CN107425740A - 一种高压表电源及高压表 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压表电源及高压表，属于电力计量技术领域。该高压表电源包括：多阻容分压装置和至少一个电压调理装置，每个所述电压调理装置均与所述多阻容分压装置耦合。每个所述电压调理装置均包括：输入整流装置、高频抗干扰装置、PFC装置、直流斩波装置和输出整流滤波装置。所述输入整流装置、所述高频抗干扰装置、所述PFC装置、所述直流斩波装置和所述输出整流滤波装置依次耦合。与现有技术相比，解决现有高压表供电方式存在的缺陷以及高压表电源的可靠性和稳定性较低的问题。此外，本发明还具备：抗干扰能力强、输出功率高、带负载能力强、安全性能高、输出电压稳定、结构简单、成本低等诸多优点。

Description

一种高压表电源及高压表
技术领域
本发明属于电力计量技术领域，具体涉及一种高压表电源及高压表。
背景技术
目前在我国6－35kV的配电网中，最传统的电能计量的方式是采用电磁式高压电压互感器、电流互感器和低压电能表组合而成，起初电压互感器、电流互感器的一次侧直接接入到高压端，二次侧接入电压电能表，一、二次侧之间高耐压隔离。这种传统高压表体积庞大、笨重、不易安装、且低压端易发生窃电行为。对此后来行业中发展出一种新型的高压电能表，这种高压表将一、二次侧集中到一起，并且直接接入高压端，解决了传统高压表所遇到的很多问题。对于这种新型的高压电能表，由于直接工作在高压侧，电能表的工作电源也成了一个难题。
传统的高压表取电方式是直接采用电压互感器从高压侧将电压转变为低电压，经过转换后给电能表供电。现有的高压表的取电方式采用高压电容将分压所得到的电压输入到线性变压器，进行DC－DC变换后给电能表供电，或者将分压所得到的电压直接输入到AC－DC开关电源模块，进行转换后给电能表供电。首先，对于采用高压电容分压取电的电源，由于高压电容本身的自愈性能，会使得电容内部分压不均匀，电场较为集中的部分电压高，导致泄漏电流大，同时高压电容的工艺复杂，成本高，对于纯电容分压的电源，无阻尼电阻的情况下，电容在遭受高频冲击时呈短路状态，可靠性差。其次，将分压所得到的电压输入到线性变压器，进行DC－DC变换的方案，由于线性变压器功耗比较大，并且线性变压器的体积比较庞大，需要较大的空间，所以，不便于集成安装，成本相对较高；而对于采用将分压所得到的电压直接输入到AC－DC开关电源模块的这种方案，首先由于没有考虑高压分压电容的容抗大，因此低压部分的功率因数较低，输入有功功率小，从而导致输出的功率小，一般高压表常采用无线的方式进行通信，通信瞬时功耗大，则可导致电源负荷不了，影响通信质量和通信距离，进而影响相关数据的抄读；其次在现有的技术中，高压表开关电源的输入端没有考虑电网谐波等高频干扰信号会干扰到电源，影响电源稳定性，进而影响电能表的计量误差，严重的将会直接导致电源损坏而使得电能表无法工作，同时也没有考虑开关电源自身开关过程中产生的干扰信号返回到电网中去，影响其他接入电网中的设备。当电网过电压时，在现有技术中，通常采用气体放电管、固体放电管或TVS管来对后级的电源以及电路进行过电压保护，而气体、固定放电管较大的一个缺陷是寿命较短，保护次数有限，尤其是在经过持续过压放电保护以后会使得它自身的钳位电压以及恢复电压变得越来越低，甚至低于电源设计的输入电压，对电源不利，TVS管常用瞬态过压抑制，当过压持续时间较长时并不合适。因此，亟需一种全新的高压表电源来解决现有高压表供电方式存在的缺陷和提高高压表电源的可靠性和稳定性。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种高压表电源及高压表，以有效地改善上述问题。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明实施例提供了一种高压表电源及高压表，包括：多阻容分压装置和至少一个电压调理装置，每个所述电压调理装置均与所述多阻容分压装置耦合。每个所述电压调理装置均包括：输入整流装置、高频抗干扰装置、PFC装置、直流斩波装置和输出整流滤波装置。所述输入整流装置、所述高频抗干扰装置、所述PFC装置、所述直流斩波装置、所述输出整流滤波装置依次耦合。所述多阻容分压装置用于对高压交流电压进行分压，并将分压后的交流电压输送给所述输入整流装置。所述输入整流装置用于将分压后的交流电压整流成直流高压输出给所述高频抗干扰装置。所述高频抗干扰装置用于过滤所述直流高压中的电磁干扰信号，并将过滤后的直流高压输送给所述PFC装置。所述PFC装置用于校正经所述高频抗干扰装置过滤后的电压的功率因数，并将校正后的电压输送给所述直流斩波装置。所述直流斩波装置用于将经所述PFC装置校正后的直流电压斩为高频交流电压输送给所述输出整流滤波装置。所述输出整流滤波装置用于将高频交流电压整流、滤波、稳压为负载所需的低压直流电源后输出给高压表供电。
在本发明较佳的实施例中，所述多阻容分压装置包括：至少一个多阻容分压电路和至少一个阻容吸收电路，所述阻容吸收电路与所述多阻容分压电路串联；每个所述多阻容分压电路均包括：N+1个低压电阻和N个低压电容，所述N+1个低压电阻与所述N个低压电容相互交错串联形成阻容串，所述阻容串的两端均为低压电阻；每个所述阻容吸收电路均包括：一个压敏电阻和一个分压电容，所述压敏电阻和所述分压电容并联。
在本发明较佳的实施例中，所述直流斩波装置包括：RCD电路、PWM电路和变压器；所述RCD电路分别与所述PWM电路、所述PFC装置和所述变压器的输入端耦合，所述PWM电路分别与所述PFC装置和所述变压器的输入端耦合；所述PWM电路通过控制其包含的MOS管的导通或关断，将直流电压斩为高频交流电压；所述变压器用于将所述高频交流电压变成高频交流低压信号输出，所述RCD电路用于吸收所述MOS管关断后产生的反向电压。
在本发明较佳的实施例中，所述高频抗干扰装置包括：过压保护电路和第一滤波电路，所述过压保护电路分别与所述输入整流装置和所述第一滤波电路耦合，所述第一滤波电路与所述PFC装置耦合。
在本发明较佳的实施例中，所述电压调理装置还包括：采样反馈装置，所述采样反馈装置分别与所述直流斩波装置和所述输出整流滤波装置耦合，用于对所述输出整流滤波装置输出的电压进行采样，并将采样信号反馈给所述直流斩波装置，以使所述直流斩波装置根据所述采样信号所反馈的电压信号，去调节所输出的电压，从而使输出电压稳压。
在本发明较佳的实施例中，所述采样反馈装置包括：第二滤波电路、光耦合器和采样比较电路，所述采样比较电路的输出端与所述光耦合器的输入端耦合，所述光耦合器的输出端通过所述第二滤波电路与所述直流斩波装置耦合。
在本发明较佳的实施例中，所述电压调理装置还包括：ESD保护装置，所述ESD保护装置与所述输出整流滤波装置耦合，所述ESD保护装置用于保护电路免受静电干扰。
在本发明较佳的实施例中，所述PFC装置包括：第七二极管、第八二极管、第九二极管、第二电容和第三电容，所述第二电容的正极端分别与第九二极管的阴极端、所述高频抗干扰装置和所述直流斩波装置耦合，所述第二电容的负极端分别与所述第七二极管的阴极端、所述第八二极管的阳极端耦合，所述第七二极管的阳极端分别与所述第三电容的负极端、所述高频抗干扰装置和所述直流斩波装置耦合，所述第三电容的正极端分别与所述第九二极管的阳极端和所述第八二极管的阴极端耦合。
在本发明较佳的实施例中，所述RCD电路包括：第一电阻、第四电容、第十TVS管和第十一二极管，所述第一电阻的一端分别与所述第四电容的一端、所述第十TVS管的阳极端、所述变压器的第一初级线圈的一端和所述PFC装置耦合，所述第一电阻的另一端分别与所述第四电容的另一端、所述第十TVS管的阴极端和所述第十一二极管的阴极端耦合，所述第十一二极管的阳极端分别与所述变压器的第一初级线圈的另一端和所述PWM电路耦合。
本发明实施例还提供了一种高压表，包括：A相输入端、B相输入端、C相输入端、A相计量单元、B相计量单元、C相计量单元和上述的高压表电源。所述高压表电源分别与所述A相输入端、所述B相输入端、所述C相输入端、所述A相计量单元、所述B相计量单元和所述C相计量单元连接，所述高压表电源用于将AB相间的电压转换为所述A相计量单元工作所需的工作电压为其供电，也用于将ABC相间的电压转换为所述B相计量单元工作所需的工作电压为其供电，还用于将CB相间的电压转换为所述C相计量单元工作所需的工作电压为其供电。
本发明的有益效果是：
本发明实施例提供的高压表电源及高压表。与现有技术相比，该高压表电源先通过多阻容降压装置将高电压交流电压分压为低电压，避免了采用传统电压互感器降压所带来的铁磁谐振问题和风险，再通过输入整流装置将分压后的交流电压整流成直流电压；经过高频抗干扰装置过滤掉该直流电压中的电磁干扰信号，同时也过滤掉后级电路所产生的干扰信号，防止返还到电网中干扰其他设备，提高了电路的电磁兼容性能；再经过PFC装置来提高电路的功率因素，使更多的视在能量转换为有功能量，提高电源的带负载能力；再经过直流斩波装置将经PFC装置校正后的直流电压斩为负载所需的高频交流电压，通过小体积的开关电源变压器将高频交流电压变为交流低压，再通过输出整流滤波装置后变为负载所需的直流电压。本发明具备：抗干扰能力强、输出功率高、带负载能力强、安全性能高、输出电压稳定、结构简单、成本低等诸多优点。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1示出了本发明第一实施例提供的一种高压表电源的结构框图。
图2示出了本发明第一实施例提供的图1中的多阻容分压装置的电路原理图。
图3示出了本发明第一实施例提供的图1中的一种实施方式下的输入整流装置的电路原理图。
图4示出了本发明第一实施例提供的图1中的另一种实施方式下的输入整流装置的电路原理图。
图5示出了本发明第一实施例提供的图1中的高频抗干扰装置的电路原理图。
图6示出了本发明第一实施例提供的图1中的PFC装置的电路原理图。
图7示出了本发明第一实施例提供的图1中的直流斩波装置的电路原理图。
图8示出了本发明第一实施例提供的图1中的输出整流滤波装置与ESD保护装置相连接的电路原理图。
图9示出了本发明第一实施例提供的一种高压表电源的低压端电路原理图。
图10示出了本发明第二实施例提供的一种高压表电源的结构框图。
图11示出了本发明第二实施例提供的图10中的采样反馈装置的电路原理图。
图12示出了本发明第二实施例提供的一种高压表电源的低压端电路原理图。
图13示出了本发明实施例提供的一种高压表的电路原理图。
图标：10A－高压表电源；10B－高压表电源；11－多阻容分压装置；111－多阻容分压电路；112－阻容吸收电路；12A－电压调理装置；12B－电压调理装置；121－输入整流装置；122－高频抗干扰装置；1221－过压保护电路；1222－第一滤波电路；123－PFC装置；124－直流斩波装置；1241－RCD电路；1242－PWM电路；1243－变压器；125－输出整流滤波装置；126－ESD保护装置；127－采样反馈装置；1271－第二滤波电路；1272－光耦合器；1273－采样比较电路；30－高压表；31－A相计量单元；32－B相计量单元；33－C相计量单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例
基于现有技术中，对于浪涌电流输入以及开关电源后端所出现的过流或短路没有相应的保护措施的问题。为解决这一问题，为此，本发明实施例提供了一种高压表电源10A，如图1所示。该高压表电源10A包括：多阻容分压装置11和至少一个电压调理装置12A。
所述多阻容分压装置11与所述电压调理装置12A耦合，用于对高压交流电压进行分压，并将分压后的交流电压输送给所述电压调理装置12A。于本实施例中，如图2所示，优选地，该多阻容分压装置11包括：至少一个多阻容分压电路111和至少一个阻容吸收电路112。
图2示出了多阻容分压装置11与A相输入端、B相输入端、C相输入端的连接原理图。本实施例中，该多阻容分压装置11包括：2个多阻容分压电路111和4个阻容吸收电路112。
其中，每个多阻容分压电路111均包括：N+1个低压电阻和N个低压电容。所述N+1个低压电阻与所述N个低压电容相互交错串联形成阻容串，所述阻容串的两端均为低压电阻，即按照低压电阻、低压电容、低压电阻、低压电容……低压电容、低压电阻的规律串联而成。其中，优选地，该阻容串中所串联的电阻的阻值均相等，所串联的电容的容值均相等，这样可以使得分压均匀，电场分布均匀，不会影响其他电路。
其中，每个所述阻容吸收电路112均包括：一个压敏电阻和一个分压电容，所述压敏电阻和所述分压电容并联。
其中，本实施例中，多阻容分压电路111的两端均串联有该阻容吸收电路112。
每个电压调理装置12A均用于将分压后的交流电压整流成直流高压、滤除该直流高压中的电磁干扰信号、校正过滤后的电压的功率因数、将校正后的直流电压斩为高频交流电压、再将高频交流电压整流、滤波、稳压为负载所需的低压直流电源后输出供电。本实施例中，优选地，每个电压调理装置12A均包括：输入整流装置121、高频抗干扰装置122、PFC装置123、直流斩波装置124和输出整流滤波装置125
于本实施例中，优选地，所述输入整流装置121与所述高频抗干扰装置122连接。即分压后的交流信号经过输入整流装置121整流成直流信号输出给高频抗干扰装置122。该输入整流装置121可以是目前市面上常使用的具备将交流电整流成直流电这一功能的装置，亦或者是具备将交流电整流成直流电这一功能的电路。本实施例中，优选地，该输入整流装置121可以是全波整流电路。其中，当该输入整流装置121用于AB或CB相间时，其可以是单相全波整流电路，当应用于ABC相间时，其可以是三相全波整流电路。
其中，作为一种实施方式，当输入整流装置121为单相全波整流电路时，优选地，如图3所示，该单相全波整流电路包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4。第一二极管D1的阴极端与第二二极管D2的阳极端连接，第一二极管D1的阳极端与第三二极管D3的阳极端连接。第三二极管D3的阴极端与第四二极管D4的阳极端连接，第四二极管D4的阴极端与第二二极管D2的阴极端。
其中，图3中的第一端口1和第二端口2为输入端，第三端口3和第四端口4为输出端。
其中，作为另一种实施方式，当输入整流装置121为三相全波整流电路时，优选地，如图4所示，该三相全波整流电路包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6。第一二极管D1的阴极端与第二二极管D2的阳极端连接，第一二极管D1的阳极端与第三二极管D3的阳极端连接。第三二极管D3的阴极端与第四二极管D4的阳极端连接，第三二极管D3的阳极端还与第五二极管D5的阳极端连接。第四二极管D4阴极端分别与第二二极管D2的阴极端和第六二极管D6的阴极端连接，第五二极管D5的阴极端与第六二极管D6的阳极端连接。图4中的端口第一端口1、第二端口2和第三端口3为输入端，第四端口4和第五端口5为输出端。
其中，不难发觉图3所示的单相全波整流电路属于图4所示的三相全波整流电路，换句话说，图4中的三个输入端中有一个输入端不接线时，即为图3所示的单相全波整流电路。
所述高频抗干扰装置122分别与所述输入整流装置121和所述PFC装置123耦合。所述高频抗干扰装置122不仅用于防止浪涌冲击电流、防止外部输入的高频干扰信号干扰后级的电路，并将过滤后的直线电压输送给所述PFC装置123，还可以将后级电路产生的干扰信号抑制起来，防止干扰信号返回电网干扰其他设备，而且还能起到过压保护的作用。于本实施例中，如图5所示，优选地，所述高频抗干扰装置122包括：过压保护电路1221和第一滤波电路1222。
所述过压保护电路1221分别与所述输入整流装置121和所述第一滤波电路1222耦合。该过压保护电路1221不仅能起到过压和过流保护的作用，而且还用于与第一滤波电路1222组成高频抗干扰装置122，既可以防止外部的干扰信号输入影响后级电源电路，同时也可以抑制后级电路产生的干扰信号输入电网。于本实施例中，优选地，该过压保护电路1221为复合型PTC热敏电阻。
第一滤波电路1222具备良好的电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility，EMC)特性，可以防止外部输入的高频干扰信号干扰后级的电路，还可以将后级电路产生的干扰信号抑制起来，防止干扰信号返回电网干扰其他设备。所述第一滤波电路1222分别与所述过压保护电路1221和所述PFC装置123耦合。于本实施例中，如图5中的下方虚线框所示，优选地，所述第一滤波电路1222为LC滤波电路。进一步优选地，包括：共模电感L1和第一电容C1。
所述第一电容C1的一端与所述复合型PTC热敏电阻RT的第二引脚连接，所述第一电容C1的另一端与所述复合型PTC热敏电阻RT的第三引脚连接。此外，所述第一电容C1的两端还分别与共模电感的一端连接，所述共模电感的另一端用于与所述PFC装置123连接。
其中，所述复合型PTC热敏电阻RT的第一引脚与第七端口7连接，复合型PTC热敏电阻RT的第三引脚连接与第六端口6连接。所述共模电感的另一端分别与第八端口8和第九端口9连接。其中，图5中的第七端口7和第六端口6为输入端，第八端口8和第九端口9为输出端。其中，第七端口7用于与图4中的第五端口5或图3中的第四端口4连接；第六端口6用于与图4中的第四端口4或图3中的第三端口3连接。
其中，该复合型PTC热敏电阻RT与第一电容C1，还可以组成RC滤波电路，进一步提高电路的抗干扰能力，提高产品的稳定性和可靠性。
所述PFC装置123分别与所述高频抗干扰装置122和所述直流斩波装置124耦合。所述PFC装置123用于校正经所述高频抗干扰装置122过滤后的直流信号的功率因数，并将校正后的直流信号输送给所述直流斩波装置124，以进一步提高电源的带负载能力。所述PFC装置123可以是被动式PFC装置(无源PFC装置)，也可以是主动式PFC装置(有源PFC装置)。于本实施例中，如图6所示，优选地，该PFC装置123可以为无源PFC装置。进一步优选地，该无源PFC装置为无源PFC电路包括：第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第二电容C2和第三电容C3。第七二极管D7的阳极端与第三电容C3的负极端连接，此外，第七二极管D7的阳极端还与第十端口10连接。第二电容C2的正极端与第九二极管D9的阴极端连接，此外，第二电容C2的正极端还与第十一端口11连接。第二电容C2的阴极端分别与第七二极管D7的阴极端和第八二极管D8的阳极端连接。第三电容C3的负极端还与第十二端口12连接，第三电容C3的正极端分别与第八二极管D8阴极端和第九二极管D9的阴极端连接。第九二极管D9的阴极端还与第十三端口13连接。
其中，该无源PFC电路采用无源填谷的方式来提高功率因数，使更多的视在能量转换为有功能量，提高电源的带负载能力，同时还能起到储能滤波的作用，即第二电容C2和第三电容C3还能起到储能滤波的作用。
其中，图6中的第十端口10和第十一端口11为输入端，第十二端口12和第十三端口13为输出端。第十端口10用于与图5中的第八端口8连接，第十一端口11用于与图5中的第九端口9连接。
所述直流斩波装置124与所述PFC装置123耦合。所述直流斩波装置124用于将经所述PFC装置123校正后的直流信号斩为负载所需的交流信号。于本实施例中，如图7所示，优选地，所述直流斩波装置124包括：RCD电路1241、PWM电路1242和变压器1243。
所述RCD电路1241分别与所述PWM电路1242、所述PFC装置123和所述变压器1243的输入端耦合。所述RCD电路1241用于吸收所述PWM电路1242中的MOS管关断后产生的反向电压。于本实施例中，如图7右上方虚线框所示，优选地，所述RCD电路1241包括：第一电阻R1、第四电容C4、第十TVS管D10和第十一二极管D11。第一电阻R1的一端分别与第四电容C4的一端、第十TVS管D10的阳极端连接，此外，第一电阻R1的一端还用于与第十五端口15和变压器1243的第一初级线圈T1的一端连接。第一电阻R1的另一端分别与第四电容C4的另一端、第十TVS管D10的阴极端和第十一二极管D11的阴极端连接。第十一二极管D11的阳极端与PWM电路1242中的MOS管的漏极端连接，此外，第十一二极管D11的阳极端还与变压器1243的第一初级线圈T1的另一端连接。
其中，优选地，上述中的第十TVS管D10为瞬态抑制二极管，便于吸收所述PWM电路1242中的MOS管关断后产生的反向电压。其中，图7中的第十五端口15为输入端，用于与图6中的第十三端口连接。
所述PWM电路1242分别与所述PFC装置123和所述变压器1243输入端耦合。所述PWM电路1242通过控制MOS管的导通或关断，将直流电压斩为交流电压。如图7中的左上方虚线框所示，优选地，所述PWM电路1242包括：PWM控制器U1、第十二二极管D12、第五电容C5和第六电容C6。所述PWM控制器U1的漏极端分别与第十一二极管D11的阳极端和变压器1243的第一初级线圈T1的另一端连接。所述PWM控制器U1的接地端(MOS的源极端)通过第六电容C6与其反馈端(FB)连接，此外，所述PWM控制器U1的接地端还与变压器1243的第二初级线圈T2的一端连接。第十二二极管D12的阳极端与变压器1243的第二初级线圈T2的另一端连接，第十二二极管D12的阴极端与PWM控制器U1的电源端(VDD)连接，此外，第十二二极管D12的阴极端还与第五电容C5的一端连接。第五电容C5的另一端通过所述第六电容C6与PWM控制器U1反馈端(FB)连接，此外，第五电容C5的另一端还用于与第十四端口14连接。
其中，所述PWM控制器U1内置有MOS管。该PWM控制器通过产生PWM波形控制MOS管导通和关断将直流电压斩为高频的交流电压，再通过变压器1243将高频交流电压耦合到次级输出。
其中，变压器1243的第二初级线圈与第十二二极管D12和第五电容C5构成PWM控制器U1的供电电源电路。
其中，第十四端口14为输入端，用于与图6中的第十二端口12连接。
所述变压器1243输入端分别与所述PWM电路1242和RCD电路1241耦合。所述变压器1243用于将PWM控制电路产生的交流电压变成交流低压信号输出。如图7中的下方虚线框所示，优选地，所述变压器1243的第一初级线圈T1分别与所述RCD电路1241和所述PWM电路1242耦合，所述第二初级线圈T2与所述PWM电路1242耦合。其中，第一初级线圈T1和第二初级线圈T2均与次级线圈T3耦合。其中，第十六端口16与次级线圈T3的一端连接，第十七端口17与次级线圈T3的另一端连接。图7中的第十六端口16和第十七端口17为输出端。
所述输出整流滤波装置125与所述直流斩波装置124耦合。该输出整流滤波装置125用于将直流斩波装置124输出的高频交流电压整流成直流电压输出。于本实施例中，如图8中的上边虚线框所示，优选地，输出整流滤波装置125包括：第十三二极管D13、第二电阻R2、第七电容C7、第二电感L2、第八电容C8和第九电容C9。所述第二电阻R2和第七电容C7串联后并联在第十三二极管D13的两端。第十三二极管D13的阳极端还与第十九端口19连接，第十三二极管D13的阴极端还分别与第二电感L2的一端和第八电容C8的阳极端连接。第八电容C8的阴极端与第九电容C9的阴极端连接，第九电容C9阳极端与第二电感L2的另一端连接，此外，第九电容C9的阴极端还分别与第十八端口18和第二十端口20连接，第九电容C9阳极端还与第二十一端口21连接。
其中，R2、C7和D13构成整流电路，其中，R2和C7的作用是促使整流二极管D13在MOS管导通后能快速关断。C8、C9和L2构成滤波电路。该输出整流滤波装置125将变压器1243耦合来的高频交流电压变为整流电压，用于给电能表供电。
其中，图8中的第十八端口18和第十九端口19为输入端，分别用于连接变压器1243的次级线圈的两端，即第十八端口18用于与图7中的第十六端口16连接，第十九端口19用于与图7中的第十七端口17连接。其中，第二十端口20和第二十一端口21为输出端。
其中，为了更好的理解上述中的输入整流装置121、高频抗干扰装置122、PFC装置123、直流斩波装置124和输出整流滤波装置125依次连接的电路图，为此，请参阅图9所述的电路原理图。其中，需要说明的是，图9中所示出的输入整流装置121为三相全波整流电路的原理图。
第二实施例
本实施例提供了一种高压表电源10B，如图10所示，与第一实施例相比，其不同之处在于：电压调理装置12B不同，该电压调理装置12B新增加了采样反馈装置127和ESD保护装置126。
所述ESD保护装置126与输出整流滤波装置125耦合，所述ESD保护装置126用于保护电路免受静电干扰。于本实施例中，如图8中的下边虚线框所示，优选地，该ESD保护装置126可以为ESD保护二极管D14。该ESD保护二极管D14并联在第九电容C9的两端，以提高电路的抗静电能力。
所述采样反馈装置127分别与所述直流斩波装置124和所述输出整流滤波装置125耦合。该采样反馈装置127用于对输出电压进行采样，并将采样信号反馈给所述直流斩波装置124，以使所述直流斩波装置124根据所述采样信号所反馈的电压信号，去调节所输出的电压，从而使输出电压稳压。于本实施例中，如图11所示，优选地，该采样反馈装置127包括：第二滤波电路1271、光耦合器1272和采样比较电路1273。
所述第二滤波电路1271分别与直流斩波装置124和光耦合器1272的输出端耦合，用于滤除反馈信号中的干扰信号，提高反馈信号的精度，尽可能的反馈出最真实的输出电压。于本实例中，如图11中的上边虚线框所示，优选地，该第二滤波电路1271为RC滤波电路，包括：第三电阻R3和第十电容C10。所述第十电容C10的一端分别与第二十二端口22和光耦合器1272中的三极管的发射极端耦合，所述第十电容C10的另一端与第三电阻R3的一端耦合。第三电阻R3的另一端分别与第二十三端口23和光耦合器1272中的三极管的集电极端耦合。
所述光耦合器1272的输入端与所述采样比较电路1273的输出端耦合，所述光耦合器1272的输出端通过所述第二滤波电路1271与所述直流斩波电路耦合。由于采样比较电路1273所采集的信号不是直接反馈到直流斩波装置124，而是经过光耦合器1272进行电气隔离后再反馈到直流斩波装置124，因此，在传输的过程中，可以极大地降低其采样信号受到干扰的概率，可以尽可能的反馈出最真实的输出电压。采用电气隔离提高了输出电源的安全性。
所述采样比较电路1273的输出端与所述光耦合器1272的输入端耦合，所述采样比较电路1273的输入端与输出整流滤波装置125的输出端耦合。所述采样比较电路1273用于对经输出整流滤波装置125整流、滤波后的输出电压进行采样，并将采样所得的信号经光耦合器1272反馈到直流斩波装置124中的PWM控制器的反馈端(FB)，以使PWM控制器通过对反馈信号的比较来调剂PWN波形的占空比，从而使输出电压稳定。于本实施例中，如图11中的下边虚线框所示，优选地，所述采样比较电路1273包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第十一电容C11和三端稳压二极管U3。该第四电阻R4的一端与光耦合器1272中的发光二极管的阳极端连接，第四电阻R4的另一端分别与第五电阻R5的一端、第七电阻R7的一端连接，此外，第四电阻R4的另一端还用于与第二十五端口25连接。第五电阻R5的另一端分别与第十一电容C11的一端、光耦合器1272中的发光二极管的阴极端和三端稳压二极管U3的阴极端连接。第十一电容C11的另一端通过第六电阻R6分别与第七电阻R7的另一端、第八电阻R8的一端和三端稳压二极管U3的反馈端连接。三端稳压二极管U3的阳极端与第八电阻R8的另一端连接，此外，三端稳压二极管U3的阳极端还用于与第二十四端口24连接。
其中，第七电阻R7、第六电阻R6和第十一电容C11构成RC滤波电路，可以对滤除所采样的输出电压中的干扰信号。
其中，上述中的三端稳压二极管U3亦可以采用等同功能或类似功能的其他元器件来代替，例如，比较器，亦或者采用实现相同原理或者类似原理的采样反馈电路来替代上述中的采样反馈装置127。
其中，图11中的第二十二端口22和第二十三端口23为输出端口，其中，第二十二端口22用于连接图7中的直流斩波装置124中的第六电容C6的一端，第二十三端口23用于连接图7中的直流斩波装置124中的第六电容C6的另一端。其中，优选地，第六电容C6的一端为远离反馈端(FB)的一端，第六电容C6的另一端为靠近反馈端(FB)的一端。
其中，图11中的第二十四端口24和第二十五端口25为输入端口，其中，第二十四端口24用于连接图8中的第九电容C9的阴极端。第二十五端口25用于连接图8中的第九电容C9的阳极端。
其中，为了更好的理解上述中的输入整流装置121、高频抗干扰装置122、PFC装置123、直流斩波装置124、输出整流滤波装置125、ESD保护装置126和采样反馈装置127连接的电路图，为此，请参阅图12所述的电路原理图。其中，需要说明的是，图12中所示出的输入整流装置121为三相全波整流电路的原理图。此外，该电路原理图中的各装置、元器件的组成以及功能等均已在上述中详细说明，为了避免累赘，此处不再一一叙述。
本发明实施例还提供了一种高压表30，如图13所示，该高压表30包括：A相输入端、B相输入端、C相输入端、A相计量单元31、B相计量单元32、C相计量单元33和由三个第二实施例所示的电压调理装置12B和一个多阻容分压装置11构成的高压表电源10B。其中，三个所述电压调理装置12B分别为：第一电压调理装置、第二电压调理装置和第三电压调理装置。
所述高压表电源10B用于将AB相间的电压转换为所述A相计量单元31工作所需的工作电压为其供电，也用于将ABC相间的电压转换为所述B相计量单元32工作所需的工作电压为其供电，还用于将CB相间的电压转换为所述C相计量单元33工作所需的工作电压为其供电。
具体地，所述第一电压调理装置分别与所述A相输入端、所述B相输入端和所述A相计量单元31连接，所述第一电压调理装置用于将AB相间的电压转换为所述A相计量单元31工作所需的工作电压为其供电。
所述第二电压调理装置分别与所述A相输入端、所述B相输入端、所述C相输入端和所述B相计量单元32连接，所述第二电压调理装置用于将ABC相间的电压转换为所述B相计量单元32工作所需的工作电压为其供电。
所述第三电压调理装置分别与所述C相输入端、所述B相输入端和所述C相计量单元33连接，所述第三电压调理装置用于将CB相间的电压转换为所述C相计量单元33工作所需的工作电压为其供电。
其中，图13示出了多阻容分压装置11与A相输入端、B相输入端、C相输入端的连接原理图。
所述多阻容分压装置11用于对AB相间的电压进行分压，并将分压后的电压输入到所述第一电压调理装置和所述第二电压调理装置。
同时，该多阻容分压装置11用于对CB相间的电压进行分压，并将分压后的电压输入到所述第三电压调理装置和所述第二电压调理装置
其中，第二电压调理装置在A、B、C三相任意缺一相的情况下依然可以正常工作。
其中，图2中的端口a1、端口a2用于与第一电压调理装置连接；端口b1、端口b2、端口b3用于与第二电压调理装置连接；端口c1、端口c2用于与第三电压调理装置连接。
其中，应当理解的是，该高压表30中的高压表电源10B也可以替换为第一实施例所示的高压表电源10A，即该高压表电源10A由三个第一实施例所示的电压调理装置12A和一个多阻容分压装置11构成。由于其连接方式与电压调理装置12B的一样，为了避免累赘，此处不再介绍。
综上所述，本发明实施例提供了一种高压表电源及高压表。该高压表电源包括：多阻容分压装置、输入整流装置、高频抗干扰装置、PFC装置、直流斩波装置、输出整流滤波装置、ESD保护装置和采样反馈装置。与现有技术相比，该高压表电源先通过多阻容降压装置将交流高压分为交流低压，再将交流低压通过输入整流装置整流成直流高压；再经过高频抗干扰装置过滤掉该直流高压中的电磁干扰信号，提高电路的电磁兼容性能；再经过PFC装置来提高电路的功率因素，使更多的视在采样反馈装置能量转换为有功能量，提高电源的带负载能力；再经过直流斩波装置将经PFC装置校正后的直流高压斩为高频交流高压，通过开关电源变压器将高频交流高压变为高频交流低压；再经过输出整流滤波装置将高频交流低压整流成的直流电压输出。采样反馈装置采集输出整流滤波装置输出的电压，并将采集的信号反馈给直流斩波装置，以使PWM控制器通过对反馈信号的比较来调剂PWN波形的占空比，从而使输出电压稳定。此外，由于采用了多阻容分压的方式组成阻容分压器，电容、阻尼电阻的参数相同，可使得分压均匀，抗浪涌冲击能力强，工艺简单，成本低；阻容分压器可以根据单个器件参数和应用环境需求选择，设计灵活；采用复合型PTC热敏电阻不仅可以对前端输入过电压时进行钳位保护，同时热敏电阻还可以限制电流，对浪涌和后级过流以及后级短路起到很好的保护作用。加之，在结构上该复合型PTC热敏电阻因集成在一起，热量传递更快、响应更迅速、及时，优于传统的只能做过压保护的瞬态抑制器、气体放电管、固体放电管等。相对于传统的电压互感器取电方式，因电网中接有众多变压器而呈感性，阻容分压器呈容性，有利于对电网进行无功补偿。本发明具备：抗干扰能力强、输出功率高、带负载能力强、安全性能高、成本低、结构简单、适用性好等诸多优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压表电源，其特征在于，包括：多阻容分压装置和至少一个电压调理装置，每个所述电压调理装置均与所述多阻容分压装置耦合，每个所述电压调理装置均包括：输入整流装置、高频抗干扰装置、PFC装置、直流斩波装置和输出整流滤波装置，所述输入整流装置、所述高频抗干扰装置、所述PFC装置、所述直流斩波装置、所述输出整流滤波装置依次耦合；
所述多阻容分压装置用于对高压交流电压进行分压，并将分压后的交流电压输送给所述输入整流装置；
所述输入整流装置用于将分压后的交流电压整流成直流高压输出给所述高频抗干扰装置；
所述高频抗干扰装置用于过滤所述直流高压中的电磁干扰信号，并将过滤后的直流高压输送给所述PFC装置；
所述PFC装置用于校正经所述高频抗干扰装置过滤后的电压的功率因数，并将校正后的电压输送给所述直流斩波装置；
所述直流斩波装置用于将经所述PFC装置校正后的直流电压斩为高频交流电压输送给所述输出整流滤波装置；
所述输出整流滤波装置用于将高频交流电压整流、滤波、稳压为负载所需的低压直流电源后输出给高压表供电。
2.根据权利要求1所述的高压表电源，其特征在于，所述多阻容分压装置包括：至少一个多阻容分压电路和至少一个阻容吸收电路，所述阻容吸收电路与所述多阻容分压电路串联；每个所述多阻容分压电路均包括：N+1个低压电阻和N个低压电容，所述N+1个低压电阻与所述N个低压电容相互交错串联形成阻容串，所述阻容串的两端均为低压电阻；每个所述阻容吸收电路均包括：一个压敏电阻和一个分压电容，所述压敏电阻和所述分压电容并联。
3.根据权利要求1所述的高压表电源，其特征在于，所述直流斩波装置包括：RCD电路、PWM电路和变压器；所述RCD电路分别与所述PWM电路、所述PFC装置和所述变压器的输入端耦合，所述PWM电路分别与所述PFC装置和所述变压器的输入端耦合；所述PWM电路通过控制其包含的MOS管的导通或关断，将直流电压斩为高频交流电压；所述变压器用于将所述高频交流电压变成高频交流低压信号输出，所述RCD电路用于吸收所述MOS管关断后产生的反向电压。
4.根据权利要求1所述的高压表电源，其特征在于，所述高频抗干扰装置包括：过压保护电路和第一滤波电路，所述过压保护电路分别与所述输入整流装置和所述第一滤波电路耦合，所述第一滤波电路与所述PFC装置耦合。
5.根据权利要求1所述的高压表电源，其特征在于，所述电压调理装置还包括：采样反馈装置，所述采样反馈装置分别与所述直流斩波装置和所述输出整流滤波装置耦合，用于对所述输出整流滤波装置输出的电压进行采样，并将采样信号反馈给所述直流斩波装置，以使所述直流斩波装置根据所述采样信号所反馈的电压信号，去调节所输出的电压，从而使输出电压稳压。
6.根据权利要求5所述的高压表电源，其特征在于，所述采样反馈装置包括：第二滤波电路、光耦合器和采样比较电路，所述采样比较电路的输出端与所述光耦合器的输入端耦合，所述光耦合器的输出端通过所述第二滤波电路与所述直流斩波装置耦合。
7.根据权利要求1所述的高压表电源，其特征在于，所述电压调理装置还包括：ESD保护装置，所述ESD保护装置与所述输出整流滤波装置耦合，所述ESD保护装置用于保护电路免受静电干扰。
8.根据权利要求1所述的高压表电源，其特征在于，所述PFC装置包括：第七二极管、第八二极管、第九二极管、第二电容和第三电容，所述第二电容的正极端分别与第九二极管的阴极端、所述高频抗干扰装置和所述直流斩波装置耦合，所述第二电容的负极端分别与所述第七二极管的阴极端、所述第八二极管的阳极端耦合，所述第七二极管的阳极端分别与所述第三电容的负极端、所述高频抗干扰装置和所述直流斩波装置耦合，所述第三电容的正极端分别与所述第九二极管的阳极端和所述第八二极管的阴极端耦合。
9.根据权利要求3所述的高压表电源，其特征在于，所述RCD电路包括：第一电阻、第四电容、第十TVS管和第十一二极管，所述第一电阻的一端分别与所述第四电容的一端、所述第十TVS管的阳极端、所述变压器的第一初级线圈的一端和所述PFC装置耦合，所述第一电阻的另一端分别与所述第四电容的另一端、所述第十TVS管的阴极端和所述第十一二极管的阴极端耦合，所述第十一二极管的阳极端分别与所述变压器的第一初级线圈的另一端和所述PWM电路耦合。
10.一种高压表，其特征在于，包括：A相输入端、B相输入端、C相输入端、A相计量单元、B相计量单元、C相计量单元和如权利要求1－9任意一项所述的高压表电源；所述高压表电源分别与所述A相输入端、所述B相输入端、所述C相输入端、所述A相计量单元、所述B相计量单元和所述C相计量单元连接，所述高压表电源用于将AB相间的电压转换为所述A相计量单元工作所需的工作电压为其供电，也用于将ABC相间的电压转换为所述B相计量单元工作所需的工作电压为其供电，还用于将CB相间的电压转换为所述C相计量单元工作所需的工作电压为其供电。
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