CN209961812U - 一种单相智能电能表开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单相智能电能表开关电源电路，属于开关电源技术领域，包括整流滤波电路、内置900v或1200v MOSFET的开关电源芯片U1和高频变压器，高频变压器包括两组原边初级绕组和两组副边次级绕组，交流电信号经过整流滤波电路整流滤波后输入开关电源芯片U1并为开关电源芯片U1供电，开关电源芯片U1输出脉冲信号进入高频变压器的一组原边初级绕组，还包括原边采样反馈电路，原边采样反馈电路从另一组原边初级绕组进行电压取样并反馈至开关电源芯片U1。本实用新型采用高频变压器的原边电压反馈控制，节省了光耦隔离电路，降低了电路成本，同时减少重量和体积。

Description

一种单相智能电能表开关电源电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，特别涉及一种单相智能电能表开关电源电路。

背景技术

电能表是用来测量电能的仪表，而智能电能表除了具有电量计量外，还具有数据处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能，因而智能电能表能够准确获取电力用户的信息，实现与用户、智能用电设备的信息交互和控制，减少电网能源损耗，提供供电符合质量。目前单相表中采用两种方案供电，大部分为线性电源方案，少部分为开关电源方案，但是两种方案都存在问题。其中线性电源一般利用常规的工频变压器进行降压整流后再进行稳压滤波，以提供维持电表的正常工作所需的电源，其电路间的隔离采用光耦隔离电路，此类电源的缺点是重量和体积较大，而且电源的转换效率较低，电源部分的功率损耗较大；而目前开关电源方案主要的问题是，承受高压的能力不够，在现场容易损坏，采用控制器和MOSFET分离的方案，成本比线性电源的高，制约了大规模使用。

实用新型内容

针对上述线性电源方案的转换效率较低、功率损耗较大、重量和体积较大的缺陷，以及现有开关电源方案承受高压能力不够，和成本高于线性电源的问题，本实用新型提供了一种单相智能电能表开关电源电路，通过高频变压器的原边采样及反馈，省去了光耦隔离电路，并利用可编程的输出线缆补偿实现高精度的输出电压控制，实现开关电源电路体积的小型化、轻量化，并提升了电源转换效率。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案实现的，一种单相智能电能表开关电源电路，包括整流滤波电路、内置900v或1200v MOSFET的开关电源芯片U1和高频变压器，高频变压器包括两组原边初级绕组和两组副边次级绕组，交流电信号经过整流滤波电路整流滤波后输入开关电源芯片U1并为开关电源芯片U1供电，开关电源芯片U1输出脉冲信号进入高频变压器的一组原边初级绕组，还包括原边采样反馈电路，原边采样反馈电路从另一组原边初级绕组进行电压取样并反馈至开关电源芯片U1。

本实用新型进一步设置为，与原边采样反馈电路连接的一组原边初级绕组的一个引脚模拟接地，另一引脚为输出电压反馈信号端ZCD，该输出电压反馈信号端ZCD的一路经电阻R8、R9组成的分压电路连接到开关电源芯片的反馈引脚FB，另一路经电阻R2连接到电阻RM3和开关电源芯的引脚VCC的连接点。

本实用新型进一步设置为，位于整流滤波电路的交流电输入端配置了共模电感和差模电感。

本实用新型进一步设置为，开关电源芯片内具备线缆补偿电路，并通过其CRC引脚一路接原边采样反馈电路，另一路接开关电源芯片的供电线路。

本实用新型进一步设置为，整流滤波电路和高频变压器之间设有准谐振开关回路。

本实用新型进一步设置为，还包括峰值电流控制电路，所述峰值电流控制电路一端接开关电源芯片U1的CS引脚，另一端模拟接地。

本实用新型进一步设置为，两组副边次级绕组分别接不同的副边整流滤波电路，为不同电压幅值提供直流供电电压。

本实用新型进一步设置为，高频变压器的各绕组磁芯采用软磁铁氧体磁芯。

本实用新型进一步设置为，内置900v或1200v MOSFET的开关电源芯片U1包括一个AC-DC控制器芯片和一个900v/3A或1200v/3A的MOSFET，AC-DC控制器的3脚通过电阻R1连接到MOS管的1脚，MOS管的3脚通过R2接地。

综上所述，本实用新型的有益效果有：

1．采用高频变压器的原边电压反馈控制，节省了光耦隔离电路，降低了电路成本，同时减少重量和体积；

2．通过开关电源芯片U1的内部自动调节电路开关频率可根据负载自动调节，提高了开关电源的效率；通过选用软磁铁氧体磁芯材料，可使本开关电源具备抗强磁的性能；

3．此外，交流输入端使用了共模电感和差模电感组合的EMI电路，降低了电源的开关噪声和电磁干扰。

附图说明

图1是本实施例的整体结构示意图；

图2是本实施例中开关电源芯片U1的结构图；

图3是本实施例中开关电源芯片U1的管脚图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

实施例：参考图1，一种单相智能电能表开关电源电路，包括：整流滤波电路、开关电源芯片U1、高频变压器、准谐振开关回路、原边采样反馈电路、峰值电流控制电路、副边整流滤波电路，其中，该电路的交流电输入端配置有热敏电阻RT1和压敏电阻，该电阻RT1一端连接火线N，另一端连接到压敏电阻的一端，压敏电阻的另一端与零线L连接，该处的热敏电阻RT1和压敏电阻组成复合热敏电路。

参考图2，开关电源芯片U1包括一个AC-DC控制器芯片和一个900v/3A或1200v/3A的MOSFET，即开关电源芯片U1由通用AC-DC控制器芯片（譬如华润微电子的PT2311）晶圆和900v/3A或1200v/3A的mos管晶圆封装而成，AC-DC控制器的3脚通过电阻R1连接到MOS管的1脚，MOS管的3脚通过R2接地。参考图2-3，控制器的VCC、FB、GND、CS、CRC分别对应U1名称相同的引脚，MOS管的2脚、3脚对应U1的第5脚和第6脚。

上述整流滤波电路包括：共模电感L4、差模电感L1、电阻R1、电容CX1和桥式整流二极管BD1。共模电感的第一绕组的输入端连接到热敏电阻RT1和压敏电阻直接的连接点，该第一绕组的输出端经过差模电感L1连接到桥式整流二极管BD1的上端引脚，共模电感的第二绕组输入端连接到压敏电阻和零线L的连接点，该第二绕组的输出端连接到桥式整流二极管BD1的下端引脚，电阻R1与差模电感L1并联连接，电容CX1与桥式整流二极管BD1并联连接，桥式整流二极管BD1的负极端接模拟地，其正极端的一路经电阻RM1、电阻RM2和电阻RM3组成的降压电路接到开关电源芯的供电引脚VCC，正极端的另一路连接电路C2的正极，C2的负极接到模拟地。

上述高频变压器包括两组原边初级绕组和两组副边次级绕组，其中，两组原边初级绕组的一组绕组为电流电压输入端，另一绕组为输出电压采样端，而两组副边次级绕组可为不同电压幅值负载进行直流供电电压。

准谐振开关回路包括：电阻R31、R3、R30以及电容C1、二极管D1。R31一端同时连接到桥式整流二极管BD1的正极端和高频变压器的一组原边初级绕组的引脚7，该组原边初级绕组的另一引脚6的一路连接开关电源芯开关引脚SW，另一路经二极管D1和电阻R30连接到R31的另一端形成一个开关回路，电容C1和电阻R3依次与电阻R31并联连接。

原边采样反馈电路，其通过高频变压器的另一组原边初级绕组进行电压取样，该组原边初级绕组的引脚4模拟接地，另一引脚3为输出电压反馈信号端ZCD，该输出电压反馈信号端ZCD的一路经电阻R8、R9组成的分压电路连接到开关电源芯片的反馈引脚FB，另一路经电阻R2连接到电阻RM3和开关电源芯的引脚VCC的连接点。

上述峰值电流控制电路配置一电阻R10，该电阻R10一端连接开关电源芯片的CS引脚，另一端模拟接地，电阻R10的阻值可通过开关电源芯片调整，以避免高的峰值电流会引起各个电路元器件出现损坏。

上述副边整流滤波电路共设有两组，分别为不同电压幅值提供直流供电电压。第一组副边整流滤波电路包括：二极管D3、电阻R26、R11和电容C6、C7、C8，R3一端连接第一组副边次级绕组的引脚9，另一端连接到电阻R26的一端并输出电压为15V，电阻R26的另一端接到该组副边次级绕组的引脚8，并且数字接地，其中R11和C8依次串联后与二极管D3并联连接，电容C6、C7与电阻R26进行并联连接。

上述第二组副边整流滤波电路包括：二极管D4、电阻R27和R5、电容C9、C10、C11。二极管D4一端连接到第二组副边次级绕组的引脚1，另一端输出电压，电阻R27一端连接到第二组副边次级绕组的引脚2，R27另一端输出电压，其中，电阻R5和电容C11串联后与二极管D4并联连接，电容C9、C10与电阻26并联连接。

上述开关电源芯片内还配置线缆补偿电路，其通过CRC引脚，一路接经电容C12接到电阻R8和R9的连接点，另一路经电容C4连接到电阻RM3和开关电源芯的引脚VCC的连接点。

上述高频变压器的各绕组磁芯采用软磁铁氧体磁芯，可使本开关电源具备抗强磁的性能。

工作原理：220V交流电源通过L4、L1、CX1、BD1、C2整流滤波后，一路经RM1、RM2、RM3降压后进入U1的第3脚VCC引脚，并为开关电源芯片U1提供工作电源。整流滤波的另一路直流电压接至T1的原边初级绕组7脚，开关电源芯片U1的SW引脚输出频率可根据负载大小自动改变的脉冲开关信号进入T1的原边初级绕组另一6脚，R31、C1、R3、R30、D1及U1及由高频变压T1的6、7构成初级绕组形成了准谐振开关回路，输入的交流电经过整流、滤波后进入开关电源控制芯片U1，再由U1输出脉冲信号进入高频变压器的原边绕组，为高频变压器提供频率为数十千赫兹至数百千赫兹的初级交变信号，变压器的副边绕组即可输出降压后的低压信号。U1的第4脚CS为峰值电流采样输入，通过调整R10的阻值大小即可限制峰值电流。变压器T1的另一原边绕组3、4，输出电压反馈信号ZCD经过电阻R8、R9分压后进入U1的第2脚FB端，为开关控制提供反馈信号，通过闭环控制实现输出电压的精确负反馈控制。变压器T1的副边绕组引出脚8、9的输出信号通过D3、C6、C7、R26等整流滤波后得到电能表所需的直流供电电压。另一组副边绕组1、2与D4、C10、C9、R27等构成另一路电能表所需的直流供电电压。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种单相智能电能表开关电源电路，其特征在于，包括整流滤波电路、内置900v或1200v MOSFET的开关电源芯片U1和高频变压器，高频变压器包括两组原边初级绕组和两组副边次级绕组，交流电信号经过整流滤波电路整流滤波后输入开关电源芯片U1并为开关电源芯片U1供电，开关电源芯片U1输出脉冲信号进入高频变压器的一组原边初级绕组，还包括原边采样反馈电路，原边采样反馈电路从另一组原边初级绕组进行电压取样并反馈至开关电源芯片U1。

2.根据权利要求1所述的单相智能电能表开关电源电路，其特征在于，与原边采样反馈电路连接的一组原边初级绕组的一个引脚模拟接地，另一引脚为输出电压反馈信号端ZCD，该输出电压反馈信号端ZCD的一路经电阻R8、R9组成的分压电路连接到开关电源芯片的反馈引脚FB，另一路经电阻R2连接到电阻RM3和开关电源芯的引脚VCC的连接点。

3.根据权利要求1或2所述的单相智能电能表开关电源电路，其特征在于，位于整流滤波电路的交流电输入端配置了共模电感和差模电感。

4.根据权利要求1或2所述的单相智能电能表开关电源电路，其特征在于，开关电源芯片内具备线缆补偿电路，并通过其CRC引脚一路接原边采样反馈电路，另一路接开关电源芯片的供电线路。

5.根据权利要求1或2所述的单相智能电能表开关电源电路，其特征在于，整流滤波电路和高频变压器之间设有准谐振开关回路。

6.根据权利要求1或2所述的单相智能电能表开关电源电路，其特征在于，还包括峰值电流控制电路，所述峰值电流控制电路一端接开关电源芯片U1的CS引脚，另一端模拟接地。

7.根据权利要求1或2所述的单相智能电能表开关电源电路，其特征在于，两组副边次级绕组分别接不同的副边整流滤波电路，为不同电压幅值提供直流供电电压。

8.根据权利要求7所述的单相智能电能表开关电源电路，其特征在于，高频变压器的各绕组磁芯采用软磁铁氧体磁芯。

9.根据权利要求1或2所述的单相智能电能表开关电源电路，其特征在于，内置900v或1200v MOSFET的开关电源芯片U1包括一个AC-DC控制器芯片和一个900v/3A或1200v/3A的MOSFET，AC-DC控制器的3脚通过电阻R1连接到MOS管的1脚，MOS管的3脚通过R2接地。

Images