出端作为所述输入转换模块S1的输出端。
如图2所示，所述保护电路包括：压敏电阻RV、热敏电阻PT及保护电阻R3。所述热敏电阻PT的一端与交流电源的火线相连，所述热敏电阻PT的另一端作为所述保护电路的输出端，所述压敏电阻RV串接在交流电源的火线与零线之间，所述保护电阻R3串接在所述热敏电阻的另一端与交流电源的零线之间。
具体地，交流电源的L、N接线端与电能表供电端口连接，先由压敏电阻RV、热敏电阻PT和保护电阻R3组成的保护电路进行保护，再经过变压器T对220V市电进行转换，由变压器T次级端口为后级电路输出电能。
所述整流滤波模块包括：BG整流模块U2、第一滤波电容E1和第二滤波电容E2。所述BG整流模块U2的输入端作为所述整流滤波模块的输入端，所述BG整流模块U2的输出端作为所述整流滤波模块的输出端。所述第一滤波电容E1的一端与所述BG整流模块的输出端相连，所述第一滤波电容E1的另一端接地。所述第二滤波电容E2的一端与所述电压转换单元的输出端相连，所述第二滤波电容E2的另一端接地。
在实际应用中，比如储能电容E3由5V放电至单片机最低供电电压1.6V需要的时间来计算，其中，单片机及时钟电路低功耗电流为15uA，电容消耗电压为5V-1.6V＝3.4V，则排除电池及外部电源供电时间，储能电容可以为单片机供电为41.6天。如取供电电池容量为1.2A/h，以15uA的单片机电流和2uA的电容漏电流进行工作，可得电能表掉电后由该电路可以维持电能表单片机低功耗工作，单片机时钟准确工作2982.8天(8年)。完全可以满足电能表时钟工作大于5年，电能表使用寿命大于10年的要求。可增加电能表的使用寿命及解决各种极端情况下造成的电能表时钟出错的问题。
可见，本发明提供一种电能表供电电路，通过储能电容和供电电池在电能表输入的交流电源断电后，对电能表时钟电路供电。解决现有电能表在停电后，电池对电能表内部的单片机和时钟电路的供电易出现电池钝化和供电期限太短的问题，保证电能表的电池供电稳定，确保供电时间达到国家标准要求，提高电能表的使用性能。
以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电能表供电电路，包括：输入转换模块和电压转换单元；所述输入转换模块的输入端与交流电源相连，所述输入转换模块的输出端与所述电压转换单元的输入端相连，所述电压转换单元的输出端与电能表时钟电路的电源输入端相连；所述输入转换模块用于将交流电压转换为直流电压；所述电压转换单元用于将所述直流电压转换为设定电压输出；其特征在于，还包括：供电电池、储能电容；
所述储能电容的正极分别与所述电压转换单元的输出端、所述电源输入端和所述供电电池的正极相连，所述储能电容的负极与所述供电电池的负极相连，所述供电电池的正极还与所述电源输入端相连，所述供电电池的负极接地；
在交流电源断电后，如果所述储能电容的电压低于所述供电电池的电压时，所述供电电池通过所述电源输入端对时钟电路供电，并对所述储能电容充电，否则，所述储能电容通过所述电源输入端放电，以使时钟电路继续工作。
2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，还包括：与所述供电电池相连的检测单元和报警单元；所述检测单元用于检测所述供电电池的电压，在所述供电电池的电压低于设定电压阀值时，所述报警单元显示报警信息。
3.根据权利要求2所述的供电电路，其特征在于，所述检测单元包括：串联连接在所述供电电池正极和负极之间的第一电阻和第二电阻；所述第一电阻和第二电阻的连接端作为电压检测端。
4.根据权利要求3所述的供电电路，其特征在于，还包括：第一二极管和第二二极管；
所述第一二极管的阳极与所述电压转换单元的输出端相连，所述第一二极管的阴极与所述电源输入端相连，所述第二二极管的阳极与所述供电电池的正极相连，所述第二二极管的阴极与所述电源输入端相连。
5.根据权利要求4所述的供电电路，其特征在于，所述电压转换单元为三端稳压器，所述三端稳压器的输入端作为所述电压转换单元的输入端，所述三端稳压器的输出端作为所述电压转换单元的输出端。
6.根据权利要求5所述的供电电路，其特征在于，所述输入转换模块包括：保护电路、变压器及整流滤波模块；
所述保护电路的输入端作为所述输入转换模块的输入端，所述保护电路的输出端与所述变压器的输入端相连，所述变压器的输出端与所述整流滤波模块的输入端相连，所述整流滤波模块的输出端作为所述输入转换模块的输出端。
7.根据权利要求6所述的供电电路，其特征在于，所述保护电路包括：压敏电阻、热敏电阻及保护电阻；
所述热敏电阻的一端与交流电源的火线相连，所述热敏电阻的另一端作为所述保护电路的输出端，所述压敏电阻串接在交流电源的火线与零线之间，所述保护电阻串接在所述热敏电阻的另一端与交流电源的零线之间。
8.根据权利要求6所述的供电电路，其特征在于，所述整流滤波模块包括：BG整流模块、第一滤波电容和第二滤波电容；
所述BG整流模块的输入端作为所述整流滤波模块的输入端，所述BG整流模块的输出端作为所述整流滤波模块的输出端；
所述第一滤波电容的一端与所述BG整流模块的输出端相连，所述第一滤波电容的另一端接地；
所述第二滤波电容的一端与所述电压转换单元的输出端相连，所述第二滤波电容的另一端接地。
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