CN204597796U - 阻容隔离电源电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种阻容隔离电源电路。目的是提供一种低成本、两路输出隔离的阻容隔离电源电路。方案：一种阻容隔离电源电路，它包括阻容电源电路和隔离输出电路，其中，阻容电源电路，输入端与电力线相连，输出端VHH1输出直流电，一方面与隔离输出电路输入端相连，另一方面经二极管D2后至输出端VHH，用于给智能电表的计量单元供电；隔离输出电路，输入端与所述阻容电源电路输出端VHH1相连，输出端输出直流电，用于给智能电表的通讯单元进行隔离供电。本实用新型适用于对智能电表的计量单元和通讯单元进行隔离供电。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种交流电转换成直流电的电源电路，特别是适用于智能电表的一种低成本、两路输出隔离的电源电路，用于同时对智能电表的计量单元和通讯单元进行隔离供电。
背景技术
将交流电转换为低压直流电的常规方法是采用变压器降压后再整流滤波。当受体积和成本等因素限制时，最简单实用的方法就是采用电容降压式电源。这类电路适用于低成本取得非隔离的小电流电源。它的输出电压通常在几伏到三十几伏，取决于所使用的稳压二极管，所提供的能力正比于电容容量。
阻容电源的工作原理是利用电容在一定的交流信号的频率下产生的容抗来限制最大工作电流。阻容降压相当于一个恒流源，所以后面要用一个稳压管来稳压。阻容降压不怕短路，但怕开路。
在智能电表领域，一些市场对电表成本比较敏感，通常这些电表只需要单路小电流电源供电。在这种情况下，我们可以采用阻容电源方案。但是如果电表要求两路隔离输出(比如带RS485或MBUS通讯)，则只能选择成本更高的变压器电源或开关电源。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种低成本、两路输出隔离的阻容隔离电源电路。
本实用新型所采用的技术方案是：一种阻容隔离电源电路，它包括阻容电源电路和隔离输出电路，其中，
阻容电源电路，输入端与电力线相连，输出端VHH1输出直流电，一方面与隔离输出电路输入端相连，另一方面经二极管D2后至输出端VHH，用于给智能电表的计量单元供电；
隔离输出电路，输入端与所述阻容电源电路输出端VHH1相连，输出端输 出直流电，用于给智能电表的通讯单元进行隔离供电。
所述隔离输出电路包括反激式变压电路、开关电路和矩形波发生电路，其中，
反激式变压电路，包括反激式变压器T1，该变压器T1的初级线圈一端与阻容电源电路输出端VHH1相连，另一端依次经开关电路和电阻R9后接地；该变压器T1的次级线圈一端经二极管D13后至输出端SVCC，用于给智能电表的通讯单元进行隔离供电，另一端接地，所述输出端SVCC与接地点之间并接有稳压二极管D19；
开关电路，用于控制阻容电源电路输出端VHH1的电压是否加载至T1的初级线圈上；
矩形波发生电路，输入端与阻容电源电路输出端VHH1相连，输出端与开关电路的控制端相连，用于控制开关电路的通断。
所述隔离输出电路还包括一输出反馈电路，其输入端连接于开关电路和电阻R9之间，输出端与矩形波发生电路的复位端相连。
所述开关电路包括场效应管Q2，该场效应管Q2的G极与矩形波发生电路的输出端相连，D极与T1的初级线圈相连，S极经电阻R9后接地。
所述矩形波发生电路为由555单片定时器芯片U3构成的多谐振荡器。
所述输出反馈电路包括三极管Q1，其基极经电阻R3与场效应管Q2的S极相连，集电极一方面经上拉电阻R6后与阻容电源电路输出端VHH1相连，另一方面与矩形波发生电路的复位端相连，发射极接地。
所述阻容电源电路输出电流为30mA。
本实用新型的有益效果是：1、阻容电源在半波整流的基础上，增加了电容储能放电电路，提高了电源转换效率，输出电流约为30mA，相比普通的阻容电源，增加了约12mA。2、通过实验测试，两路输出之间可以满足4.2KV的交流耐压标准。3、在智能电表领域，单路输出情况下，阻容电源成本很容易做到比变压器电源和开关电源的低。如果需要两路隔离输出，则只能选择变压器电源或开关电源。本实用新型由自己设计的改进型阻容电源和隔离输出组成了两路 隔离输出的阻容电源，电路体积小，成本低。
附图说明
图1是本实用新型阻容电源电路的电路原理图。
图2是本实用新型隔离输出电路的电路原理图。
图3是本实用新型阻容电源工作时各点的测试波形图。
图4（a）和4（b）分别是555定时器构成的多些振荡器的原理图及输出波形图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实施例阻容隔离电源电路包括阻容电源电路和隔离输出电路，其中，
阻容电源电路，采用半波整流方案，在普通半波整流的基础上，增加了R199、Q3(型号BC817)、D5、C1、D6、D11组成的电容储能放电电路；阻容电源电路的输入端与电力线相连，输出端VHH1输出直流电，一方面与隔离输出电路输入端相连，另一方面经二极管D2后至输出端VHH，经过DC-DC降压后给智能电表的计量单元供电；
隔离输出电路，输入端与所述阻容电源电路输出端VHH1相连，输出端输出直流电，用于给智能电表的通讯单元(比如RS485、MBUS通讯电路)进行隔离供电。
阻容电源电路工作时，各点测试波形如如图3所示下，其中L为参考点；从上述波形可以看出，只有在电压方向发生变化的时候电解电容C1才放电，同时只有在向下周期的时候是持续充电的，其他时间为充电保持状态。
采用半波整流时，电容CX2为560uF时可以得到电流(平均值)为：I＝0.45*V/Zc＝0.44*V*2*π*f*C＝0.44*230*2*3.14*50*560≈18mA。而经过测试，本实施例改进型的阻容电源电路输出电流约30mA，输出能力明显提高。
所述隔离输出电路包括反激式变压电路1、开关电路2、矩形波发生电路3和输出反馈电路4，其中，
反激式变压电路1，包括反激式变压器T1，该变压器T1的初级线圈一端经限流电阻R7与阻容电源电路输出端VHH1相连，另一端依次经开关电路2和电 阻R9后接地；该变压器T1的次级线圈一端经二极管D13后至输出端SVCC，用于给智能电表的通讯单元进行隔离供电，另一端接地，所述输出端SVCC与接地点之间并接有稳压二极管D19(型号TCZM4744A)；
开关电路2，包括N沟道场效应管Q2(型号2N7002)，该场效应管Q2的G极与矩形波发生电路3的输出端相连，D极与T1的初级线圈相连，S极一方面经电阻R9后接地，另一方面经电阻R61后与Q2的G极相连；用于控制阻容电源电路输出端VHH1的电压是否加载至T1的初级线圈上；
矩形波发生电路3，为由555单片定时器芯片U3(型号NE555D)构成的多谐振荡器，其输入端与阻容电源电路输出端VHH1相连，输出端与场效应管Q2的G极相连，用于控制场效应管Q2的的通断；用555定时器构成的多些振荡器的原理图及输出波形如图4所示，根据555定时器构成多谐振荡器计算公式有：Tpl＝ln2*R2*C,Tph＝ln2*(R1+R2)*C。振荡周期T＝ln2*(R1+2R2)*C。振荡频率f＝1/T。根据此公式可以算出图2中多谐振荡器输出频率f＝1/[ln2*(R10+R11)*C65]≈153.5Khz，占空比为0.5的矩形方波。由于D15的内阻及VHH1影响，实际频率约在110-130Khz。
输出反馈电路4，包括三极管Q1(型号BC817-40LT1)，其基极经电阻R3与场效应管Q2的S极相连，集电极一方面经上拉电阻R6后与阻容电源电路输出端VHH1相连，另一方面与555单片定时器芯片U3的复位端相连，发射极接地。
本实施例的工作原理为：
555单片定时器芯片U3输出的矩形波形经过保护电阻R12加到N沟道场效应管Q2的栅极。U3输出的高电平使得Q2导通，此时VHH1经过限流电阻R7加到T1的初级。T1的初级开始励磁，在T1的次级会产生上正下负的电压，这个电压经过D13半波整流，经过稳压二极管D19的稳压输出。U3输出低电平时，Q2截止，T1的初级产生自感电动势，在T1后级产生上负下正的电压，由于D13的单相导电性，无法给后级供电。最终我们可以获得14.7V直流的SVCC。
电阻R9是T1的电流反馈电阻，动态的调节Q2的栅极电压。同时R9也是 输出保护电路的电流采样电阻。次级负载发生短路会造成初级电流变大，当R9两端电压高于一定值时，这个电压经过电阻R3为三极管Q1提供一个0.6V偏置电压，Q1饱和导通后把U3的复位脚4拉低，U3的3脚输出低电平，Q2截止，R9电压降低。R9电压降低，Q1截止，U3的复位脚4被上拉到VHH1，U3正常工作。如此往复循环工作下去，避免整个电源被拉低从而导致系统无法工作。
通过将图1中D2去掉，通过直流稳压源给VHH1加11.7V的直流电，调整输出负载，在维持SVCC在14.7V的情况下，SVCC侧电流为7mA，VHH1侧的电流为25mA。故在保证电压输出正常的情况下，此电源最大效率＝输入功率/输出功率≈35％。
Claims (7)
1.一种阻容隔离电源电路，其特征在于：它包括阻容电源电路和隔离输出电路，其中，
阻容电源电路，输入端与电力线相连，输出端VHH1输出直流电，一方面与隔离输出电路输入端相连，另一方面经二极管D2后至输出端VHH，用于给智能电表的计量单元供电；
隔离输出电路，输入端与所述阻容电源电路输出端VHH1相连，输出端输出直流电，用于给智能电表的通讯单元进行隔离供电。
2.根据权利要求1所述的阻容隔离电源电路，其特征在于：所述隔离输出电路包括反激式变压电路(1)、开关电路(2)和矩形波发生电路(3)，其中，
反激式变压电路(1)，包括反激式变压器T1，该变压器T1的初级线圈一端与阻容电源电路输出端VHH1相连，另一端依次经开关电路(2)和电阻R9后接地；该变压器T1的次级线圈一端经二极管D13后至输出端SVCC，用于给智能电表的通讯单元进行隔离供电，另一端接地，所述输出端SVCC与接地点之间并接有稳压二极管D19；
开关电路(2)，用于控制阻容电源电路输出端VHH1的电压是否加载至T1的初级线圈上；
矩形波发生电路(3)，输入端与阻容电源电路输出端VHH1相连，输出端与开关电路(2)的控制端相连，用于控制开关电路(2)的通断。
3.根据权利要求2所述的阻容隔离电源电路，其特征在于：所述隔离输出电路还包括一输出反馈电路(4)，其输入端连接于开关电路(2)和电阻R9之间，输出端与矩形波发生电路(3)的复位端相连。
4.根据权利要求3所述的阻容隔离电源电路，其特征在于：所述开关电路(2)包括场效应管Q2，该场效应管Q2的G极与矩形波发生电路(3)的输出端相连，D极与T1的初级线圈相连，S极经电阻R9后接地。
5.根据权利要求3所述的阻容隔离电源电路，其特征在于：所述矩形波发生电路(3)为由555单片定时器芯片U3构成的多谐振荡器。
6.根据权利要求4所述的阻容隔离电源电路，其特征在于：所述输出反馈电路(4)包括三极管Q1，其基极经电阻R3与场效应管Q2的S极相连，集电极一方面经上拉电阻R6后与阻容电源电路输出端VHH1相连，另一方面与矩形波发生电路(3)的复位端相连，发射极接地。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的阻容隔离电源电路，其特征在于：所述阻容电源电路输出电流为30mA。
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|---|---|---|---|---|
| CN109245568A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-01-18 | 杭州海兴电力科技股份有限公司 | 一种交流转直流隔离开关电源电路 |
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2015
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| CN109245568B (zh) * | 2018-09-12 | 2024-05-24 | 杭州海兴电力科技股份有限公司 | 一种交流转直流隔离开关电源电路 |
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