CN210225271U - 一种电能表的电源管理系统 - Google Patents

Abstract

一种电能表的电源管理系统，包括AC‑DC模块，所述AC‑DC模块的输入端连接市电，其特征在于：还包括与AC‑DC模块输出端相连接的双路DC‑DC模块，双路DC‑DC模块的第一输出端分成两路，其中一路连接电能表的MCU及系统主电源，另一路通过控制电路连接电能表的通讯模块电源，双路DC‑DC模块的第二输出端分别连接有第一超级电容和第二超级电容，所述第二超级电容与MCU及系统主电源相连接，所述第一超级电容通过升压电路与双路DC‑DC模块的输入端相连接，且升压电路和控制电路分别设有第一控制端和第二控制端，第一控制端和第二控制端均连接在MCU的端口上。该电源管理系统的成本低、PCB占用面积小和稳定性好。

Description

一种电能表的电源管理系统

技术领域

本实用新型涉及电能表领域，特别涉及一种电能表的电源管理系统。

背景技术

电源管理是电能表系统的重要组成部分。由于电能表内部的各个功能需要不同的电压系统，如，有专利号为ZL201720966054.2(授权公告号为CN207164138U)的中国实用新型专利公开了一种具有超级电容的载波电能表，电能表供电部分包括5个：市电220V供电、5V供电、超级电容供电、电池供电、12V供电，因此需要将市电220V转换成不同的电压给电能表内的MCU及主系统、通讯模块和继电器等供电，在将市电转换成不同的电压时常常需要大量的升压及降压电路，大量的升降压电路使得电能表的电源成本上升，且占用大量的PCB空间。

为了解决现有技术中存在的电能表体积大的问题，有申请号为CN201611170652.5(申请公布号为CN106533159A)的中国发明专利公开了一种用于三相电能表的阻容降压电源，包括过电压保护单元、阻容降压单元、第一、二整流单元、稳压二极管降压单元、第一、二稳压单元、DC/DC电压变换单元和变压器，三相电源A、B、C分别与N中线之间接入过电压保护单元，其输出端与阻容降压单元输入端连接；阻容降压单元输出端与第一、二整流电路连接，第一整流单元与第一稳压单元输入端连接，加载于计量芯片上；第二整流单元输出端与DC/DC电压变换单元输入端连接，DC/DC电压变换单元一输出端通过二极管降压后输出单片机供电电压，另一端与第二稳压单元输入端连接，加载于RS485电路上。该电能表采用三路阻容降压电路获取计量模块、单片机模块和RS485模块电源，提高了电源效率，降低了电能表的自身功耗，且减少了电能表成本；但是，该电能表内的电路复杂，所需要的元器件多，出现损坏的可能性大，很难保证整个电路正常使用。因此，需要进一步改进。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种电路简单、成本低且在停电时也能保证电能表正常使用的电能表的电源管理系统。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电能表的电源管理系统，包括AC-DC模块，所述AC-DC模块的输入端连接市电，用于将交流电转换成直流电，其特征在于：还包括与AC-DC模块输出端相连接的双路DC-DC模块，所述双路DC-DC模块的第一输出端分成两路，其中一路连接电能表的MCU及系统主电源，另一路通过控制电路连接电能表的通讯模块电源，所述双路DC-DC模块的第二输出端分别连接有第一超级电容和第二超级电容，所述第二超级电容与MCU及系统主电源相连接，用于停电时为MCU及系统主电源供电，所述第一超级电容通过升压电路与双路DC-DC模块的输入端相连接，且所述升压电路和控制电路分别设有第一控制端和第二控制端，所述第一控制端和第二控制端均连接在MCU的端口上，用于通过MCU控制第一超级电容给通讯模块供电。

所述AC-DC模块的输出端还连接第一二极管的正极，所述第一二极管的负极为第一输出端，所述第一输出端连接继电器，用于对电能表内的继电器进行驱动。

所述双路DC-DC模块的第一输出端中的其中一路连接第八二极管的正极，所述第八二极管的负极连接第二电解电容的正极，所述第二电解电容的负极接地，所述第八二极管和第二电解电容的连接处为第三输出端，所述第三输出端连接电能表的MCU及系统主电源，用于为电能表的MCU及系统主电源供电。

所述控制电路包括第三电解电容、第四电解电容、第三电容、第四电容、MOS管、三极管、第五电阻、第六电阻和第七电阻，所述双路DC-DC模块的第一输出端的另外一路连接第三电解电容的正极，所述第三电解电容并联第三电容，所述第三电解电容的负极和第三电容的另一端连接并接地，所述第三电解电容的正极和第三电容的连接端分别连接第五电阻和MOS管的源极，所述第五电阻的另一端连接MOS管的栅极，所述第五电阻和MOS管的连接端连接三极管的集电极，所述三极管的基极分别连接第六电阻和第七电阻的一端，所述第六电阻的另一端为第二控制端，所述第七电阻的另一端连接第一三极管的发射极并接地，所述MOS管的漏极连接第四电解电容的正极，所述第四电解电容的负极接地，所述第四电解电容的正极连接第四电容的一端，所述第四电容的另一端接地，所述第四电解电容和第四电容连接处为第四输出端，所述第四输出端连接通讯模块电源，用于给通讯模块供电。

在本方案中，所述MOS管为PMOS管。

还包括第一双路二极管、第二双路二极管、第三电阻、第四电阻和第三二极管，所述双路DC-DC模块的第二输出端分别连接第一双路二极管和第二双路二极管，所述第一双路二极管为第四二极管和第五二极管正向并联而成，所述第二双路二极管为第六二极管和第七二极管正向并联而成，所述第四二极管和第五二极管的负极均连接第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接第一超级电容的正极，所述第六二极管和第七二极管的负极均连接第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接第二超级电容的正极，所述第一超级电容的负极和第二超级电容的负极相连接并接地，所述第四电阻和第二超级电容连接端还连接第三二极管的正极，所述第三二极管的负极为第二输出端，所述第二输出端连接电能表的MCU及系统主电源。

所述第三电阻和第一超级电容连接端之间还连接有第二电容，所述第二电容的另一端接地，所述第二电容连接升压电路，其中，升压电路包括电感、升压芯片、第二二极管、第一电解电容、第一电容、第一电阻和第二电阻，所述第二电容连接电感的一端，所述电感的另一端连接第二二极管的正极，所述第二二极管的负极连接在AC-DC模块与双路DC-DC模块连接端，所述升压芯片的第5引脚连接在第二电容和电感的连接端，所述升压芯片的第4引脚为第一控制端，所述升压芯片的第1引脚连接在第二二极管和电感的连接端，所述升压芯片的第2引脚连接第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接第二二极管的负极，且第一电容与第一电解电容相并联，所述第一电容和第一电解电容的负极相连接并接地，所述升压芯片的第3引脚分别连接第一电阻和第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接第一电压，所述第二电阻的另一端接地。

作为优选，所述升压芯片为LN2220芯片。

作为优选，所述AC-DC模块为整流滤波电路。

作为优选，所述双路DC-DC模块为ISL6227芯片。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过设置双路DC-DC模块，并将双路DC-DC模块的两输出端分别分成两路，分别供电能表内不同的模块使用，该电路通过减少了电源电路中的降压电路但同样能满足不同的电压要求，降低了成本，减少了PCB的占用面积，另外，通过在市电正常时对两超级电容充电，在停电后使用两超级电容分别对MCU和通讯模块供电，因此该电源管理系统的电路简单、稳定性好，成本低，能保证停电时电能表的正常使用。

附图说明

图1为本实用新型实施例中电能表的电源管理系统的原理框图；

图2为本实用新型实施例中电能表的电源管理系统的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1～2所示，一种电能表的电源管理系统包括AC-DC模块N1、DC-DC模块N2、第一超级电容C5和第二超级电容C6，AC-DC模块N1的输入端连接市电，用于将交流电转换成直流电，AC-DC模块N1的输出端连接双路DC-DC模块N2的输入端，双路DC-DC模块N2的第一输出端Vout1分成两路，其中一路连接电能表的MCU及系统主电源，另一路通过控制电路2连接电能表的通讯模块电源，双路DC-DC模块N2的第二输出端Vout2分别连接有第一超级电容C5和第二超级电容C6，第二超级电容C6与MCU及系统主电源相连接，用于停电时为MCU及系统主电源供电，第一超级电容C5通过升压电路1与双路DC-DC模块N2的输入端相连接，且升压电路1和控制电路2分别设有第一控制端EN1和第二控制端EN2，第一控制端EN1和第二控制端EN2均连接在MCU的端口上，用于通过MCU控制第一超级电容C5给通讯模块供电。本实施例中，AC-DC模块N1为整流滤波电路，AC-DC模块N1的输出端输出电压为13.5V，双路DC-DC模块N2采用ISL6227芯片，经过双路DC-DC模块N2降压后，双路DC-DC模块N2的第一输出端Vout1输出电压为3.8V，第二输出端Vout2输出电压为5V。

AC-DC模块N1的输出端还分出一路，AC-DC模块N1的输出端连接第一二极管VD1的正极，第一二极管VD1的负极为第一输出端OUTPUT1，该第一输出端OUTPUT1连接继电器，用于对电能表内的继电器进行驱动。本实施例中，AC-DC模块N1的输出端输出电压13.5V通过第一二极管VD1隔离，得到的第一输出端OUTPUT1输出电压为13V，用于给电能表内的继电器供电。

双路DC-DC模块N2的第一输出端Vout1中的其中一路连接第八二极管VD8的正极，第八二极管VD8的负极连接第二电解电容CE2的正极，第二电解电容CE2的负极接地，第八二极管VD8和第二电解电容CE2的连接处为第三输出端OUTPUT3，第三输出端OUTPUT3连接电能表的MCU及系统主电源，用于为电能表的MCU及系统主电源供电。

其中，控制通讯模块电源供电的控制电路2包括第三电解电容CE3、第四电解电容CE4、第三电容C3、第四电容C4、MOS管Q1、三极管V1、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7，双路DC-DC模块N2的第一输出端Vout1的另外一路连接第三电解电容CE3的正极，第三电解电容CE3并联第三电容C3，第三电解电容CE3的负极和第三电容C3的另一端连接并接地，第三电解电容CE3的正极和第三电容C3的连接端分别连接第五电阻R5和MOS管Q1的源极，第五电阻R5的另一端连接MOS管Q1的栅极，第五电阻R5和MOS管Q1的连接端连接三极管V1的集电极，三极管V1的基极分别连接第六电阻R6和第七电阻R7的一端，第六电阻R6的另一端为第二控制端EN2，第七电阻R7的另一端连接第一三极管V1的发射极并接地，MOS管Q1的漏极连接第四电解电容CE4的正极，第四电解电容CE4的负极接地，第四电解电容CE4的正极连接第四电容C4的一端，第四电容C4的另一端接地，第四电解电容CE4和第四电容C4连接处为第四输出端OUTPUT4，第四输出端OUTPUT4连接通讯模块电源，用于给通讯模块供电。本实施例中，MOS管Q1为PMOS管，三极管V1为NPN管。

还包括第一双路二极管、第二双路二极管、第三电阻R3、第四电阻R4和第三二极管VD3，双路DC-DC模块的第二输出端Vout2分别连接第一双路二极管和第二双路二极管，第一双路二极管为第四二极管VD4和第五二极管VD5正向并联而成，第二双路二极管为第六二极管VD6和第七二极管VD7正向并联而成，第四二极管VD4和第五二极管VD5的负极均连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第一超级电容C5的正极，第六二极管VD6和第七二极管VD7的负极均连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接第二超级电容C6的正极，第一超级电容C5的负极和第二超级电容C6的负极相连接并接地，第四电阻R4和第二超级电容C6连接端还连接第三二极管VD3的正极，第三二极管VD3的负极为第二输出端OUTPUT2，第二输出端OUTPUT2连接电能表的MCU及系统主电源。该第二超级电容C6在市电工作下，用于存储电能，且在停电的情况下，使用第二超级电容C6内的电能对电能表的MCU及系统主电源供电，能有效解决停电时电能表的断电情况，在停电时电能表仍能使用。

第三电阻R3和第一超级电容C5连接端之间还连接有第二电容C2，第二电容C2的另一端接地，第二电容C2连接升压电路1，其中，升压电路1包括电感L1、升压芯片N3、第二二极管VD2、第一电解电容CE1、第一电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2，第二电容C2连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接第二二极管VD2的正极，第二二极管VD2的负极连接在AC-DC模块N1与双路DC-DC模块N2连接端，升压芯片N3的第5引脚连接在第二电容C2和电感L1的连接端，升压芯片N3的第4引脚为第一控制端EN1，升压芯片N3的第1引脚连接在第二二极管VD2和电感L1的连接端，升压芯片N3的第2引脚连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接第二二极管VD2的负极，且第一电容C1与第一电解电容CE1相并联，所述第一电容C1和第一电解电容CE1的负极相连接并接地，升压芯片N3的第3引脚分别连接第一电阻R1和第二电阻R2的一端，第一电阻R1的另一端连接第一电压VCC，第二电阻R2的另一端接地。本实施例中，升压芯片N3采用LN2220芯片，通过MCU连接该升压芯片N3的第一控制端EN1和控制电路中的第二控制端EN2，在市电正常情况下，第一超级电容C5充电，存储电能，MCU控制升压电路不工作，在停电后，通过MCU控制升压电路工作为通讯模块电源供电。

通过将市电整流降压后得到的电压分成两路，一路用于对继电器进行驱动，另一路用于继续降压，使用双路DC-DC模块输出两路不同的电压系统，一路用于对电能表的MCU及主系统电源和通讯模块进行供电，另一路则是对超级电容进行充电，用于停电时两路超级电容分别进行放电，供MCU及主系统电源和通讯模块使用，该电能表的电源管理系统所使用的升压和降压电路少，减少了出现故障的可能性且能满足不同的电压系统和停电时对整个系统的供电，因此该电能表的电路简单、成本低且稳定性好，不易损坏，能保证电能表的正常使用。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电能表的电源管理系统，包括AC-DC模块(N1)，所述AC-DC模块(N1)的输入端连接市电，用于将交流电转换成直流电，其特征在于：还包括与AC-DC模块(N1)输出端相连接的双路DC-DC模块(N2)，所述双路DC-DC模块(N2)的第一输出端(Vout1)分成两路，其中一路连接电能表的MCU及系统主电源，另一路通过控制电路(2)连接电能表的通讯模块电源，所述双路DC-DC模块(N2)的第二输出端(Vout2)分别连接有第一超级电容(C5)和第二超级电容(C6)，所述第二超级电容(C6)与MCU及系统主电源相连接，用于停电时为MCU及系统主电源供电，所述第一超级电容(C5)通过升压电路(1)与双路DC-DC模块(N2)的输入端相连接，且所述升压电路(1)和控制电路(2)分别设有第一控制端(EN1)和第二控制端(EN2)，所述第一控制端(EN1)和第二控制端(EN2)均连接在MCU的端口上，用于通过MCU控制第一超级电容(C5)给通讯模块供电。

2.根据权利要求1所述的电能表的电源管理系统，其特征在于：所述AC-DC模块(N1)的输出端还连接第一二极管(VD1)的正极，所述第一二极管(VD1)的负极为第一输出端(OUTPIU1)，所述第一输出端(OUTPIU1)连接继电器，用于对电能表内的继电器进行驱动。

3.根据权利要求1所述的电能表的电源管理系统，其特征在于：所述双路DC-DC模块(N2)的第一输出端(Vout1)中的其中一路连接第八二极管(VD8)的正极，所述第八二极管(VD8)的负极连接第二电解电容(CE2)的正极，所述第二电解电容(CE2)的负极接地，所述第八二极管(VD8)和第二电解电容(CE2)的连接处为第三输出端(OUTPUT3)，所述第三输出端(OUTPUT3)连接电能表的MCU及系统主电源，用于为电能表的MCU及系统主电源供电。

4.根据权利要求1所述的电能表的电源管理系统，其特征在于：所述控制电路(2)包括第三电解电容(CE3)、第四电解电容(CE4)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、MOS管(Q1)、三极管(V1)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)和第七电阻(R7)，所述双路DC-DC模块(N2)的第一输出端(Vout1)的另外一路连接第三电解电容(CE3)的正极，所述第三电解电容(CE3)并联第三电容(C3)，所述第三电解电容(CE3)的负极和第三电容(C3)的另一端连接并接地，所述第三电解电容(CE3)的正极和第三电容(C3)的连接端分别连接第五电阻(R5)和MOS管(Q1)的源极，所述第五电阻(R5)的另一端连接MOS管(Q1)的栅极，所述第五电阻(R5)和MOS管(Q1)的连接端连接三极管(V1)的集电极，所述三极管(V1)的基极分别连接第六电阻(R6)和第七电阻(R7)的一端，所述第六电阻(R6)的另一端为第二控制端(EN2)，所述第七电阻(R7)的另一端连接第一三极管(V1)的发射极并接地，所述MOS管(Q1)的漏极连接第四电解电容(CE4)的正极，所述第四电解电容(CE4)的负极接地，所述第四电解电容(CE4)的正极连接第四电容(C4)的一端，所述第四电容(C4)的另一端接地，所述第四电解电容(CE4)和第四电容(C4)连接处为第四输出端(OUTPUT4)，所述第四输出端(OUTPUT4)连接通讯模块电源，用于给通讯模块供电。

5.根据权利要求4所述的电能表的电源管理系统，其特征在于：所述MOS管(Q1)为PMOS管。

6.根据权利要求1所述的电能表的电源管理系统，其特征在于：还包括第一双路二极管、第二双路二极管、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第三二极管(VD3)，所述双路DC-DC模块的第二输出端(Vout2)分别连接第一双路二极管和第二双路二极管，所述第一双路二极管为第四二极管(VD4)和第五二极管(VD5)正向并联而成，所述第二双路二极管为第六二极管(VD6)和第七二极管(VD7)正向并联而成，所述第四二极管(VD4)和第五二极管(VD5)的负极均连接第三电阻(R3)的一端，所述第三电阻(R3)的另一端连接第一超级电容(C5)的正极，所述第六二极管(VD6)和第七二极管(VD7)的负极均连接第四电阻(R4)的一端，所述第四电阻(R4)的另一端连接第二超级电容(C6)的正极，所述第一超级电容(C5)的负极和第二超级电容(C6)的负极相连接并接地，所述第四电阻(R4)和第二超级电容(C6)的连接端还连接第三二极管(VD3)的正极，所述第三二极管(VD3)的负极为第二输出端(OUTPUT2)，所述第二输出端(OUTPUT2)连接电能表的MCU及系统主电源。

7.根据权利要求6所述的电能表的电源管理系统，其特征在于：所述第三电阻(R3)和第一超级电容(C5)连接端之间还连接有第二电容(C2)，所述第二电容(C2)的另一端接地，所述第二电容(C2)连接升压电路(1)，其中，升压电路(1)包括电感(L1)、升压芯片(N3)、第二二极管(VD2)、第一电解电容(CE1)、第一电容(C1)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，所述第二电容(C2)连接电感(L1)的一端，所述电感(L1)的另一端连接第二二极管(VD2)的正极，所述第二二极管(VD2)的负极连接在AC-DC模块(N1)与双路DC-DC模块(N2)连接端，所述升压芯片(N3)的第5引脚连接在第二电容(C2)和电感(L1)的连接端，所述升压芯片(N3)的第4引脚为第一控制端(EN1)，所述升压芯片(N3)的第1引脚连接在第二二极管(VD2)和电感(L1)的连接端，所述升压芯片(N3)的第2引脚连接第一电容(C1)的一端，所述第一电容(C1)的另一端连接第二二极管(VD2)的负极，且第一电容(C1)与第一电解电容(CE1)相并联，所述第一电容(C1)和第一电解电容(CE1)的负极相连接并接地，所述升压芯片(N3)的第3引脚分别连接第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的一端，所述第一电阻(R1)的另一端连接第一电压(VCC)，所述第二电阻(R2)的另一端接地。

8.根据权利要求7所述的电能表的电源管理系统，其特征在于：所述升压芯片(N3)为LN2220芯片。

9.根据权利要求1所述的电能表的电源管理系统，其特征在于：所述AC-DC模块(N1)为整流滤波电路。

10.根据权利要求1所述的电能表的电源管理系统，其特征在于：所述双路DC-DC模块(N2)为ISL6227芯片。

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