CN201440643U - 电子式电度表及其串联式开关电源 - Google Patents

电子式电度表及其串联式开关电源 Download PDF

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Abstract

一种电子式电度表及其串联式开关电源，该开关电源包括开关变压器、第一开关电路和PWM控制器，该开关变压器与第一开关电路串接在市电整流、滤波后的输入电压端和接地端之间，该第一开关电路的第一端与该开关变压器的原边线圈的激励端相连、第二端与该接地端短接而控制端与该PWM控制器相连，还包括第二开关电路、电阻、第一稳压电路和第二稳压电路；该第二开关电路的第一端与该开关变压器的原边线圈的激励端短接、第二端与该第一开关电路的第一端短接而控制端经由该电阻与输入电压端相连、经由该第一稳压电路与接地端相连并且经由该第二稳压电路与该第二开关电路的第二端相连。安全可靠，成本不高。

Description

电子式电度表及其串联式开关电源
技术领域
本实用新型涉及一种电力设备，尤其涉及电子式电度表。
背景技术
现有的电子式电度表，一般要求输入电压范围非常宽，最高输入电压也比一般额定电压在220Vac～230Vac的市电高出1.5～2.5倍。有的要求对电度表有“接地故障”的要求，那么，最高输入电压可达230Vac市电的1.9倍，也就是约440Vac。现有的电子式电度表中采用的串联式开关电源，如图1所示，市电整流、滤波后的输入电压端和接地端之间串接有开关变压器TT的原边线圈与高压MOSFET管M2，与M2的栅极相连的PWM控制器通过控制M2的闭合/断开，并通过TT原边线圈-副边线圈的耦合以及相关的变换电路，而将输入电压转换为电子式电度表中有关电路的工作电源，比如：5V或3.3V。并且，现有的开关电源集成电路内部所带的高压MOSFET管，以及通用的、分立的高压MOSFET管，由于工艺的限制，其Vds电压(MOSFET的漏-源的截止电压)一般只能作到600V～800V。
可见，对于电子式电度表，交流输入电压范围非常宽，最高可达到440Vac，此电压经整流、滤波后的最高直流电压将在600V以上，如此高的输入电压加在开关电源的高压MOSFET管上，如果M2采用Vds为600V～800V的MOSFET管作功率驱动的话，M2容易应漏极-源极承担过高的反激电压而击穿，使得电源失效，导致电子式电度表不能正常工作。
并且，由于受MOSFET技术条件的限制，一般Vds也很难作到1000V以上，而且其价格也远远高出一般Vds在800V以下的高压MOSFET管，也就是说，M2直接选用高Vds的高压MOSFET管在成本受限的前提下，不是可行的解决方案。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，通过电路上的设计，提出一种采用现有的、通用的开关两端可承受电压值较低的开关电路串联的方式作功率驱动来提升整个驱动电路的开关两端的可承受电压值，能够安全可靠地、成本不高地满足电子式电度表的工作要求的串联式开关电源。
为了实现上述的目的，本实用新型提供一种串联式开关电源，包括开关变压器、第一开关电路和PWM控制器，该开关变压器与第一开关电路串接在市电整流、滤波后的输入电压端和接地端之间，该第一开关电路具有第一端、第二端以及用以控制该第一端和地二端之间通断的控制端，该第一开关电路的第一端与该开关变压器的原边线圈的激励端相连、第二端与该接地端短接而控制端与该PWM控制器相连，还包括第二开关电路、电阻、第一稳压电路和第二稳压电路；该第二开关电路具有第一端、第二端以及用以控制该第一端和第二端之间通断的控制端，该第二开关电路的第一端与该开关变压器的原边线圈的激励端短接、第二端与该第一开关电路的第一端短接而控制端经由该电阻与输入电压端相连、经由该第一稳压电路与接地端相连并且经由该第二稳压电路与该第二开关电路的第二端相连。
在本实用新型的一个实施例中，该第一开关电路为高压MOSFET管，其第一端、第二端和控制端分别为该高压MOSFET管的漏极、源极和栅极；该第二开关电路为高压MOSFET管，其第一端、第二端和控制端分别为该高压MOSFET管的漏极、源极和栅极。该第一开关电路的高压MOSFET管的Vds电压值为600V～800V。该第二开关电路的高压MOSFET管的Vds电压值为600V～800V。该第一稳压电路为TVS管，其最大箝位电压值为400V～600V。
与现有技术相比，本实用新型电子式电度表及其串联式开关电源，采用两个Vds为600-800V的MOSFET管串联工作，通过电路上的设计使得使其工作电压可相当于这两个串联的MOSFET管的Vds耐压之和，高压工作能力大大提高，并且从成本上考虑，两只Vds为600-800V的MOSFET管价格也远低于一只Vds为1000V～1600V的MOSFET管，从而实现安全可靠、成本不高的设计目的。
附图说明
图1是现有的串联式开关电源的电原理图。
图2是本实用新型的串联式开关电源实施例的电原理图。
具体实施方式
为了进一步说明本实用新型的原理和结构，现结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明。
如图2所示，本实用新型的串联式开关电源实施例，其包括串接在市电整流、滤波后的输入电压端+V和接地端之间的开关变压器TT的原边线圈与第一高压MOSFET管M2以及与该第一高压MOSFET管M2的栅极相连的PWM控制器，串接在该开关变压器TT的原边线圈的激励端与第一高压MOSFET管M2之间的第二高压MOSFET管M1。第二高压MOSFET管M1的栅极经电阻R1与输入电压端+V相连并经第一稳压电路Z1与接地端相连。第二高压MOSFET管M1的源极与第一高压MOSFET管M2的漏极短接并经第二稳压电路Z2与第二高压MOSFET管M1的栅极相连。
其中，第一高压MOSFET管M2的Vds电压值为600V～800V。第二高压MOSFET管M1的Vds电压值为600V～800V。第一稳压电路Z1选用最大箝位电压值为400V～600V的TVS管。
上述电路的工作原理是：相互串联的R1和Z1给M1的栅极提供稳定的直流电压：Z1的稳压值Vz1；Z2用来保护M1的Vgs，当M2截止后，M1的源极电压超过栅极电压Vz1，令M1也处于截止状态，这样在开关变压器TT的原边线圈的激励端，也就是M1的漏极可以承受的电压为：Vz1+Vds(M1)。如果M1的Vds＝600V，Z1选用最大箝位电压值为600V的TVS管，则在TT的原边线圈电路的激励端的耐压最大可以达到：600V+600V＝1200V，上述电源电路可以在440Vac交流输入下安全工作。
需要说明的是，虽然上述实施例中M1和M2均为N沟道的MOSFET管，M1还可以为三极管、IGBT(绝缘栅双极晶体管)，而M2可以为三极管、IGBT或者是功率驱动的开关电压集成电路内的MOSFET管。
以上所述仅为本实用新型的较佳可行实施例，并非限制本实用新型的保护范围，故凡运用本实用新型说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种串联式开关电源，包括开关变压器、第一开关电路和PWM控制器，该开关变压器与第一开关电路串接在市电整流、滤波后的输入电压端和接地端之间，该第一开关电路具有第一端、第二端以及用以控制该第一端和第二端之间通断的控制端，该第一开关电路的第一端与该开关变压器的原边线圈的激励端相连、第二端与该接地端短接而控制端与该PWM控制器相连，其特征在于，还包括第二开关电路、电阻、第一稳压电路和第二稳压电路；该第二开关电路具有第一端、第二端以及用以控制该第一端和地二端之间通断的控制端，该第二开关电路的第一端与该开关变压器的原边线圈的激励端短接、第二端与该第一开关电路的第一端短接而控制端经由该电阻与输入电压端相连、经由该第一稳压电路与接地端相连并且经由该第二稳压电路与该第二开关电路的第二端相连。
2.如权利要求1所述的串联式开关电源，其特征在于，该第一开关电路为高压MOSFET管，其第一端、第二端和控制端分别为该高压MOSFET管的漏极、源极和栅极；该第二开关电路为高压MOSFET管，其第一端、第二端和控制端分别为该高压MOSFET管的漏极、源极和栅极。
3.如权利要求2所述的串联式开关电源，其特征在于，该第一开关电路的高压MOSFET管的Vds电压值为600V～800V。
4.如权利要求3所述的串联式开关电源，其特征在于，该第二开关电路的高压MOSFET管的Vds电压值为600V～800V。
5.如权利要求4所述的串联式开关电源，其特征在于，该第一稳压电路为TVS管，其最大箝位电压值为400V～600V。
6.一种电子式电度表，其特征在于，具有如权利要求1至5任一所述的串联式开关电源。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103151930A (zh) * 2013-04-02 2013-06-12 上海新时达电气股份有限公司 开关电源
CN103795243A (zh) * 2014-01-17 2014-05-14 无锡市金赛德电子有限公司 一种双管串联升压电路
CN104038072A (zh) * 2014-07-01 2014-09-10 浙江海得新能源有限公司 一种高压输入辅助电源电路
CN104092383A (zh) * 2014-07-01 2014-10-08 浙江海得新能源有限公司 一种高压输入辅助电源电路及其工作方法
CN104253546A (zh) * 2014-09-23 2014-12-31 惠州市可立克科技有限公司 一种开关电源电路

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