CN205490213U - 一种电能表的开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电能表的开关电源，包括：交流输入模块、整流电路模块、PWM控制模块、功率变压器、整流滤波模块、隔离反馈模块；所述整流电路模块的输入端与所述交流输入模块的输出端相连，所述整流电路模块的输出端与所述功率变压器初级绕组的输入端相连；所述PWM控制模块的控制端与所述功率变压器初级绕组的输出端相连，所述PWM控制模块的输入端与所述隔离反馈模块的输出端相连；所述整流滤波模块的输入端与所述功率变压器次级绕组的输出端相连，所述整流滤波模块的输出端作为所述开关电源的输出端，所述整流滤波模块的输出端还与所述隔离反馈模块的输入端相连；本实用新型提高了转换效率和自适应能力。

Description

一种电能表的开关电源

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，尤其涉及一种用于电能表的开关电源。

背景技术

随着技术发展，对电能表的功能要求也随之增加，尤其是供电功率的增加，对电源的效率、带载能力、工作电压范围等提出越来越高的要求。目前大多数电能表采用线性电源或者非线性隔离电源为电能表内部各部分供电。线性电源方案虽然设计简单，但是可靠性差，仅适用于小功率、电源要求低的工况，且该方案对电能表输入要求较高；采用非线性隔离电源方案可以提高电源的稳定性，但是转换效率低、功率小、自适应能力差，仅适用于专用定制的电能表。

因此，智能化的开关电源要求不但可以适用于宽电压输入，带载能力强，转换效率高，功率大，抗干扰能力强，输出纹波小，而且还需要适用不同电压输入时能自调节电压输出的特性，可以与不同型号相同输出电压要求的开关电源进行互换。

实用新型内容

本实用新型提供一种电能表的开关电源，解决现有的电能表供电转化效率低、自适应能力差的问题，实现在不同的电压输入情况下，能够自适应调整输出稳定电压。

为实现以上目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种电能表的开关电源，包括：交流输入模块、整流电路模块、PWM控制模块、功率变压器、整流滤波模块、隔离反馈模块；

所述整流电路模块的输入端与所述交流输入模块的输出端相连，所述整流电路模块的输出端与所述功率变压器初级绕组的输入端相连；

所述PWM控制模块的控制端与所述功率变压器初级绕组的输出端相连，所述PWM控制模块的输入端与所述隔离反馈模块的输出端相连；

所述整流滤波模块的输入端与所述功率变压器次级绕组的输出端相连，所述整流滤波模块的输出端作为所述开关电源的输出端，所述整流滤波模块的输出端还与所述隔离反馈模块的输入端相连；

所述隔离反馈模块用于对所述整流滤波模块输出的电压与设定电压进行比较，并输出比较信号；

所述PWM控制模块根据所述比较信号输出不同占空比的PWM信号，以控制所述功率变压器初级绕组导通。

优选的，所述隔离反馈模块包括：基准源比较电路、光耦隔离反馈电路及软启动电路；

所述基准源比较电路的输入端与所述开关电源的输出端相连，所述基准源比较电路的输出端与所述光耦隔离反馈电路的发光二极管输出端相连；

所述软启动电路的输入端与所述开关电源的输出端连，所述软启动电路的输出端与所述光耦隔离反馈电路的发光二极管输入端相连；

在所述开关电源输出的电压大于所述基准源比较电路的设定电压时，所述基准源比较电路输出低电压，所述发光二极管导通，驱动所述光耦隔离反馈电路的光耦三极管导通，输出所述比较信号。优选的，所述软启动电路包括：NPN三极管、第一电容、第一电阻及第二电阻；

所述NPN三极管的集电极作为所述软启动电路的输入端，所述NPN三极管的基极与所述第一电容的一端相连，所述第一电容的另一端接地，所述NPN三极管的集电极通过第一电阻与所述NPN三极管的基极相连，所述NPN三极管的发射极与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端作为所述软启动电路的输出端。

优选的，所述交流输入模块包括：压敏电阻和热敏电阻；

所述热敏电阻串联在所述整流电路模块的电压输入端，所述压敏电阻与所述电压输入端并联。

优选的，所述PWM控制模块包括：NMOS管和PWM控制芯片；

所述NMOS管的栅极与所述PWM控制芯片的输出端相连，所述NMOS管的源极接地，所述NMOS管的漏极作为所述PWM控制模块的控制端， 所述PWM控制芯片的输入端作为所述PWM控制模块的输入端。

优选的，还包括辅助电源电路，所述辅助电源电路的输入端与所述功率变压器的初级辅助绕组的输出端相连，所述辅助电源电路的输出端与所述PWM控制芯片的电源端相连。

优选的，所述辅助电源电路包括：第一二极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻及第三电容；

所述第一二极管的阳极与所述初级辅助绕组的输出端相连，所述第一二极管的阴极与第三电阻的一端相连，所述第三电阻的另一端分别与所述PWM控制芯片的电源端、所述第三电容的一端、所述第四电阻的一端及所述第五电阻的一端相连，所述第四电阻的另一端与所述整流电路模块的输出端相连，所述第五电阻的另一端分别与接地端及所述初级辅助绕组的输入端相连，所述第三电容的另一端与接地端相连。

本实用新型提供一种电能表的开关电源，通过PWM控制模块输出不同占空比的PWM信号控制功率变压器输出的电压，直至达到稳定的设定电压，提高了转换效率和自适应能力，不同的电压输入情况下，能够自适应调整输出稳定电压。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1：是本实用新型提供的一种电能表的开关电源结构示意图；

图2：是本实用新型实施例提供的一种电能表的开关电源电路图；

图3：是本实用新型实施例提供的一种无输出软启动电路的启动电压波形图；

图4：是本实用新型实施例提供的一种带软启动电路的启动电压波形图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型实施例作进一步的详细说明。

针对当前电能表的开关电源采用的非线性隔离电源的转换效率低、自 适应能力差的特点，如图1所示，为本实用新型提供的一种电能表的开关电源结构示意图，包括：交流输入模块、整流电路模块、PWM控制模块、功率变压器、整流滤波模块、隔离反馈模块。所述整流电路模块的输入端与所述交流输入模块的输出端相连，所述整流电路模块的输出端与所述功率变压器初级绕组的输入端相连；所述PWM控制模块的控制端与所述功率变压器初级绕组的输出端相连，所述PWM控制模块的输入端与所述隔离反馈模块的输出端相连；所述整流滤波模块的输入端与所述功率变压器次级绕组的输出端相连，所述整流滤波模块的输出端作为所述开关电源的输出端，所述整流滤波模块的输出端还与所述隔离反馈模块的输入端相连；所述隔离反馈模块用于所述整流滤波模块的输出电压与设定电压比效，并输出比较信号；所述PWM控制模块根据所述比较信号输出不同占空比的PWM信号，以控制所述功率变压器初级绕组导通。

进一步，所述隔离反馈模块包括：基准源比较电路、光耦隔离反馈电路及软启动电路。所述基准源比较电路的输入端与所述开关电源的输出端相连，所述基准源比较电路的输出端与所述光耦隔离反馈电路的发光二极管输出端相连；所述软启动电路的输入端与所述开关电源的输出端连，所述软启动电路的输出端与所述光耦隔离反馈电路的发光二极管输入端相连。在所述开关电源输出的电压大于所述基准源比较电路的设定电压时，所述基准源比较电路输出低电压，所述发光二极管导通，驱动所述光耦隔离反馈电路的光耦三极管导通，输出所述比较信号。

具体地，如图2所示，为本实用新型实施例提供的一种电能表的开关电源电路图。所述软启动电路包括：NPN三极管Q2、第一电容C10、第一电阻R8及第二电阻R9。所述NPN三极管Q2的集电极作为所述软启动电路的输入端，所述NPN三极管Q2的基极与所述第一电容C10的一端相连，所述第一电容C10的另一端接地，所述NPN三极管Q2的集电极通过第一电阻R8与所述NPN三极管Q2的基极相连，所述NPN三极管Q2的发射极与所述第二电阻R9的一端相连，所述第二电阻R9的另一端作为所述软启动电路的输出端。在实际应用中，还常对第二电阻R9并联一个电容C11，对发光二极的起保护作用。

需要说明的是，在隔离反馈电路增加的由第一电阻R8、第一电容C10、NPN型三极管Q2组成的软启动电路可以控制输出电压曲线上升坡度，消除硬启动造成的冲击电压，如图3所示，为本实用新型实施例提供的一种无输出软启动电路的启动电压波形图。如图4所示，为本实用新型实施例提供的一种带软启动电路的启动电压波形图，该部分在当输出电压加上升时，光耦线路上的电压不会硬性突然打开光耦线路、而是通过第一电容C10充电、缓慢开启三极管Q2达到一个消除电压过冲的目的，能有效提高电子器件的使寿命。

如图2所示，所述基准源比较电路包括：电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C12及三端可调分流稳压器U2。所述电阻R11的一端与所述整流滤波输出端相连，所述电阻R11的另一端分别与所述电阻R12的一端、电容C12的一端及所述三端可调分流稳压器U2的输入端相连，所述电阻R12的另一端接地，所述电容C12的另一端与所述电阻R10的一端相连，所述三端可调分流稳压器的输出端分别与所述电阻R10的另一端及所述发光二极管OA的阴极相连，所述三端可调分流稳压器的另一端接地。需要说明的是，所述三端可调分流稳压器U2可选用TL431元件，其内部比较电压常设为2.5V,当电阻R12的电压大于2.5V时，三端可调分流稳压器输出低电平，导通发光二极管OA,进而驱动所述光耦三极管OB导通，使所述隔离反馈模块输出比较信号给所述PWM控制芯片的输入端。

如图2所示，所述交流输入模块包括：压敏电阻RV和热敏电阻F；所述热敏电阻F串联在所述整流电路模块的电压输入端，所述压敏电阻RV与所述电压输入端并联。压敏电阻RV可以限制进入系统的高电压，将高电压抑制到系统可以接受范围；热敏电阻F主要保护大电流的通过，当大电流通过时，热敏电阻F可以起到开路的作用，保护后级不被大电流击穿。

进一步，所述PWM控制模块包括：NMOS管和PWM控制芯片。所述NMOS管的栅极与所述这PWM控制芯片的输出端相连，所述NMOS管的源极接地，所述NMOS管的漏极作为所述PWM控制模块的控制端，所述PWM控制芯片的输入端作为所述PWM控制模块的输入端。

具体地，如图2所示，PWM控制芯片U1输出一定占空比的方形波， NMOS管Q1的栅极根据PWM波，通断所述功率变压器的初级绕组的通电，当初级绕组断电时，所述功率变压器的初级绕组存储的能量通过所述次级绕组转移到二次侧输出电压，并对电容C8充电；当初级绕组通电时，所述功率变压器储存能量，由电容C8对外输出电压，实现输出电压随着PWM波循环输出，使高电压输入转化为低电压输出，且输入与输出端通过功率变压器进行有效隔离，提高开关电源适用于宽电压输入，增加开关电源的稳定性。需要说明的是，PWM控制芯片可采用UCC3802或UA6755，且PWM控制芯片的外围电路还包括其它引脚的保护电路，本实用新型不作限定。

进一步，该开关电源还可包括辅助电源电路，所述辅助电源电路的输入端与所述功率变压器的初级辅助绕组的输出端相连，所述辅助电源电路的输出端与所述PWM控制芯片的电源端相连。

具体地，如图2所示，所述辅助电源电路包括：第一二极管D1、第三电阻R1、第四电阻R2、第五电阻R13及第三电容C3。所述第一二极管D1的阳极与所述初级辅助绕组的输出端相连，所述第一二极管D1的阴极与第三电阻R1的一端相连，所述第三电阻R1的另一端分别与所述PWM控制芯片的电源端、所述第三电容C3的一端、所述第四电阻R2的一端及所述第五电阻R13的一端相连，所述第四电阻R2的另一端与所述整流电路模块的输出端相连，所述第五电阻R13的另一端分别与接地端及所述初级辅助绕组的输入端相连，所述第三电容C3的另一端与接地端相连。当开关电源通电后，先经整流电路输出的电压经过分压电阻R2和R13分压后，对PWM控制芯片进行供电，使所述功率变压器的开始变压，此时初级辅助绕组也经变压输出所需电压对PWM控制芯片进行辅助供电，此时由于初级辅助绕组输出的电压大等于分压电阻R13的电压，所述整流电路模块输出的电流停止向PWM控制芯片供电。

可见，本实用新型提供一种电能表的开关电源，通过PWM控制单元输出不同占空比的PWM波控制功率变压器的输出，提高了转换效率和自适应能力，在不同的电压输入情况下，能够自适应调整输出稳定电压。

以上依据图示所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作 用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，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，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电能表的开关电源，其特征在于，包括：交流输入模块、整流电路模块、PWM控制模块、功率变压器、整流滤波模块、隔离反馈模块；

所述整流电路模块的输入端与所述交流输入模块的输出端相连，所述整流电路模块的输出端与所述功率变压器初级绕组的输入端相连；

所述PWM控制模块的控制端与所述功率变压器初级绕组的输出端相连，所述PWM控制模块的输入端与所述隔离反馈模块的输出端相连；

所述整流滤波模块的输入端与所述功率变压器次级绕组的输出端相连，所述整流滤波模块的输出端作为所述开关电源的输出端，所述整流滤波模块的输出端还与所述隔离反馈模块的输入端相连；

所述隔离反馈模块用于对所述整流滤波模块输出的电压与设定电压进行比较，并输出比较信号；

所述PWM控制模块根据所述比较信号输出不同占空比的PWM信号，以控制所述功率变压器初级绕组导通。

2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述隔离反馈模块包括：基准源比较电路、光耦隔离反馈电路及软启动电路；

所述基准源比较电路的输入端与所述开关电源的输出端相连，所述基准源比较电路的输出端与所述光耦隔离反馈电路的发光二极管输出端相连；

所述软启动电路的输入端与所述开关电源的输出端连，所述软启动电路的输出端与所述光耦隔离反馈电路的发光二极管输入端相连；

在所述开关电源输出的电压大于所述基准源比较电路的设定电压时，所述基准源比较电路输出低电压，所述发光二极管导通，驱动所述光耦隔离反馈电路的光耦三极管导通，输出所述比较信号。

3.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述软启动电路包括：NPN三极管、第一电容、第一电阻及第二电阻；

所述NPN三极管的集电极作为所述软启动电路的输入端，所述NPN三极管的基极与所述第一电容的一端相连，所述第一电容的另一端接地， 所述NPN三极管的集电极通过第一电阻与所述NPN三极管的基极相连，所述NPN三极管的发射极与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端作为所述软启动电路的输出端。

4.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述交流输入模块包括：压敏电阻和热敏电阻；

所述热敏电阻串联在所述整流电路模块的电压输入端，所述压敏电阻与所述电压输入端并联。

5.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述PWM控制模块包括：NMOS管和PWM控制芯片；

所述NMOS管的栅极与所述PWM控制芯片的输出端相连，所述NMOS管的源极接地，所述NMOS管的漏极作为所述PWM控制模块的控制端，所述PWM控制芯片的输入端作为所述PWM控制模块的输入端。

6.根据权利要求5所述的开关电源，其特征在于，还包括辅助电源电路，所述辅助电源电路的输入端与所述功率变压器的初级辅助绕组的输出端相连，所述辅助电源电路的输出端与所述PWM控制芯片的电源端相连。

7.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述辅助电源电路包括：第一二极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻及第三电容；

所述第一二极管的阳极与所述初级辅助绕组的输出端相连，所述第一二极管的阴极与第三电阻的一端相连，所述第三电阻的另一端分别与所述PWM控制芯片的电源端、所述第三电容的一端、所述第四电阻的一端及所述第五电阻的一端相连，所述第四电阻的另一端与所述整流电路模块的输出端相连，所述第五电阻的另一端分别与接地端及所述初级辅助绕组的输入端相连，所述第三电容的另一端与接地端相连。