CN215221765U - 一种电能表的充放电保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电能表的充放电保护电路，包括电能表正常时充电而电能表掉电时放电的超级电容(1)，所述电路还包括连接在超级电容(1)后端并在接收到电能表掉电信息后启动以对来自超级电容(1)的放电电压进行升压后输出放电的升压放电模块(2)，连接在升压放电模块(2)后端并当电路中的电流值超过m时断开所述电路的保护模块(3)。该结构提高了电路的安全性。

Description

一种电能表的充放电保护电路

技术领域

本实用新型涉及电能表技术领域，尤其涉及一种电能表的充放电保护电路。

背景技术

充放电电路在电能表中运用十分普遍，随着电能表功能日益复杂多样化，现有的充放电电路已无法提供足够的放电电压，导致电能表中得不断更换更大的电容以提供放电电压。

但即使更换成了大的电容，由于其在放电初期存在掉电迅速的问题，也依然难以提供理想化的供电电压，且现有的电能表充放电电路虽存在保护功能，但该功能主要是为了保护后端元器件不被烧毁而生，换言之，很少有专门用于保护前端放电电路器件的保护模块，现有的电容随着放电时间的持续，流过其上的电流逐渐增大，很容易导致电容被烧毁。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能提供足够的放电电压并能防止电容被烧毁的电能表的充放电保护电路。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种电能表的充放电保护电路，包括电能表正常时充电而电能表掉电时放电的超级电容，其特征在于：所述电路还包括，

升压放电模块，连接在超级电容后端并在接收到电能表掉电信息后启动以对来自超级电容的放电电压进行升压后输出放电；

保护模块，连接在升压放电模块后端并当电路中的电流值超过m时断开所述电路。

进一步的，所述电路还包括设置在超级电容和升压放电模块之间并在电能表正常时为超级电容充电而在接收到掉电信息时停止充电的充电控制模块。

进一步的，所述超级电容具有多个且串联，所述电路还包括与各个超级电容分别对应相连以维持各超级电容电压均等的均压模块。

进一步的，所述升压放电模块包括升压芯片、第一电阻组件、第一电容、第二电容、第三电容、第一电感以及第一导通组件；

所述升压芯片的使能端与第一导通组件和超级电容分别相连并当第一导通组件检测到掉电信息时启动而与超级电容连通；

所述第一电阻组件与升压芯片的反馈引脚相连，第一电容连接升压芯片的工作电源端，第二电容连接升压芯片的电源输入端而第三电容连接升压芯片的自升压管脚；

所述第一电感的两端分别连接升压芯片的电源输入端和开关控制引脚以与升压芯片、第一导通组件、第一电阻组件、第一电容、第二电容及第三电容共同形成升压模块并由升压芯片的输出管脚放电输出。

进一步的，所述第一导通组件包括基级连接电能表的MCU以检测掉电信息而集电极与超级电容和升压芯片的使能端分别相连且发射极接地的第一NPN型三极管。

进一步的，所述第一电阻组件包括依次串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述升压芯片的反馈引脚连接在第一电阻和第二电阻之间。

进一步的，所述保护模块包括保护芯片、第四电阻和第五电阻；

所述保护芯片的电源输入端和使能端均连接升压芯片的输出管脚，第四电阻和第五电阻并联后一端接地而另一端连接保护芯片的电流控制端。

进一步的，所述充电控制模块包括外部电源、第二导通组件、第三导通部件；

所述第二导通组件与外部电源和第三导通部件分别相连并当电能表正常时导通以使第三导通部件导通并使外部电源通过第三导通部件为超级电容充电而当检测到电能表掉电信息时不导通以关断第三导通部件并停止充电。

进一步的，所述第二导通组件包括基级与电能表中的MCU相连以检测掉电信息而集电极连接外部电源和第三导通部件且发射极接地的第二NPN型三极管；

所述第三导通部件为基级连接第二NPN型三极管的集电极而发射极连接外部电源且集电极连接超级电容的PNP型三极管。

进一步的，所述超级电容具有两个且串联，所述均压模块也对应具有两组且结构相同并分别与对应的超级电容相连；

所述均压模块包括通过工作电源端与对应的超级电容相连的监控芯片以及连接在监控芯片的工作电源端和复位管脚间的多个并联的电阻。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

通过在充放电电路中设置保护模块，能有效防止超级电容随着放电时间的增长，导致流过的电流过大引发的电容烧毁现象，提高了电路的安全性，同时，升压放电模块的设置为后端放电提供了稳定足够的电压，提高了放电效果，而均压模块的设置，确保了电路放电时的稳定性。

附图说明

图1为本申请电能表的充放电保护电路中充电控制模块电路原理图。

图2为本申请电能表的充放电保护电路中均压模块电路原理图。

图3为本申请电能表的充放电保护电路中升压放电模块电路原理图。

图4为本申请电能表的充放电保护电路中保护模块电路原理图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-4所示为本申请电能表的充放电保护电路的优选实施例，如图所示，该充放电保护电路包括电能表正常时充电而电能表掉电时放电的超级电容1、连接在超级电容后端并在接收到电能表掉电信息后启动以对来自超级电容的放电电压进行升压后输出放电的升压放电模块2、连接在升压放电模块2后端并当电路中的电流值超过m时断开该电路的保护模块3。通过设置保护模块3，能在电流超过m值时及时断开电路，保护超级电容不被烧毁，提高了电路安全性，在本实施例中，该m取值为5A，当然，也可以是其他数值，具体根据实际需要决定。

同时，该电路还包括设置在超级电容1和升压放电模块2之间并在电能表正常时为超级电容1充电而在接收到掉电信息时停止充电的充电控制模块4。在本申请中，超级电容1具有多个且串联，为了确保每个超级电容在充电后的电压均等，该电路还包括与各个超级电容分别对应相连以维持各超级电容电压均等的均压模块5。

具体而言，本实施例中的超级电容具有两个，分别为C1和C2，二者串联，该均压模块5则对应也具有两组且结构相同，分别与对应的超级电容相连，如图2所示，该均压模块5包括通过工作电源端VCC与对应的超级电容相连的监控芯片N1以及连接在监控芯片N1的工作电源端VCC和复位管脚RESET间的多个并联的电阻。

如图3所示，该升压放电模块2包括升压芯片N3、第一电阻组件21、第一电容C3、第二电容C4、第三电容C5、第一电感L1以及第一导通组件22。该升压芯片N3的使能端EN与第一导通组件22和超级电容分别相连并当第一导通组件22检测到掉电信息时启动而与超级电容连通；

该第一电阻组件21与升压芯片N3的反馈引脚FB相连，第一电容C3连接升压芯片N3的工作电源端VDD，第二电容C4连接升压芯片N3的电源输入端VIN而第三电容C5连接升压芯片N3的自升压管脚BST；

第一电感L1的两端分别连接升压芯片N3的电源输入端VIN和开关控制引脚SW以与升压芯片N3、第一导通组件22、第一电阻组件21、第一电容C3、第二电容C4及第三电容C5共同形成升压模块并由升压芯片N3的输出管脚放电输出，从而克服超级电容放电初期电压降落严重，无法满足大功率电能表需求的问题，为掉电后的电能表提供稳定电压提供了保障。

继续参见图3，该第一导通组件22包括基级连接电能表的MCU以检测掉电信息而集电极与超级电容和升压芯片N3的使能端EN分别相连且发射极接地的第一NPN型三极管V4；同时，第一电阻组件21包括依次串联的第一电阻R34、第二电阻R35和第三电阻R36，升压芯片N3的反馈引脚FB连接在第一电阻R34和第二电阻R35之间。

如图4所示，保护模块3包括保护芯片N4、第四电阻R40和第五电阻R41，保护芯片N4的电源输入端VIN和使能端EN均连接升压芯片N3的输出管脚VOUT，第四电阻R40和第五电阻R41并联后一端接地而另一端连接保护芯片N4的电流控制端ILIMIT，通过该保护芯片N4和R40以及R41的配合，能将电流限制在5A以下，从而防止超级电容在放电过程中因电流过大而被烧毁，确保了电路安全性。

同时参见图1，充电控制模块4包括外部电源5V5_SYS、第二导通组件41、第三导通部件42，第二导通组件41与外部电源5V5_SYS和第三导通部件42分别相连并当电能表正常时导通以使第三导通部件42导通并使外部电源5V5_SYS通过第三导通部件42为超级电容充电而当检测到电能表掉电信息时不导通以关断第三导通部件并停止充电。

在本实施例中，该第二导通组件41包括基级与电能表中的MCU相连以检测掉电信息而集电极连接外部电源5V5_SYS和第三导通部件42且发射极接地的第二NPN型三极管V3，第三导通部件42为基级连接第二NPN型三极管V3的集电极而发射极连接外部电源5V5_SYS且集电极连接超级电容的PNP型三极管V1。

需要说明的是，该外部电源也可以是其他的数值，比如5V2_SYS等等，具体根据实际需要决定。下面对该电路再进行简短的介绍。

超级电容(在本申请中即为法拉电容)通过充电，充到5.2V，外部断电后，法拉电容收到掉电信号，由充电状态变为放电工作状态，放电最大电流控制在5A以下，但法拉电容的电压在放电过程是下降的，比如随着时间的流逝，会从5.2V放电到1.8V，而电能表的工作电压是5.2V，增加升压放电模块4能为产品提供稳定的电源，从而确保持续供电大于3分钟，以便电能表保存数据，及时向主站上报断电事件。

本方案是由两个超级电容组成备用电源，为掉电上报提供电源，即C1、C2为两个超级电容串联；至于均压模块5，N1和R1～R8为超级电容C1的均压电路，N2和R9～R16 为超级电容C2的均压电路，S1、S2为短接点，出厂前要检测法拉电容的电压在5V2_CAP，只有电压正常后才可以短接上。

对于充电控制模块4，当电能表正常工作时，外部电源5V5_SYS(需要提及的是，该外部电源的外和内均是相对超级电容的充放电电路而言，若从电能表本身理解，该外部电源5V5_SYS又叫做系统电源)通过R21～R29以及导通的V1、VD1输出5V2_CAP，给法拉电容C1、C2充电。当电能表掉电后，掉电检测信号输出低电平给R32，经过三级管V3输出高电平，三极管V1关闭，充电控制模块4断开充电。

至于升压放电模块2，当电能表掉电后，法拉电容不停的放电，其电压从5.2V开始下降，N3的7脚为使能脚，掉电检测信号输出低电平给R38，经过三级管V4输出高电平给7脚，通过N3和L1、R34、R35、R36、C3、C4、C5组成升压模块，以维持由N3 的2脚输出5.2V电压。

而对于保护模块3，则有N3的2脚输出5.2V电压给N4的5脚，通过N4短路保护，N4的4脚为电流控制点，R40、R41限制电流在5A以下，N4的2输出5.2V电压给系统工作，防止法拉电容短路时大电流对法拉电容造成的损伤。

本申请通过在充放电电路中设置保护模块，有效防止了超级电容随着放电时间的增长，导致流过的电流过大引发的电容烧毁现象，提高了电路的安全性，同时，升压放电模块的设置为后端放电提供了稳定足够的电压，提高了放电效果，而均压模块的设置，确保了电路放电时的稳定性。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电能表的充放电保护电路，包括电能表正常时充电而电能表掉电时放电的超级电容(1)，其特征在于：所述电路还包括，

升压放电模块(2)，连接在超级电容(1)后端并在接收到电能表掉电信息后启动以对来自超级电容(1)的放电电压进行升压后输出放电；

保护模块(3)，连接在升压放电模块(2)后端并当电路中的电流值超过m时断开所述电路。

2.根据权利要求1所述电能表的充放电保护电路，其特征在于：

所述电路还包括设置在超级电容(1)和升压放电模块(2)之间并在电能表正常时为超级电容(1)充电而在接收到掉电信息时停止充电的充电控制模块(4)。

3.根据权利要求2所述电能表的充放电保护电路，其特征在于：

所述超级电容(1)具有多个且串联，所述电路还包括与各个超级电容(1)分别对应相连以维持各超级电容(1)电压均等的均压模块(5)。

4.根据权利要求3所述电能表的充放电保护电路，其特征在于：

所述升压放电模块(2)包括升压芯片(N3)、第一电阻组件(21)、第一电容(C3)、第二电容(C4)、第三电容(C5)、第一电感(L1)以及第一导通组件(22)；

所述升压芯片(N3)的使能端(EN)与第一导通组件(22)和超级电容(1)分别相连并当第一导通组件(22)检测到掉电信息时启动而与超级电容(1)连通；

所述第一电阻组件(21)与升压芯片(N3)的反馈引脚(FB)相连，第一电容(C3)连接升压芯片(N3)的工作电源端(VDD)，第二电容(C4)连接升压芯片(N3)的电源输入端(VIN)而第三电容(C5)连接升压芯片(N3)的自升压管脚(BST)；

所述第一电感(L1)的两端分别连接升压芯片(N3)的电源输入端(VIN)和开关控制引脚(SW)以与升压芯片(N3)、第一导通组件(22)、第一电阻组件(21)、第一电容(C3)、第二电容(C4)及第三电容(C5)共同形成升压模块并由升压芯片(N3)的输出管脚(VOUT)放电输出。

5.根据权利要求4所述电能表的充放电保护电路，其特征在于：

所述第一导通组件(22)包括基级连接电能表的MCU以检测掉电信息而集电极与超级电容(1)和升压芯片(N3)的使能端(EN)分别相连且发射极接地的第一NPN型三极管(V4)。

6.根据权利要求4所述电能表的充放电保护电路，其特征在于：

所述第一电阻组件(21)包括依次串联的第一电阻(R34)、第二电阻(R35)和第三电阻(R36)，所述升压芯片(N3)的反馈引脚(FB)连接在第一电阻(R34)和第二电阻(R35)之间。

7.根据权利要求4所述电能表的充放电保护电路，其特征在于：

所述保护模块(3)包括保护芯片(N4)、第四电阻(R40)和第五电阻(R41)；

所述保护芯片(N4)的电源输入端(VIN)和使能端(EN)均连接升压芯片(N3)的输出管脚(VOUT)，第四电阻(R40)和第五电阻(R41)并联后一端接地而另一端连接保护芯片(N4)的电流控制端(ILIMIT)。

8.根据权利要求3所述电能表的充放电保护电路，其特征在于：

所述充电控制模块(4)包括外部电源(5V5_SYS)、第二导通组件(41)、第三导通部件(42)；

所述第二导通组件(41)与外部电源(5V5_SYS)和第三导通部件(42)分别相连并当电能表正常时导通以使第三导通部件(42)导通并使外部电源(5V5_SYS)通过第三导通部件(42)为超级电容(1)充电而当检测到电能表掉电信息时不导通以关断第三导通部件(42)并停止充电。

9.根据权利要求8所述电能表的充放电保护电路，其特征在于：

所述第二导通组件(41)包括基级与电能表中的MCU相连以检测掉电信息而集电极连接外部电源(5V5_SYS)和第三导通部件(42)且发射极接地的第二NPN型三极管(V3)；

所述第三导通部件(42)为基级连接第二NPN型三极管(V3)的集电极而发射极连接外部电源(5V5_SYS)且集电极连接超级电容(1)的PNP型三极管(V1)。

10.根据权利要求3所述电能表的充放电保护电路，其特征在于：

所述超级电容(1)具有两个且串联，所述均压模块(5)也对应具有两组且结构相同并分别与对应的超级电容(1)相连；

所述均压模块(5)包括通过工作电源端与对应的超级电容(1)相连的监控芯片以及连接在监控芯片的工作电源端(VCC)和复位管脚(RESET)间的多个并联的电阻。

Images