CN210327405U - 用于电能计量芯片的供电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电能计量领域，本实用新型旨在解决现有电能计量芯片的供电不稳定的问题，提出一种用于电能计量芯片的供电电路，包括：电源输入端口、整流元件、控制模块、分压电路、充放电电路和电源输出电路，所述电源输入端口的正极与整流元件的输入端连接，整流元件的输出端与控制模块的电压输入端连接，控制模块的电压输出端与充放电路的输入端连接，充放电路的输出端分别与分压电路的输入端和电源输出电路连接，所述分压电路的输出端与控制模块的电压采样端连接，控制模块的电压输出端与控制模块的供电端连接。本实用新型提高了电能计量芯片供电的稳定性，提高了电能计量芯片的使用寿命。

Description

用于电能计量芯片的供电电路

技术领域

本实用新型涉及电能计量领域，具体来说涉及一种供电电路。

背景技术

随着人们对生活品质的要求越来越高，智能家居产品正逐步融入到人们的生活。就插座类产品而言，国内外相继推出了带各种功能的智能插座。其中电能计量这一功能已成为了大多数智能插座必备的功能之一。电能计量功能使人们可以随时实时的对自己各个设备的用电情况进行监控，以便调配自己的用电时段。

电能计量功能主要是通过电能计量芯片对电流、电压采样信号进行模数转换，得到数字信号，芯片内部计算有功功率值、电流有效值和电压有效值，经过频率转换模块，电能计量芯片将有功功率值、电流有效值、电压有效值转换为方波脉冲输出，实现电能计量功能。

现有技术中，普遍单纯的将插座上的电源进行整流并分压后为电能计量芯片供电，但是由于电压波动，容易因直流供电电压的不稳定影响电能计量芯片的性能和寿命。

实用新型内容

本实用新型旨在提出一种用于电能计量芯片的供电电路，令其在应用了相应软件方法后能够解决现有电能计量芯片的供电不稳定的问题。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：用于电能计量芯片的供电电路，包括：电源输入端口、整流元件、控制模块、分压电路、充放电电路和电源输出电路，所述电源输入端口的正极与整流元件的输入端连接，整流元件的输出端与控制模块的电压输入端连接，控制模块的电压输出端与充放电路的输入端连接，充放电路的输出端分别与分压电路的输入端和电源输出电路连接，所述分压电路的输出端与控制模块的电压采样端连接，控制模块的电压输出端与控制模块的供电端连接。

进一步的，为对供电电路进行保护，还包括：过流保护器和过压保护器，所述电源输入端口的正极通过所述过流保护器与整流元件的输入端连接，所述过压保护器的一端与电源输入端口的正极连接，过压保护器的另一端与电源输入端口的负极连接。

进一步的，为节约成本以及提高过流保护器的耐浪涌和抑制电磁干扰能力，所述过流保护器为保险丝电阻。

进一步的，为节约成本，所述整流元件为第一二极管，所述第一二极管的正极与电源输入端口的正极连接，第一二极管的负极与控制模块的电压输入端连接。

进一步的，为平滑整流后直流电压，还包括：滤波电路，所述整流元件的输出端通过滤波电路与控制模块的电压输入端连接。

进一步的，为实现直流电压的滤波，所述滤波电路包括第一有极性电容、第二有极性电容和第一电感，所述整流元件的输出端通过第一电感与控制模块的电压输入端连接，所述第一有极性电容的正极与整流元件的输出端连接，第一有极性电容的负极与电源输入端口的负极连接，所述第二有极性电容的正极与控制模块的电压输入端连接，第二有极性电容的负极与电源输入端口的负极连接。

进一步的，为对控制模块的供电电压进行隔直流，还包括第三有极性电容，所述第三有极性电容的正极与控制模块的供电端连接，第三有极性电容的负极与控制模块的电压输出端连接。

进一步的，为实现对直流电压的分压，所述分压电路包括：第一电阻、第二电阻和第一电容，所述第一电容的一端与充放电电路连接，第一电容的另一端分别与控制模块的电压采样端和第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与控制模块的电源输出端连接，控制模块的电压采样端通过第一电容与控制模块的电源输出端连接。

进一步的，为实现电压的充放电，所述充放电电路包括：第二二极管、第三二极管、第二电感和第四有极性电容，所述第二二极管的正极与电源输入端口的负极连接，第二二极管的负极分别与控制模块的电压输出端、第二电容的一端和第二电感的一端连接，第二电容的另一端分别与分压电路和第三二极管的负极连接，第二电感的另一端分别与第三二极管的正极和第四有极性电容的正极连接，第四有极性电容的负极与电源输入端口的负极连接。

进一步的，为节约成本，其特征在于，所述电源输出电路包括第三电阻、第三电容和电源输出端口，所述第三电阻的一端分别与控制模块的电压输出端、第三电容的一端和电源输出端口连接，第三电阻的另一端和第三电容的另一端分别与电源输入端口的负极连接并接地。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的用于电能计量芯片的供电电路，在应用了相应的软件方法后，当控制模块的电压输出端的输出电压经过分压后低于基准电压时，为充放电电路充电并通过充放电路为电能计量芯片供电，当控制模块的电压输出端的输出电压经过分压后到达基准电压时，通过充放电电路放电，维持稳定的输出电压为电能计量芯片供电，提高了电能计量芯片供电的稳定性，提高了电能计量芯片的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的用于电能计量芯片的供电电路的电路结构示意图；

附图标记说明：

Vin+-电源输入端口的正极；Vin--电源输入端口的负极；FR1-过流保护器；RV1-过压保护器；D1-第一二极管；D2-第二二极管；D3-第三二极管；L1-第一电感；L2-第二电感；EC1-第一有极性电容；EC2-第二有极性电容；EC3-第三有极性电容；EC4-第四有极性电容；U1-控制模块；SW-控制模块的电压输入端；FB-控制模块的电压采样端；VDD-控制模块的供电端；OUT-控制模块的电压输出端；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；C1-第一电容；C2-第二电容；C3-第三电容；Vout-电源输出端口。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。

本实用新型所述的用于电能计量芯片的供电电路，包括：电源输入端口、整流元件、控制模块、分压电路、充放电电路和电源输出电路，所述电源输入端口的正极与整流元件的输入端连接，整流元件的输出端与控制模块的电压输入端连接，控制模块的电压输出端与充放电路的输入端连接，充放电路的输出端分别与分压电路的输入端和电源输出电路连接，所述分压电路的输出端与控制模块的电压采样端连接，控制模块的电压输出端与控制模块的供电端连接。

具体的，电源输入端口输入交流电压至整流元件的输入端，交流电压经过整流元件整流后输出脉动直流电压，该脉动直流电压输入至控制模块的电压输入端，在控制模块内部，控制模块的电压输入端通过高压功率管与电压输出端连接，当高压功率管导通时，控制模块的电压输出端输出的脉动直流电压输入至充放电电路并通过充放电路为电能计量芯片供电，具体的，控制模块的电压输出端输出的脉动直流电压通过充放电电路输入至电源输出电路，通过电源输出电路为电能计量芯片供电，通过分压电路分压后的电压输入至控制模块的电压采样端，在应用了相应软件方法后，控制模块内部比较电压采样端输入的采样电压与基准电压的大小，当采样电压低于基准电压时，控制模块控制其内部的高压功率管导通，为充放电电路充电进而生成输出电压通过电源输出电路为电能计量芯片供电；当采样电压到达基准电压时，控制模块控制其内部的高压功率管截止，充放电电路放电，维持稳定的输出电压和电流通过电源输出电路为电能计量芯片供电。

实施例

本实用新型实施例所述的用于电能计量芯片的供电电路，如图1所示，包括：电源输入端口、整流元件、控制模块U1、分压电路、充放电电路和电源输出电路，所述电源输入端口的正极Vin+与整流元件的输入端连接，整流元件的输出端与控制模块U1的电压输入端SW连接，控制模块U1的电压输出端OUT与充放电路的输入端连接，充放电路的输出端分别与分压电路的输入端和电源输出电路连接，所述分压电路的输出端与控制模块U1的电压采样端FB连接，控制模块U1的电压输出端OUT与控制模块U1的供电端VDD连接。

具体而言，电源输入端口可通过插座输入220V交流电压，整流元件用于将交流电压整流为直流电压，控制模块用于接收采样电压，并比较采样电压与基准电压的大小，当采样电压低于基准电压时，控制其内部的高压功率管导通，当采样电压达到基准电压时，控制其内部的高压功率管截止，当高压功率管导通时，控制模块的电压输入端和电压输出端导通，控制模块的电压输出端输出直流电压，当高压功率管截止时，控制模块的电压输入端和电压输出端截止，控制模块的电压输出端无电压输出。充放电电路用于在高压功率管导通时，接收控制模块的输出端输出的直流电压进行充电，并通过电源输出电路为电能计量芯片供电，在高压功率管截止时，充放电电路放电，维持稳定的输出电压和电流为电能计量芯片供电。

可选的，本实施例所述的供电电路还包括：过流保护器FR1和过压保护器RV1，所述电源输入端口的正极Vin+通过所述过流保护器FR1与整流元件的输入端连接，所述过压保护器RV1的一端与电源输入端口的正极Vin+连接，过压保护器RV1的另一端与电源输入端口的负极Vin-连接。

其中，过流保护器FR1可以为保险丝电阻，当输出短路或后级出现故障导致输入回路电流异常大时，保险丝电阻会熔断对后级电路起到保护作用，此外，保险丝电阻成本较低，且保险丝电阻的耐浪涌和抑制电磁干扰能力更强。整流元件可以是第一二极管D1，本例中，第一二极管的D1正极与电源输入端口的正极Vin+连接，第一二极管D1的负极与控制模块U1的电压输入端SW连接。

可选的，还包括：滤波电路，所述整流元件的输出端通过滤波电路与控制模块U1的电压输入端SW连接。如图1所示，滤波电路可以包括第一有极性电容EC1、第二有极性电容EC2和第一电感L1，所述整流元件的输出端通过第一电感L1与控制模块U1的电压输入端SW连接，所述第一有极性电容EC1的正极与整流元件的输出端连接，第一有极性电容EC1的负极与电源输入端口的负极Vin-连接，所述第二有极性电容EC2的正极与控制模块U1的电压输入端SW连接，第二有极性电容EC2的负极与电源输入端口的负极Vin-连接。

由第一有极性电容EC1、第二有极性电容EC2和第一电感L1组成的π型滤波电路，用于平滑整流后的直流电压，同时还能起到抑制电磁干扰的作用。

本例中，控制模块U1的电压输出端OUT通过第三有极性电容EC3与控制模块U1的供电端VDD连接，其中，第三有极性电容EC3的正极与控制模块U1的供电端VDD连接，第三有极性电容EC3的负极与控制模块U1的电压输出端OUT连接。第三有极性电容EC3用于对控制模块U1的供电电压滤波。

可选的，分压电路可以包括：第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1，所述第一电容C1的一端与充放电电路连接，第一电容C1的另一端分别与控制模块U1的电压采样端FB和第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与控制模块U1的电源输出端OUT连接，控制模块U1的电压采样端FB通过第一电容C1与控制模块U1的电源输出端OUT连接。

可选的，充放电电路可以包括：第二二极管D2、第三二极管D3、第二电感L2和第四有极性电容EC4，所述第二二极管D2的正极与电源输入端口的负极Vin-连接，第二二极管D2的负极分别与控制模块U1的电压输出端OUT、第二电容C2的一端和第二电感L2的一端连接，第二电容C2的另一端分别与分压电路和第三二极管D3的负极连接，第二电感L2的另一端分别与第三二极管D3的正极和第四有极性电容EC4的正极连接，第四有极性电容EC4的负极与电源输入端口的负极Vin-连接。

可选的，电源输出电路可以包括第三电阻R3、第三电容C3和电源输出端口Vout，所述第三电阻R3的一端分别与控制模块U1的电压输出端OUT、第三电容C3的一端和电源输出端口Vout连接，第三电阻R3的另一端和第三电容C3的另一端分别与电源输入端口的负极Vin-连接并接地。

本实施例所述的用于电能计量芯片的供电电路的工作原理是：电源输入端口Vin通过保险丝电阻FR1输入交流电压至第一二极管D1的正极，交流电压经过第一二极管D1整流后输出脉动直流电压，该脉动直流电压经过π型滤波电路滤波后输入至控制模块U1的电压输入端SW，在控制模块U1内部，控制模块U1的电压输入端SW通过高压功率管与电压输出端OUT连接，当高压功率管导通时，控制模块U1的电压输出端OUT输出的脉动直流电压输入至充放电电路并通过充放电路为电能计量芯片供电，具体的，控制模块U1的电压输出端OUT输出的脉动直流电压对第二电感L2充电，进而生成输出电压通过电源输出电路为电能计量芯片供电，此外，生成的输出电压还通过分压电路中的第一电阻R1和第二电阻R2分压后得到采样电压并输入至控制模块U1的电压采样端FB，在应用了相应软件方法后，控制模块U1内部比较电压采样端FB输入的采样电压与基准电压的大小，当采样电压小于基准电压时，控制模块U1控制其内部的高压功率管导通，对第二电感L2充电并提供稳定的输出电压和电流，再通过电源输出电路为电能计量芯片供电；当采样电压到达基准电压时，控制模块U1控制其内部的高压功率管截止，由第二二极管D2对第二电感L2续流，维持稳定的输出电压和电流为电能计量芯片供电。

本实用新型中的电能计量芯片可以包括：电源输入端口、电流采样信号输入端口、电压信号输入端口、电流/电压值输出端口CF1、有功功率值输出端口CF和选择按键SEL，其中，电源输入端口用于与上述供电电路的电源输出端口连接，电流采样信号输入端口和电压信号输入端口用于接收电流采样信号和电压采样信号，电能计量芯片对电流、电压采样信号进行模数转换，得到数字信号，芯片内部计算有功功率值、电流有效值、电压有效值，经过频率转换模块，电能计量芯片将有功功率值、电流有效值、电压有效值转换为方波脉冲输出(占空比1:1)，各数值的大小与频率的大小成正比，与周期的大小成反比。CF1根据芯片SEL脚输出0或1决定是输出电压有效值方波还是电流有效值方波。当SEL＝0时，输出电流有效值，波形是占空比为50％的方波，当SEL＝1时，输出电压有效值，波形是占空比为50％的方波。从而在客户APP端可显示用电量。

当然，本实用新型所述的用于电能计量芯片的供电电路还可适用于其他电能计量芯片，此处不再赘述。

需要说明的是，本实用新型所提供的仅是一种的具体结构，其中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处，此处不再赘述；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。

Claims (10)

1.用于电能计量芯片的供电电路，其特征在于，包括：电源输入端口、整流元件、控制模块、分压电路、充放电电路和电源输出电路，所述电源输入端口的正极与整流元件的输入端连接，整流元件的输出端与控制模块的电压输入端连接，控制模块的电压输出端与充放电路的输入端连接，充放电路的输出端分别与分压电路的输入端和电源输出电路连接，所述分压电路的输出端与控制模块的电压采样端连接，控制模块的电压输出端与控制模块的供电端连接。

2.如权利要求1所述的用于电能计量芯片的供电电路，其特征在于，还包括：过流保护器和过压保护器，所述电源输入端口的正极通过所述过流保护器与整流元件的输入端连接，所述过压保护器的一端与电源输入端口的正极连接，过压保护器的另一端与电源输入端口的负极连接。

3.如权利要求2所述的用于电能计量芯片的供电电路，其特征在于，所述过流保护器为保险丝电阻。

4.如权利要求1所述的用于电能计量芯片的供电电路，其特征在于，所述整流元件为第一二极管，所述第一二极管的正极与电源输入端口的正极连接，第一二极管的负极与控制模块的电压输入端连接。

5.如权利要求1所述的用于电能计量芯片的供电电路，其特征在于，还包括：滤波电路，所述整流元件的输出端通过滤波电路与控制模块的电压输入端连接。

6.如权利要求5所述的用于电能计量芯片的供电电路，其特征在于，所述滤波电路包括第一有极性电容、第二有极性电容和第一电感，所述整流元件的输出端通过第一电感与控制模块的电压输入端连接，所述第一有极性电容的正极与整流元件的输出端连接，第一有极性电容的负极与电源输入端口的负极连接，所述第二有极性电容的正极与控制模块的电压输入端连接，第二有极性电容的负极与电源输入端口的负极连接。

7.如权利要求1所述的用于电能计量芯片的供电电路，其特征在于，还包括第三有极性电容，所述第三有极性电容的正极与控制模块的供电端连接，第三有极性电容的负极与控制模块的电压输出端连接。

8.如权利要求1所述的用于电能计量芯片的供电电路，其特征在于，所述分压电路包括：第一电阻、第二电阻和第一电容，所述第一电容的一端与充放电电路连接，第一电容的另一端分别与控制模块的电压采样端和第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与控制模块的电源输出端连接，控制模块的电压采样端通过第一电容与控制模块的电源输出端连接。

9.如权利要求8所述的用于电能计量芯片的供电电路，其特征在于，所述充放电电路包括：第二二极管、第三二极管、第二电感和第四有极性电容，所述第二二极管的正极与电源输入端口的负极连接，第二二极管的负极分别与控制模块的电压输出端、第二电容的一端和第二电感的一端连接，第二电容的另一端分别与分压电路和第三二极管的负极连接，第二电感的另一端分别与第三二极管的正极和第四有极性电容的正极连接，第四有极性电容的负极与电源输入端口的负极连接。

10.如权利要求9所述的用于电能计量芯片的供电电路，其特征在于，所述电源输出电路包括第三电阻、第三电容和电源输出端口，所述第三电阻的一端分别与控制模块的电压输出端、第三电容的一端和电源输出端口连接，第三电阻的另一端和第三电容的另一端分别与电源输入端口的负极连接并接地。

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