CN206673851U - 一种多功能电力仪表电源模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能电力仪表电源模块，包括整流滤波单元、变换电路单元、整流输出单元和采样反馈单元；整流滤波单元与变换电路单元相连接；变换电路单元分别与整流输出单元和采样反馈单元相连接，整流输出单元和采样反馈单元相连接；整流滤波单元包括依次连接的EMI滤波电路和整流桥VD；EMI滤波电路包括并联在电路中的共模扼流圈与电容C1，C1两端分别与整流桥VD的1、2脚相连；整流输出单元包括输出控制回路和直流电压输出回路u0、直流电压输出回路u1、直流电压输出回路u2。本实用新型具有电路简单，稳定性好，成本低廉的优点，其电压调整率和负载调整率均为±1％，电源效率可达75％以上。

Description

一种多功能电力仪表电源模块

技术领域

本实用新型涉及一种电源模块，尤其涉及一种多功能电力仪表电源模块。

背景技术

电力仪表是一种电子设备，其内部IC芯片及电子元器件是在+3V～+5V低压下工作的，而实际应用中所提供的电源一般是AC220V/380V(市电、UPS等)或者DC110V/220V(直流屏)，这就需要把交流或直流高压转换成电表所需要稳定的直流电压，以保证仪表能正常工作。

目前的电源类型主要是两种类型：线性电源(linear)和开关电源(switching)。线性电源的工作原理是将市电AC220V通过变压器转换为低压，然后通过一系列的二极管进行整流和矫正成脉动直流，并通过滤波电容和稳压块转换成仪表所需的DC电压。但是线性电源具有受市电频率及浪涌影响大、发热高、体积大、电压输入范围窄等缺点，不适用于仪表电源。开关电源是利用高频开关将AC输入电压进入变压器之前进行升压，并利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等)，通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现AC/DC电压的变换，具有重量轻、体积小、功率因数高、效率高、模块式结构等优点，但仅适用于交流输入。

实用新型内容

为了解决上述问题中的不足之处，本实用新型提供了一种多功能电力仪表电源模块。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种多功能电力仪表电源模块，包括整流滤波单元、变换电路单元、整流输出单元和采样反馈单元；整流滤波单元通过接线端子J1接入交流/直流电源后，再与变换电路单元相连接；变换电路单元分别与整流输出单元和采样反馈单元相连接，整流输出单元和采样反馈单元相连接；

整流滤波单元包括依次连接的EMI滤波电路和整流桥VD；EMI滤波电路包括并联在电路中的共模扼流圈与电容C1，C1两端分别与整流桥VD的1、2脚相连；整流输出单元包括输出控制回路和直流电压输出回路u0、直流电压输出回路u1、直流电压输出回路u2；

本实用新型电路连接的具体方式为：在输出控制回路中，电容C2的正负极分别接整流桥VD的3、4脚，电阻R1、电容C3与瞬态抑制二极管VD1并联，同时与快恢复二极管VD2串联后一同并联在初级绕组两端。

在采样反馈单元的电路连接中，反馈电压绕组一端与电容C2负极、电容C4负极以及IC1的3脚相连、反馈电压绕组的另一端与二极管VD6的正极相连、VD6负极与光电耦合器IC3的1脚连接、IC2的2脚与电阻R2连接、R2另一端同电容C4正极与IC1的2脚连接、光电耦IC2的3脚与R5的一端连接，R5的另一端与二极管VD5的负极相连、光电耦IC2的4脚与IC3的1脚相连、电容C21并联在IC3的1、3脚、电阻R3并联在IC3的2、3脚、IC3的2脚与次级绕组1的接地端相连、IC3的3脚串联电阻R4、R4的另一端与直流电压输出回路u2的正极相连。

直流电压输出回路u2的电路连接为：次级绕组1的同名端与整流二极管VD5与电容C7、电感L2的一端相连、稳压二极管VD9与电容C18、C15并联后分别与L2另一端以及C7负极相连、C7负极与次级绕组1接地端相连。直流电压输出回路u1的电路连接为：次级绕组2的同名端与整流二极管VD4正极相连、电容C6、C13并联后分别连接在VD4负极以及次级绕组2的另一端、稳压芯片IC5的Vin端和Gnd端分别与VD4的负极以及电容C6的负极相连、电容C14并联在IC5的Vout与Gnd两端。直流电压输出回路u0的电路连接为：次级绕组3的同名端与整流二极管VD3正极相连、电容C5、C11并联后分别连接在VD3负极以及次级绕组3的另一端、稳压芯片IC4的Vin端和Gnd端分别与VD3的负极以及电容C5的负极相连、电容C12并联在IC4的Vout与Gnd两端。

本实用新型接线端子J1的1脚连接温敏电阻RW，同时RW的另一端同J1的2脚与压敏电阻RV并联在电路中构成Y型连接，对电源模块起到过压以及过载保护。

更优化地，VD1采用反向击穿电压为200V的瞬态抑制器P6KE200。

更优化地，VD2选用1A/600V的超快恢复二极管UF4005。

本实用新型所用的电源模块利用三端脱线式PWM开关TOPSwitch－II器件，配合PC817型光电耦合器和可调式精密并联稳压器TL431，构成三路隔离输出式PWM反馈电源模块。具有电路简单，稳定性好，成本低廉的优点，其电压调整率和负载调整率均为±1％，电源效率可达75％以上。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型电源模块的使用连接整体框图。

图2是本实用新型电源模块的工作原理框图。

图3是本实用新型电源模块的电路连接图。

图中：1、EMI滤波电路；2、整流桥VD；3、输出控制回路；4、采样反馈单元。

具体实施方式

如图1-图3所示，本实用新型包括整流滤波单元、变换电路单元、整流输出单元和采样反馈单元；整流滤波单元通过接线端子J1接入交流/直流电源后，再与变换电路单元相连接；变换电路单元分别与整流输出单元和采样反馈单元相连接，整流输出单元和采样反馈单元相连接；

整流滤波单元包括依次连接的EMI滤波电路和整流桥VD；EMI滤波电路包括并联在电路中的共模扼流圈与电容C1，C1两端分别与整流桥VD的1、2脚相连；整流输出单元包括输出控制回路和直流电压输出回路u0、直流电压输出回路u1、直流电压输出回路u2；

本实用新型电路连接的具体方式为：在输出控制回路中，电容C2的正负极分别接整流桥VD的3、4脚，电阻R1、电容C3与瞬态抑制二极管VD1并联，同时与快恢复二极管VD2串联后一同并联在初级绕组两端。

在采样反馈单元的电路连接中，反馈电压绕组一端与电容C2负极、电容C4负极以及IC1的3脚相连、反馈电压绕组的另一端与二极管VD6的正极相连、VD6负极与光电耦合器IC3的1脚连接、IC2的2脚与电阻R2连接、R2另一端同电容C4正极与IC1的2脚连接、光电耦IC2的3脚与R5的一端连接，R5的另一端与二极管VD5的负极相连、光电耦IC2的4脚与IC3的1脚相连、电容C21并联在IC3的1、3脚、电阻R3并联在IC3的2、3脚、IC3的2脚与次级绕组1的接地端相连、IC3的3脚串联电阻R4、R4的另一端与直流电压输出回路u2的正极相连。

直流电压输出回路u2的电路连接为：次级绕组1的同名端与整流二极管VD5与电容C7、电感L2的一端相连、稳压二极管VD9与电容C18、C15并联后分别与L2另一端以及C7负极相连、C7负极与次级绕组1接地端相连。直流电压输出回路u1的电路连接为：次级绕组2的同名端与整流二极管VD4正极相连、电容C6、C13并联后分别连接在VD4负极以及次级绕组2的另一端、稳压芯片IC5的Vin端和Gnd端分别与VD4的负极以及电容C6的负极相连、电容C14并联在IC5的Vout与Gnd两端。直流电压输出回路u0的电路连接为：次级绕组3的同名端与整流二极管VD3正极相连、电容C5、C11并联后分别连接在VD3负极以及次级绕组3的另一端、稳压芯片IC4的Vin端和Gnd端分别与VD3的负极以及电容C5的负极相连、电容C12并联在IC4的Vout与Gnd两端。

此外，本实用新型接线端子J1的1脚连接温敏电阻RW，同时RW的另一端同J1的2脚与压敏电阻RV并联在电路中构成Y型连接，对电源模块起到过压以及过载保护。

参考图2，本实用新型的工作原理主要是：交流220V市电经电源噪声滤波器LF后再通过桥式整流器直接整流。电源滤波器的作用一方面是滤除由电网传来的杂波电压，净化输入电源，另一方面也阻止高频开关电源的振荡电压窜入电网，干扰其它电器。市电经整流和电容滤波后，直流高压供给TOPSwitch－II器件器件，TOPSwitch－II器件构成DC/DC变换电路，它将输入的直流高压变成脉宽可调的高频脉冲电压，经高频变压器降压后再进行半波整流和滤波，变成所需要的直流电压输出。为了提高输出电压的电压精度，电压采样电路利用高精度可调稳压管TL431以及光电耦合组成采样反馈电路，将负反馈电压回馈至TOP221Y的控制端。

参考图3，本实用新型的工作原理分析：交流电源通过整流桥VD和电容C2整流滤波后产生直流高压Ui，给高频变压器T1的一次(初级)绕组供电。VD1和VD2能将漏感产生的尖峰电压钳位到安全值，并能衰减振铃电压。VD1采用反向击穿电压为200V的瞬态抑制器P6KE200，VD2选用1A/600V的超快恢复二极管UF4005。二次绕组(次级绕组1)的高频电压通过VD5、C7整流滤波变成直流电压，再经过L2、C8、C15滤掉高频纹波电压。反馈绕组电压经VD6整流后产生TOP221Y的偏置电压，输出电压u2经R3、R4分压后获得的取样电压与TL431内部2.5V基准电压源进行比较后输出误差电压，再通过光耦IC2流入TOP221Y的控制端直接控制输出占空比，获得稳定的电压输出u2。

u2值是由TL431提供稳定电压，其电压值Uo＝(1+R4/R3)Uref，其中Uref为固定值2.5，这里我们采取R3＝R4＝2K，可以得到稳定的输出电压值+5V，同时R3与R4能为u2输出提供一个假负载，可以提高轻载时的负载调整率。其它2路二次绕组(次级绕组2和次级绕组3)的电压分别通过VD3、VD4整流以及C5、C11、C6、C13滤波后输出+15V直流电压，并通过稳压芯片IC4、IC5稳压以及电容C12、C14滤波后输出+5V直流电压u0和u1。共模扼流圈L1与电容C1组成的EMI滤波器抑制电磁噪声。C4不仅能滤除加在控制端上的巅峰电流，而且决定了自启动频率。

本实用新型电源模块的主要技术指标如下：

电压输入范围：AD/DC85～270V

输入电网频率：f＝45～65HZ

输出电压：u2＝+5(1±1％)；u0＝+5(1±5％)；u1＝+5(1±5％)；

最大输出电流：0.5A

连续输出功率：8.5W

电压调整率：(u＝AC85～270V)：Sv＝±1％

负载调整率：Si＝±1％

电源效率：η＝78％

输出纹波电压的最大值：±50mV。

上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种多功能电力仪表电源模块，其特征在于：它包括整流滤波单元、变换电路单元、整流输出单元和采样反馈单元；所述整流滤波单元通过接线端子J1接入交流/直流电源后，再与变换电路单元相连接；所述变换电路单元分别与整流输出单元和采样反馈单元(4)相连接，整流输出单元和采样反馈单元(4)相连接；

所述整流滤波单元包括依次连接的EMI滤波电路(1)和整流桥VD(2)；所述EMI滤波电路包括并联在电路中的共模扼流圈与电容C1，C1两端分别与整流桥VD的1、2脚相连；所述整流输出单元包括输出控制回路(3)和直流电压输出回路u0、直流电压输出回路u1、直流电压输出回路u2；

所述输出控制回路中，电容C2的正负极分别接整流桥VD的3、4脚，电阻R1、电容C3与瞬态抑制二极管VD1并联，同时与快恢复二极管VD2串联后一同并联在初级绕组两端；

所述采样反馈单元(4)的电路连接中，反馈电压绕组一端与电容C2负极、电容C4负极以及IC1的3脚相连、反馈电压绕组的另一端与二极管VD6的正极相连、VD6负极与光电耦合器IC3的1脚连接、IC2的2脚与电阻R2连接、R2另一端同电容C4正极与IC1的2脚连接、光电耦IC2的3脚与R5的一端连接，R5的另一端与二极管VD5的负极相连、光电耦IC2的4脚与IC3的1脚相连、电容C21并联在IC3的1、3脚、电阻R3并联在IC3的2、3脚、IC3的2脚与次级绕组1的接地端相连、IC3的3脚串联电阻R4、R4的另一端与直流电压输出回路u2的正极相连。

2.根据权利要求1所述的多功能电力仪表电源模块，其特征在于：所述直流电压输出回路u2的电路连接为：次级绕组1的同名端与整流二极管VD5与电容C7、电感L2的一端相连、稳压二极管VD9与电容C18、C15并联后分别与L2另一端以及C7负极相连、C7负极与次级绕组1接地端相连；

所述直流电压输出回路u1的电路连接为：次级绕组2的同名端与整流二极管VD4正极相连、电容C6、C13并联后分别连接在VD4负极以及次级绕组2的另一端、稳压芯片IC5的Vin端和Gnd端分别与VD4的负极以及电容C6的负极相连、电容C14并联在IC5的Vout与Gnd两端；

所述直流电压输出回路u0的电路连接为：次级绕组3的同名端与整流二极管VD3正极相连、电容C5、C11并联后分别连接在VD3负极以及次级绕组3的另一端、稳压芯片IC4的Vin端和Gnd端分别与VD3的负极以及电容C5的负极相连、电容C12并联在IC4的Vout与Gnd两端。

3.根据权利要求1所述的多功能电力仪表电源模块，其特征在于：所述接线端子J1的1脚连接温敏电阻RW，同时RW的另一端同J1的2脚与压敏电阻RV并联在电路中构成Y型连接，对电源模块起到过压以及过载保护。

4.根据权利要求1所述的多功能电力仪表电源模块，其特征在于：所述VD1采用反向击穿电压为200V的瞬态抑制器P6KE200。

5.根据权利要求1所述的多功能电力仪表电源模块，其特征在于：所述VD2选用1A/600V的超快恢复二极管UF4005。