CN107478875A - 一种高压分压臂及高压电能表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压分压臂及高压电能表，属于电力计量技术领域。该高压分压臂包括：阻容分压器和电阻分压器。电阻分压器包括：第一电路板和设置于第一电路板上的多个第一电阻，多个第一电阻依次串联形成电阻串，多个第一电阻中每个第一电阻为表面涂有绝缘材料的低压电阻。阻容分压器包括：第二电路板和设置于第二电路板上的多个第一电容以及多个第二电阻，多个第二电阻与多个第一电容相互交错串联形成阻容串，多个第一电容中每个第一电容为低压电容，多个第二电阻中每个第二电阻为的低压电阻。采用电阻分压器对电压进行采样，同时采用阻容分压器进行分压，体积小、功耗低，解决了电压互感器铁磁谐振、高频冲击短路、轴向爬电等问题。

Description

一种高压分压臂及高压电能表

技术领域

本发明属于电力计量技术领域，具体涉及一种高压分压臂及高压电能表。

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。

针对传统的高压电能表，出现了采用高压电容或高压电阻进行电压取样计量和取电的新型电能表。相对于传统高压电能表，新型高压电能表解决了其相关缺陷，但新型的高压电能表仍然存在着很多不足。采用高压电容进行分压取样时，由于高压电容长时间工作和受到温度的影响，将会产生老化而衰减，同时，在工作过程中电容的自愈性能也将导致电容量的变化。加之，由于高压电容本身的自愈性能，电容内部分压不均匀，电场较为集中的部分电压高，会导致泄漏电流大；而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，同时泄露电流的改变以及内部电场分布不均匀都会干扰其他电路，影响高压表精度；此外，高压轴向电容直接横跨在两相高压之间，在填充绝缘材料后容易在沿面形成气隙，在过电压或受到冲击的情况下，因爬电距离不够而存在沿面爬电击穿或漏电流增大导致计量误差变化的风险；并且高压电容的生产工艺复杂，成本高。

而采用高压电阻进行分压取样时，由于高压电阻的温漂大，在发热以后阻值发生变化，导致测量精度不准。同时，由于高压电阻存在分布电容和分布电感，使得电压的角差值测量受到影响，在感性和容性负载情况下准确度不高。加之，高压电阻的金属连接位置少，一般两端连接，不利于对电阻增加散热接触面，电阻在发热后热量消散不开，形成温漂，影响采样精度，从而影响电能表的精度误差。此外，高压轴向电阻直接横跨在两相高压之间，在填充绝缘材料后容易在沿面形成气隙，在过电压或受到冲击的情况下，因爬电距离不够而存在沿面爬电击穿或漏电流增大导致计量误差变化的风险。因此，亟需一种新的高压取电方式来解决高压电能表的这些缺陷。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种高压分压臂及高压电能表，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分压臂，包括：阻容分压器和电阻分压器。所述电阻分压器包括：第一电路板和设置于所述第一电路板上的多个第一电阻。所述多个第一电阻依次串联形成电阻串，所述多个第一电阻中每个第一电阻为表面涂有绝缘材料的低压电阻。所述阻容分压器包括：第二电路板和设置于所述第二电路板上的多个第一电容以及多个第二电阻。所述多个第二电阻与所述多个第一电容相互交错串联形成阻容串，所述多个第一电容中每个第一电容为低压电容，所述多个第二电阻中每个第二电阻为低压电阻。

在本发明较佳的实施例中，所述多个第一电阻中每相邻的两个第一电阻均通过设置于所述第一电路板上的铜箔连接。

在本发明较佳的实施例中，所述多个第一电容为N个，所述多个第二电阻为N+1个，N+1个所述第二电阻与N个所述第一电容相互交错串联形成阻容串，所述阻容串的起始端为所述多个第二电阻中的一个第二电阻，所述阻容串的结尾端为所述多个第二电阻中的另一个第二电阻。

在本发明较佳的实施例中，所述第一电路板上未设置有所述多个第一电阻的区域设置有多个第一镂空槽孔。

在本发明较佳的实施例中，所述第二电路板上未设置有所述多个第二电阻和所述多个第一电容的区域设置有多个第二镂空槽孔。

本发明实施例还提供了一种高压电能表，包括：A相输入端、B相输入端、C相输入端、A相计量转换单元、B相合相单元、C相计量转换单元、A相开关电源、B相开关电源、C相开关电源和两个上述的高压分压臂。两个所述高压分压臂分别为第一高压分压臂和第二高压分压臂。所述A相输入端与所述B相输入端通过所述第一高压分压臂中的第一电阻串连接，以及还通过所述第一高压分压臂中的第一阻容串连接。所述C相输入端与所述B相输入端通过所述第二高压分压臂中的第二电阻串连接，以及还通过所述第二高压分压臂中的第二阻容串连接。A相的电压经由所述第一电阻串分压后输送给所述A相计量转换单元，AB相间的电压经由所述第一阻容串分压后分别输送给所述A相开关电源和所述B相开关电源。C相的电压经由所述第二高电阻串分压后输送给所述C相计量转换单元，BC相间的电压经由所述第一阻容串分压后分别输送给所述C相开关电源和所述B相开关电源。所述A相开关电源用于将AB相间的电压转换为所述A相计量转换单元工作所需的工作电压为其供电。所述B相开关电源用于将ABC相间的电压转换为所述B相合相单元工作所需的工作电压为其供电。所述C相开关电源用于将BC相间的电压转换为所述C相计量转换单元工作所需的工作电压为其供电。

在本发明较佳的实施例中，所述A相开关电源、所述B相开关电源和所述C相开关电源均包括：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连接；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；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，获得经过滤直流高压；所述PFC装置用于校正所述经过滤直流高压的功率因数，获得经校正直流高压；所述直流斩波装置用于将所述经校正直流电压斩为高频交流电压；所述输出整流滤波装置用于对所述高频交流电压进行整流、滤波和稳压，获得并输出负载所需的低压直流电源。

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连接，所述PWM电路分别与所述PFC装置和所述变压器的输入端连接；所述PWM电路通过控制其包含的MOS管的导通或关断，将所述经校正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连接，所述第一滤波电路与所述PFC装置连接。

在本发明较佳的实施例中，所述A相开关电源、所述B相开关电源和所述C相开关电源均还包括：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连接，用于对所述低压直流电源进行采样，并将采样获得的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，去调节所输出的电压。

本发明的有益效果是：

本发明实施例提供的高压分压臂及高压电能表，与现有技术相比，该高压分压臂采用多个第一电阻串联的方式对电压进行采样，体积小，功耗低，增加了第一电阻的散热接触面，便于散热，提高了采样精度，从而减小了电能表的精度误差，解决了电压互感器产生的铁磁谐振的问题；同时，采用多个第二电阻和多个第一电容相互交错串联分压，体积小、功耗低，解决了电压互感器铁磁谐振、高频冲击短路、轴向爬电等问题。此外，由于低压电阻的温漂小，受温度影响小，进一步提高测量精度。加之，由于该阻容分压器所串联的电阻阻值相等和电容容值相等，因此，单个单元的分压均匀，电场分布均匀，提高了电路的抗干扰能力。该发明具备：可靠性好、安全系数高、绝缘效果好、体积小、功耗低、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示出了本发明实施例提供的一种高压分压臂的结构示意图。

图2示出了本发明实施例提供的图1中的电阻分压器的结构示意图。

图3示出了本发明实施例提供的图1中的阻容分压器的结构示意图。

图4示出了本发明实施例提供的一种高压电能表的结构框图。

图5示出了本发明实施例提供的一种开关电源的模块框图。

图6示出了本发明实施例提供的一种开关电源的电路原理图。

图标：10－高压分压臂；11－电阻分压器；111－第一电路板；112－第一电阻；113－第一限位件；114－第二限位件；115－铜箔；116－第一镂空槽孔；12－阻容分压器；121－第二电路板；122－第一电容；123－第二电阻；124－第三限位件；125－第四限位件；126－第二镂空槽孔；13－绝缘套管；131－伞裙；132－填充物；20－高压电能表；21－A相计量转换单元；22－B相合相单元；23－C相计量转换单元；24－A相开关电源；25－B相开关电源；26－C相开关电源；30－输入整流装置；31－高频抗干扰装置；311－过压保护电路；312－第一滤波电路；32－PFC装置；33－直流斩波装置；331－RCD电路；332－PWM电路；333－变压器；34－输出整流滤波装置；35－采样反馈装置；351－第二滤波电路；352－光耦合器；353－采样比较电路。

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。

本发明实施例提了一种高压分压臂10，如图1所示。该高压分压臂10包括：阻容分压器12、电阻分压器11和绝缘套管13。

下面将分情况对该电阻分压器11和阻容分压器12进行介绍，如图2所示，所述电阻分压器11包括：第一电路板111和安装于第一电路板111上的多个第一电阻112。

所述第一电路板111用于安装第一电阻112，安装时，按照S型设计将所有的第一电阻112均匀的分布安装在该第一电路板111上。为了增大沿面距离，提高运行时的安全性能等，优选地，所述第一电路板111上未安装有所述第一电阻112的区域设置有多个第一镂空槽孔116，进一步优选地，该第一电路板111的中间及前/后两侧没有安装第一电阻112的区域均设置有多个第一镂空槽孔116。此外，为了便于固定该第一电路板111，优选地，该第一电路板111的一端设置有第一限位件113，该第一电路板111的另一端设置有第二限位件114。其中，优选地，所述第一限位件113可以为一个凸起的限位T台，所述第二限位件114也可以为一个凸起的限位T台。

多个第一电阻112依次串联形成电阻串，构成所述电阻串中的多个所述第一电阻112呈S型排布在所述第一电路板111上。为了增加第一电阻112的散热面积，减小第一电阻112的温漂，提高电能表的测量精度，优选地，在第一电路板111上的相邻的两个第一电阻112连接的区域覆上铜箔115。换句话说，所述多个第一电阻112中每个相邻的两个第一电阻112均通过铜箔115连接，多个所述铜箔115设置于所述第一电路板111上。该铜箔115与第一电阻112直接相连，增加了第一电阻112的散热面积，减小了第一电阻112的温漂，从而降低了电能表的测量误差。其中，图2中的黑色部分即为上述中的铜箔115。

其中，优选地，上述中的多个第一电阻112呈S型排布在所述第一电路板111上，也可以是由多个小S型构成的，具体地，将第一电路板111分成上下区域，上下区域的电阻相互交错，构成多个小S型曲线，其整体呈余弦或正弦或方波状，如图2中的排布方式所示。

为了节约成本，优选地，所有的第一电阻112均为表面涂有绝缘材料的低压电阻，由于单个小电阻的生产工艺简单，所以成本低。加之，低压电阻的温漂小，每摄氏度变化引起的温漂可做到10ppm以下，而高压电阻的温漂只能控制在25ppm以下，因此，进一步提高了电能表的测量精度。进一步优选地，该第一电阻112为由金属氧化膜构成的低压电阻，相对于线绕型电阻来说，无分布电容和电感，可以进一步提高电能表的测量精度。

其中，该第一电阻112的数量可以根据该第一电阻112的耐压、功率等相关参数以及所接入电网的电压来决定。

其中，优选地，该电阻串中的第一个所述第一电阻112的一端与第一接线端连接，最后一个所述第一电阻112的一端与第二接线端连接。例如，如图2中所示，位于该第一电路板111左上方的第一电阻112为电阻串中的第一个电阻，位于该第一电路板111右上下方的第一电阻112为电阻串中的最后一个电阻。

优选地，该电阻分压器11所串联的电阻参数相同，因此，电场分布均匀，即该电阻分压器11所串联的电阻均为第一电阻112，因此，所串联的电阻参数相同。此外，该电阻分压器11采用多个小电阻串联的方式对电压进行采样，体积小，功耗低，规避了采用电压互感器采样电压所产生的铁磁谐振的风险。

优选地，如图3所示，所述阻容分压器12包括：第二电路板121和安装于所述第二电路板121上的多个第一电容122以及多个第二电阻123。

所述第二电路板121用于焊接安装多个第一电容122和多个第二电阻123，焊接时，按照S型设计将所有的第二电阻123和第一电容122均匀的分布焊接在该第二电路板121上。为了增大沿面距离，提高运行时的安全性能等，优选地，所述第二电路板121上未安装有所述第一电容122和所述第二电阻123的区域设置有多个第二镂空槽孔126，进一步优选地，该第二电路板121的前/后两侧没有安装第二电阻123和第一电容122的部分是镂空的。此外，为了便于固定该第二电路板121，优选地，该第二电路板121的一端设置有第三限位件124，该第二电路板121的另一端设置有第四限位件125。其中，优选地，所述第三限位件124可以为一个凸起的限位T台，所述第四限位件125也可以为一个凸起的限位T台。

所述多个第二电阻123与所述多个第一电容122相互交错串联形成阻容串，优选地，所述第二电阻123为N+1个，所述第一电容122为N个。N+1个所述第二电阻123与N个所述第一电容122相互交错串联，即按照第二电阻123、第一电容122、第二电阻123、第一电容122……第一电容122、第二电阻123的规律依次串联形成阻容串，构成所述阻容串中的N+1个所述第二电阻123与N个所述第一电容122呈S型排布在所述第二电路板121上。所述第二电路板121的两端均设置有所述第二电阻123，位于所述第二电路板121一端的所述第二电阻123与第一接线端连接，位于所述第二电路板121另一端的所述第二电阻123与第二接线端连接。

其中，优选地，上述中的N+1个所述第二电阻123与N个所述第一电容122呈S型排布在所述第二电路板121上，也可以是由多个小S型构成的，具体地，将第二电路板121分成上中下区域，上下区域用于安装第二电阻123，中间区域用于安装第一电容122，上下区域的电阻和中间区域的电容相互交错，构成多个小S型曲线，其整体呈余弦或正弦或方波状，如图3中的排布方式所示。

为了节约成本，优选地，所有的第二电阻123均为低压小电阻，所有的第一电容122均为低压小电容，由于单个小电阻和小电容的生产工艺简单，所以成本低。进一步优选地，该第一电容122为CBB低压电容，即聚丙烯低压电容。相对于云母电容来说，该CBB低压电容无极性，绝缘阻抗高，自愈性强等，可以进一步提高电能表的可靠性。该第二电阻123为线绕型的低压电阻，可以起到很好的抗冲击作用。

其中，可以根据单个第二电阻123的耐压、功率，单个第一电容122的耐压、容值等相关参数以及所接入电网的电压来决定第二电阻123以及第一电容122的数量。

该阻容分压器12通过第二电阻123(线绕电阻)与第一电容122(CBB电容)相互交错串联分压后给高压电能表供电。由于该阻容分压器12所串联的电阻阻值相等和电容容值相等，因此，单个单元的分压均匀，电场分布均匀，即该阻容分压器12所串联的电容均为第一电容122，因此，所串联的电容容值相等；该阻容分压器12所串联的电阻均为第二电阻123，因此，所串联的电阻阻值相等。此外，该阻容分压器12采用第二电阻123和第一电容122串联分压，体积小、功耗低，解决了电压互感器铁磁谐振问题。

所述绝缘套管13内安装有电阻分压器11和阻容分压器12，该绝缘套管13应用于高压电能表中。为了提高接线端子间的绝缘性能，优选地，所述绝缘套管13内填充有由绝缘材料构成的填充物132，所述填充物132用于在所述第一电路板111上的多个所述第一镂空槽孔116处形成绝缘墙。换句话说，绝缘材料灌封后会在第一电路板111的第一电阻112之间形成一堵绝缘墙，增加了两个第一电阻112之间的爬电距离，从而增加了两相间的爬电距离，解决了轴向高压电阻因表面不粘合而形成的沿面放电和气隙放电等问题，提高了两相间的绝缘性能。以及，该填充物132还用于在所述第二电路板121上的多个所述第二镂空槽孔126处形成绝缘墙。换句话说，绝缘材料灌封后会在裸露于第二电路板121上的金属引脚之间形成一堵绝缘墙，增加了两个金属引脚之间的爬电距离，从而增加了两相间的爬电距离，解决了轴向高压电容因表面不粘合而形成的沿面放电和气隙放电等问题，提高了两相间的绝缘性能。

此外，为了进一步增加两相间绝缘套管13外部的爬电距离，优选地，该绝缘套管13外设有多个伞裙131，所述伞裙131为由绝缘材料构成的环形凸起部。进一步优选地，该多个环形凸起部等间隔设置于该绝缘套管13外，用于增加外绝缘的爬电距离，以保证运行安全。其中，相邻环形凸起部之间的距离按照绝缘子的标准要求设计，其安全性能更高。其中，优选地，该多个环形凸起部与绝缘套管13为一体成型结构。

其中，该绝缘套管13的材质可以是塑料材质的，也可以是橡胶材质的或者玻璃纤维的；而塑料材料的种类可以有多种，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate，PET)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯(Polypropylene，PP)等。橡胶材质的种类也可以有多种，例如，硅胶、氯丁胶、氟胶、丙烯酸酯胶等。于本实施例中，优选地，该绝缘套管13为玻璃纤维套管。

其中，填充于绝缘套管13内的填充物132的材质，即该绝缘材料可以是塑料材质的，也可以是橡胶材质的；而塑料材料的种类可以有多种，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯(Polypropylene，PP)等。橡胶材质的种类也可以有多种，例如，硅胶、氯丁胶、氟胶、丙烯酸酯胶等。于本实施例中，优选地，绝缘材料的材质可以是硅胶。

本发明实施例还提供了一种高压电能表20，如图4所示。该高压电能表20包括：A相输入端、B相输入端、C相输入端、A相计量转换单元21、B相合相单元22、C相计量转换单元23、A相开关电源24、B相开关电源25、C相开关电源26和两个上述的高压分压臂10。其中，为了便于区别，不妨将两个所述高压分压臂10分别命名为第一高压分压臂(图4中左边)和第二高压分压臂(图4中右边)。

所述A相输入端与所述B相输入端通过所述第一高压分压臂中的电阻串连接，以及还通过所述第一高压分压臂中的阻容串连接。A相的电压经由所述第一高压分压臂中的电阻串分压后变成一个小电压输送给所述A相计量转换单元21，用于计量A相的电压。进一步地，由Rja1至RjaN共N个低压电阻串联成的电阻串，与低压电压RVa1将A相间的电压分压成低电压Ua后输入到A相计量转换单元21。A相的电流经电流互感器A采样后变成一个小电流信号Ia输送给所述A相计量转换单元21，用于计量A相的电流。

所述C相输入端与所述B相输入端通过所述第二高压分压臂中的电阻串连接，以及还通过所述第二高压分压臂中的阻容串连接。C相的电压经由所述第二高压分压臂中的电阻串分压后输送给所述C相计量转换单元23，用于计量C相的电压。进一步地，由Rjc1至RjcN共N个低压电阻串联成的电阻串，与低压电压RVc1将C相间的电压分压成低电压Uc后输入到C相计量转换单元23。C相的电流经电流互感器C采样后变成一个小电流信号Ic输送给所述C相计量转换单元23，用于计量C相的电流。

其中，A相计量转换单元21以A相线作为参考地，用于计量A相的电压、电流、功率等参数，并将获得的计量数据转化为光信号，通过光纤输送至B相合相单元22计算合元能耗。

其中，B相合相单元22用于对A相的计量数据和C相的计量数据进行处理，计算其合元能耗，并将其传输给控制终端。优选地，该B相合相单元22包括：处理单元、光电转换器和通信单元(图中未示出)。其中，该光电转换器用于将第一计量转换单元输送的光信号转化为电信号传输给处理单元，同时，该光电转换器用于将第二计量转换单元输送的光信号转化为电信号传输给处理单元，以使处理单元对A相的计量数据和C相的计量数据进行处理，计算其合元能耗，并将其通过通信单元(有线或无线等方式)传输给终端。

所述处理单元可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理单元可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器(Micro Controller Unit，MCU)或者该处理单元也可以是任何常规的处理器等。于本实施例中，优选地，该处理单元是MCU。

其中，该通信单元可以是无线通信模块，例如，可以是WiFi模块、ZigBee模块、3G模块、4G模块，或者其他满足条件的无线传输模块。于本实施例中，优选地，该通信单元可以为3G模块，例如，可以是SIM6320C、CEM631、CEM600、WIDE M8800、FWP103、K3G、WM9881等型号的3G模块。

其中，C相计量转换单元23以C相线作为参考地，用于计量C相的电压、电流、功率等参数，并将获得的计量数据转化为光信号，通过光纤输送至B相合相单元22计算合元能耗。

AB相间的电压经由所述第一高压分压臂中的阻容串分压后分别输送给所述A相开关电源24和所述B相开关电源25。进一步地，由Ra1至Ra(N+1)共N+1个低压电阻和Ca1至CaN共N个低压电容相互交错串联成的阻容串，与Cab1、Cba1形成分压电路，将AB相间的电压按照比例分压为低电压Uab后输送给A相开关电源24进行转换，以及将AB相间的电压按照比例分压为低电压Uba后输送给B相开关电源25进行转换。

BC相间的电压经由所述第二高压分压臂中的阻容串分压后分别输送给所述C相开关电源26和所述B相开关电源25。进一步地，由Rc1至Rc(N+1)共N+1个低压电阻和Cc1至CcN共N个低压电容相互交错串联成的阻容串，与Cbc1、Ccb1形成分压电路，将BC相间的电压按照比例分压为低电压Ucb后输送给成相开关电源进行转换，以及将CB相间的电压按照比例分压为低电压Ubc后输送给B相开关电源25进行转换。

其中，所述A相开关电源24用于将AB相间的电压转换为所述A相计量转换单元21工作所需的工作电压为其供电。所述B相开关电源25用于将ABC相间的电压转换为所述B相合相单元22工作所需的工作电压为其供电。所述C相开关电源26用于将BC相间的电压转换为所述C相计量转换单元23工作所需的工作电压为其供电。

其中，优选地，请参阅图5和图6，A相开关电源24、所述B相开关电源25和所述C相开关电源26均包括：输入整流装置30、高频抗干扰装置31、PFC装置32、直流斩波装置33和输出整流滤波装置34。所述输入整流装置30、所述高频抗干扰装置31、所述PFC装置32、所述直流斩波装置33和所述输出整流滤波装置34依次连接。其中，本实施例中仅以B相开关电源25为例进行的说明，A相开关电源24和C相开关装置的原理与之类似。

于本实施例中，如图5所示，优选地，所述输入整流装置30与所述高频抗干扰装置31连接。即分压后的交流信号经过输入整流装置30整流成直流信号输出给高频抗干扰装置31。该输入整流装置30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30可以是全波整流电路。其中，当该输入整流装置30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。优选地，如图6所示，该输入整流装置30包括：第一二级管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。其中，图6中的端口1、端口2、端口3为输入端。

所述高频抗干扰装置31分别与所述输入整流装置30和所述PFC装置32连接。所述高频抗干扰装置31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32，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，优选地，如图6所示，所述高频抗干扰装置31包括：过压保护电路311和第一滤波电路312。

所述过压保护电路311分别与所述输入整流装置30和所述第一滤波电路312连接。该过压保护电路311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312组成高频抗干扰装置31，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，该过压过流保护电路为复合型PTC热敏电阻。

第一滤波电路312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312分别与所述过压保护电路311和所述PFC装置32连接。优选地，该第一滤波电路312为LC滤波电路。

所述PFC装置32分别与所述高频抗干扰装置31和所述直流斩波装置33连接。所述PFC装置32用于校正经所述高频抗干扰装置31过滤后的信号的功率因数，使更多的视在能量转化为有功能量，并将校正后的信号输送给所述直流斩波装置33，以进一步提高电源的带负载能力。所述PFC装置32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，优选地，该PFC装置32可以为无源PFC装置，例如，可以是图6所示的电路，包括：第二电容C2、第三电容C3、第七二极管D7、第八二极管D8和第九二极管D9。

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。

所述直流斩波装置33与所述PFC装置32连接。所述直流斩波装置33用于将经所述PFC装置32校正后的信号斩为负载所需的交流信号。于本实施例中，如图6所示，优选地，所述直流斩波装置33包括：RCD电路331、PWM电路332和变压器333。

所述RCD电路331分别与所述PWM电路332、所述PFC装置32和所述变压器333的输入端连接。所述RCD电路331用于吸收所述PWM电路332中的MOS管关断后产生的反向电压。于本实施例中，优选地，所述RCD电路331包括：电阻R1、第四电容C4、第十TVS管D10和第十一二极管D11。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，电阻R1的一端还用于与第十五端口15和变压器333的第一初级线圈T1的一端连接。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332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333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332中的MOS管关断后产生的反向电压。

所述PWM电路332分别与所述PFC装置32和所述变压器333输入端连接。所述PWM电路332通过控制MOS管的导通或关断，将直流电压斩为交流电压。选地，所述PWM电路332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333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333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333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。

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333将高频交流电压耦合到次级输出。

其中，变压器333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。

所述变压器333输入端分别与所述PWM电路332和RCD电路331连接。所述变压器333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。优选地，所述变压器333的第一初级线圈T1分别与所述RCD电路331和所述PWM电路332连接，所述第二初级线圈T2与所述PWM电路332连接。其中，第一初级线圈T1与第二初级线圈T2、次级线圈T3耦合。

所述输出整流滤波装置34与所述直流斩波装置33连接。该输出整流滤波装置34用于将直流斩波装置33输出的高频交流电压整流成直流电压输出。优选地，如图6所示，输出整流滤波装置34包括：第十三二极管D13、电阻R2、第七电容C7、第二电感L2、第八电容C8和第九电容C9。

为了使输出整流滤波装置34输出的电压稳定，优选地，所述A相开关电源24、所述B相开关电源25和所述C相开关电源26均还包括：采样反馈装置35。所述采样反馈装置35分别与所述直流斩波装置33和所述输出整流滤波装置34连接。该采样反馈装置35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33，以使所述直流斩波装置33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。优选地，如图6所示，该采样反馈装置35包括：第二滤波电路351、光耦合器352和采样比较电路353。

所述第二滤波电路351分别与直流斩波装置33和光耦合器352的输出端连接，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6所示，优选地，该第二滤波电路351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的一端分别与第六电容C6的一端和光耦合器352中的三极管的发射极端连接，所述第十电容C10的另一端与第三电阻R3的一端连接。第三电阻R3的另一端分别与第六电容C6的另一端和光耦合器352中的三极管的集电极端连接。

所述光耦合器352的输入端与所述采样比较电路353的输出端连接，所述光耦合器352的输出端通过所述第二滤波电路351与所述直流斩波电路连接。由于采样比较电路353所采集的信号不是直接反馈到直流斩波装置33，而是经过光耦合器352进行电气隔离后再反馈到直流斩波装置33，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353的输出端与所述光耦合器352的输入端连接，所述采样比较电路353的输入端与输出整流滤波装置34的输出端连接。所述采样比较电路353用于对经输出整流滤波装置34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352反馈到直流斩波装置33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6所示，优选地，所述采样比较电路353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352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352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35。

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)

1.一种高压分压臂，其特征在于，包括：阻容分压器和电阻分压器，所述电阻分压器包括：第一电路板和设置于所述第一电路板上的多个第一电阻，所述多个第一电阻依次串联形成电阻串，所述多个第一电阻中每个第一电阻为表面涂有绝缘材料的低压电阻；

所述阻容分压器包括：第二电路板和设置于所述第二电路板上的多个第一电容以及多个第二电阻，所述多个第二电阻与所述多个第一电容相互交错串联形成阻容串，所述多个第一电容中每个第一电容为低压电容，所述多个第二电阻中每个第二电阻为低压电阻。

2.根据权利要求1所述的高压分压臂，其特征在于，所述多个第一电阻中每相邻的两个第一电阻均通过设置于所述第一电路板上的铜箔连接。

3.根据权利要求1所述的高压分压臂，其特征在于，所述多个第一电容为N个，所述多个第二电阻为N+1个，N+1个所述第二电阻与N个所述第一电容相互交错串联形成阻容串，所述阻容串的起始端为所述多个第二电阻中的一个第二电阻，所述阻容串的结尾端为所述多个第二电阻中的另一个第二电阻。

4.根据权利要求1－3中任意一项所述的高压分压臂，其特征在于，所述第一电路板上未设置有所述多个第一电阻的区域设置有多个第一镂空槽孔。

5.根据权利要求1－3中任意一项所述的高压分压臂，其特征在于，所述第二电路板上未设置有所述多个第二电阻和所述多个第一电容的区域设置有多个第二镂空槽孔。

6.一种高压电能表，其特征在于，包括：A相输入端、B相输入端、C相输入端、A相计量转换单元、B相合相单元、C相计量转换单元、A相开关电源、B相开关电源、C相开关电源和两个如权利要求1－5任意一项所述的高压分压臂，两个所述高压分压臂分别为第一高压分压臂和第二高压分压臂；所述A相输入端与所述B相输入端通过所述第一高压分压臂中的第一电阻串连接，以及还通过所述第一高压分压臂中的第一阻容串连接，所述C相输入端与所述B相输入端通过所述第二高压分压臂中的第二电阻串连接，以及还通过所述第二高压分压臂中的第二阻容串连接，A相的电压经由所述第一电阻串分压后输送给所述A相计量转换单元，AB相间的电压经由所述第一阻容串分压后分别输送给所述A相开关电源和所述B相开关电源；C相的电压经由所述第二电阻串分压后输送给所述C相计量转换单元，BC相间的电压经由所述第一阻容串分压后分别输送给所述C相开关电源和所述B相开关电源；所述A相开关电源用于将AB相间的电压转换为所述A相计量转换单元工作所需的工作电压为其供电，所述B相开关电源用于将ABC相间的电压转换为所述B相合相单元工作所需的工作电压为其供电，所述C相开关电源用于将BC相间的电压转换为所述C相计量转换单元工作所需的工作电压为其供电。

7.根据权利要求6所述的高压电能表，其特征在于，所述A相开关电源、所述B相开关电源和所述C相开关电源均包括：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连接；

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；

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，获得经过滤直流高压；

所述PFC装置用于校正所述经过滤直流高压的功率因数，获得经校正直流高压；

所述直流斩波装置用于将所述经校正直流电压斩为高频交流电压；

所述输出整流滤波装置用于对所述高频交流电压进行整流、滤波和稳压，获得并输出负载所需的低压直流电源。

8.根据权利要求7所述的高压电能表，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连接，所述PWM电路分别与所述PFC装置和所述变压器的输入端连接；所述PWM电路通过控制其包含的MOS管的导通或关断，将所述经校正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。

9.根据权利要求7所述的高压电能表，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连接，所述第一滤波电路与所述PFC装置连接。

10.根据权利要求7所述的高压电能表，其特征在于，所述A相开关电源、所述B相开关电源和所述C相开关电源均还包括：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连接，用于对所述低压直流电源进行采样，并将采样获得的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去调节所输出的电压。