CN216351138U - 一种电源监测装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电源监测技术领域，提供一种电源监测装置和电子设备，包括降压型隔离电源电路、降压型稳压电路、隔离转非隔离电源电路和电能计量芯片，降压型隔离电源电路的电压输出端依次通过降压型稳压电路和隔离转非隔离电源电路与电能计量芯片的电源引脚电连接，通过降压型稳压电路将由降压型隔离电源电路提供的第一隔离电压转成给隔离转非隔离电源电路供电的第二隔离电压，通过隔离转非隔离电源电路将第二隔离电压转成给电能计量芯片供电的非隔离电压，以适配电能计量芯片的非隔离用电需求，克服了降压型隔离电源电路与电能计量芯片的非隔离用电需求不适配的缺陷，有助于拓展降压型隔离电源电路的供电用途。

Description

一种电源监测装置和电子设备

技术领域

本实用新型涉及电源监测技术领域，具体涉及一种电源监测装置和电子设备。

背景技术

电能计量芯片是一种具有自动测量电压、电流和功率等电源监测功能的芯片，已经广泛应用于智能电表、智能插座和智能燃气表等电子设备中。

目前，为了安全用电，通常使用隔离式电源电路给电能计量芯片供电，例如，使用接入市电的隔离式AC-DC开关电源电路，将220V电压转换成给具有隔离需求的三相电能计量芯片供电的5V电压。

但是，在一些情形下，隔离式电源电路不适合给没有隔离需求的电能计量芯片供电，限制了隔离式电源电路的供电用途。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题，提供一种电源监测装置和电子设备。

本实用新型第一方面提供一种电源监测装置，其包括降压型隔离电源电路、降压型稳压电路、隔离转非隔离电源电路和电能计量芯片，所述降压型隔离电源电路的电压输出端依次通过所述降压型稳压电路和所述隔离转非隔离电源电路与所述电能计量芯片的电源引脚电连接。

可选地，所述电源监测装置还包括下拉电阻，所述电能计量芯片的通信接口类型选择引脚通过所述下拉电阻接地。

可选地，所述电源监测装置还包括晶振滤波电路，所述晶振滤波电路包括晶振、第二滤波电容和第三滤波电容，所述晶振的一端与所述第二滤波电容的一端和所述电能计量芯片的振荡输入引脚电连接，所述晶振的另一端与所述第三滤波电容的一端和所述电能计量芯片的振荡输出引脚电连接，所述第二滤波电容的另一端与所述第三滤波电容的另一端共地。

可选地，所述电源监测装置还包括电流采样电路，所述电流采样电路的一对电流输出端与所述电能计量芯片的一对电流输入引脚电连接。

可选地，所述电源监测装置还包括第一电压采样电路和第二电压采样电路，所述第一电压采样电路包括防雷子电路、分压子电路和第三滤波子电路，所述防雷子电路的电压输出端通过所述分压子电路分别与所述第三滤波子电路的电压输入端和所述电能计量芯片的电压正输入引脚电连接，所述第二电压采样电路的电压输入端与所述电能计量芯片的电压负输入引脚电连接。

可选地，所述防雷子电路包括接线端子和压敏电阻，所述接线端子的火线端分别与所述压敏电阻的一端和所述分压子电路的电压输入端电连接，所述接线端子的零线端与所述压敏电阻的另一端共地。

可选地，所述隔离转非隔离电源电路包括隔离型DC-DC变换器，所述隔离型DC-DC变换器的电压输入端与所述降压型稳压电路的电压输出端电连接，所述隔离型DC-DC变换器的一接地端接地以与所述隔离型DC-DC变换器的电压输入端构成隔离电压输入回路，所述隔离型DC-DC变换器的电压输出端与所述电源引脚电连接，所述隔离型DC-DC变换器的另一接地端接零以与所述隔离型DC-DC变换器的电压输出端构成非隔离电压输出回路。

可选地，所述隔离转非隔离电源电路还包括第一滤波子电路和第二滤波子电路，所述第一滤波子电路电连接在所述隔离型DC-DC变换器的电压输入端和一接地端之间，所述第二滤波子回路电连接在所述隔离型DC-DC变换器的电压输出端和另一接地端之间。

可选地，所述降压型稳压电路包括三端稳压管和第一滤波电容，所述三端稳压管的电压输入端与所述降压型隔离电源电路的电压输出端电连接，所述三端稳压管的电压输出端分别与所述第一滤波电容的一端和所述隔离转非隔离电源电路的电压输入端电连接，所述三端稳压管的接地端与所述第一滤波电容的另一端共地。

本实用新型第二方面提供一种电子设备，其包括第一方面所述的电源监测装置。

上述电源监测装置和电子设备的有益效果是：通过降压型稳压电路将由降压型隔离电源电路提供的第一隔离电压转成给隔离转非隔离电源电路供电的第二隔离电压，通过隔离转非隔离电源电路将第二隔离电压转成给电能计量芯片供电的非隔离电压，以适配电能计量芯片的非隔离用电需求，克服了降压型隔离电源电路与电能计量芯片的非隔离用电需求不适配的缺陷，从而，有助于拓展降压型隔离电源电路的供电用途。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种电源监测装置的电路示意图；

图2为本实用新型实施例的一种降压型隔离电源电路的示意图；

图3为本实用新型实施例的一种降压型稳压电路的示意图；

图4为本实用新型实施例的一种隔离转非隔离电源电路的示意图；

图5为本实用新型实施例的一种电能计量芯片及其外围电路的示意图；

图6为本实用新型实施例的一种电流采样电路的示意图；

图7为本实用新型实施例的一种第一电压采样电路的示意图；

图8为本实用新型实施例的一种第二电压采样电路的示意图；

图9为本实用新型实施例的一种电源监测装置的电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将参照附图详细描述根据本实用新型的实施例，描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同附图标记表示相同或相似的要素。

要说明的是，本说明书描述的“方面”、“可选地”和“示例性地”等术语，意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示实施方式中，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表本实用新型的所有实施方式，它们仅是与如权利要求书中所详述的、本实用新型公开的一些方面相一致的装置和方法的例子，本实用新型的范围并不局限于此，在不矛盾的前提下，本实用新型各个实施例中的特征可以相互组合。

此外，“第一”和“第二”等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型中，“多个”的含义是至少两个，例如，两个或三个等，除非另有明确具体的限定。

在一些现有电源监测装置中，通过参考电位恒定的降压型隔离电源电路可以将220V交流电压转成不同的多个直流电压，以同时给电能计量芯片和微控芯片供电，既保证了用电安全性，也提升了供电效率，例如，5V直流电压给型号为ADE7758的三相电能计量芯片供电，3.3V直流电压给型号为STM32F429的MCU芯片供电。

在一些情形下，需要使用参考电位能够波动的非隔离式电源电路给具有非隔离用电需求的电能计量芯片供电，由于降压型隔离电源电路的参考电位一般恒定，也就是说降压型隔离电源电路与电能计量芯片的非隔离用电需求不适配，既限制了降压型隔离电源电路的供电用途，也有损于电能监测精度，例如，通过电阻直接对市电进行电压采样并将电压采样信号输入单相反窃电计量芯片，为了配合这种非隔离的电压采集方式，要使用以零线为参考电位的非隔离式电源电路给单相反窃电计量芯片供电，相比于参考电位恒定，非隔离式电源电路能够跟随零线一起发生电位波动，以适配单相反窃电计量芯片的非隔离用电需求，有助于提升电能监测精度。

参见图1，本实用新型一实施例的一种电源监测装置，该电源监测装置包括降压型隔离电源电路、降压型稳压电路、隔离转非隔离电源电路和电能计量芯片，降压型隔离电源电路的电压输出端依次通过降压型稳压电路和隔离转非隔离电源电路与电能计量芯片的电源引脚电连接。

示例性地，降压型隔离电源电路可以采用如图2所示的隔离式AC-DC开关电源电路，其中，全桥式整流桥可以与市电的火线和零线电连接，通过全桥式整流桥直接从市电取220V交流电压，以将220V交流电压转成12V直流电压，两个二极管之间的公共端可以设为适于输出12V直流电压的电压输出端，以大地作为恒零的参考电位，可以理解的是，该隔离式AC-DC开关电源电路可以采用现有技术实现，此处不再赘述。

示例性地，电能计量芯片可以采用如图5所示的单相反窃电计量芯片U1，该单相反窃电计量芯片U1的型号可以为RN8209G，应当理解的是，单相反窃电计量芯片U1可以采用现有技术实现，此处不再赘述。

可选地，参见图1、图2及图3，降压型稳压电路包括三端稳压管U2和第一滤波电容C1，三端稳压管U2的电压输入端Vin与降压型隔离电源电路的电压输出端电连接，三端稳压管U2的电压输出端Vout分别与第一滤波电容C1的一端和隔离转非隔离电源电路的电压输入端电连接，三端稳压管U2的接地端GND与第一滤波电容C1的另一端共地。

示例性地，三端稳压管U2的型号可以为78M05，三端稳压管U2的电压输入端Vin与如上所述的两个二极管之间的公共端电连接，以使作为第一隔离电压的12V直流电压被提供给三端稳压管U2的电压输入端Vin，通过三端稳压管U2将12V直流电压转成5V直流电压，该5V直流电压可以作为从三端稳压管U2的电压输出端Vout输出的第二隔离电压，三端稳压管U2的接地端GND可以与大地连接，以大地作为参考电位，使用第一滤波电容C1滤波，有助于兼顾降压型稳压电路的可靠性和简易性。

可选地，参见图1、图3及图4，隔离转非隔离电源电路包括隔离型DC-DC变换器U3，隔离型DC-DC变换器U3的电压输入端Vin与降压型稳压电路的电压输出端电连接，隔离型DC-DC变换器U3的一接地端GND1接地以与隔离型DC-DC变换器U3的电压输入端Vin构成隔离电压输入回路，隔离型DC-DC变换器U3的电压输出端Vout与电源引脚电连接，隔离型DC-DC变换器U3的另一接地端GND2接零以与隔离型DC-DC变换器U3的电压输出端构成非隔离电压输出回路。

示例性地，隔离型DC-DC变换器U3的型号可以为H0505S-1WR2，隔离型DC-DC变换器U3的电压输入端Vin与三端稳压管U2的电压输出端Vout电连接，以使第二隔离电压被提供给隔离型DC-DC变换器U3的电压输入端Vin，通过隔离型DC-DC变换器U3将第二隔离电压转成5V直流电压，该5V直流电压可以作为从隔离型DC-DC变换器U3的电压输出端Vout输出至的非隔离电压，隔离型DC-DC变换器U3的电压输出端Vout可以与单相反窃电计量芯片U1的电源引脚AVDD电连接，以使非隔离电压被提供给单相反窃电计量芯片U1的电源引脚AVDD。

示例性地，隔离型DC-DC变换器U3的一接地端GND1可以与大地连接，隔离型DC-DC变换器U3的另一接地端GND2和单相反窃电计量芯片U1的电源地AGDD均可以与零线连接，该两者的电位相同并能够跟随零线一起发生电位波动，以适配单相反窃电计量芯片U1的非隔离用电需求，从而，有助于简易化隔离转非隔离电源电路和提升电能监测精度。

可选地，参见图4，隔离转非隔离电源电路还包括第一滤波子电路和第二滤波子电路，第一滤波子电路电连接在隔离型DC-DC变换器的电压输入端Vin和一接地端GND1之间，第二滤波子回路电连接在隔离型DC-DC变换器的电压输出端Vout和另一接地端GND2之间。

示例性地，第一滤波子电路可以为由两个滤波电容C2并联构成的电容滤波电路，第二滤波子电路可以为由两个电容C3和电阻R1并联构成的RC滤波电路，有助于保证隔离转非隔离电源电路的可靠性。

通过降压型稳压电路将由降压型隔离电源电路提供的第一隔离电压转成给隔离转非隔离电源电路供电的第二隔离电压，通过隔离转非隔离电源电路将第二隔离电压转成给电能计量芯片供电的非隔离电压，以适配电能计量芯片的非隔离用电需求，克服了降压型隔离电源电路与电能计量芯片的非隔离用电需求不适配的缺陷，从而，有助于拓展降压型隔离电源电路的供电用途，有助于提升电能监测精度。

可选地，参见图5及图9，电源监测装置还包括下拉电阻R2，电能计量芯片的通信接口类型选择引脚通过下拉电阻R2接地，例如，电能计量芯片的通信接口类型选择引脚可以为单相反窃电计量芯片U1的通信接口类型选择引脚IS，有助于防电磁干扰。

可选地，参见图5及图9，电源监测装置还包括晶振滤波电路，晶振滤波电路包括晶振Z、第二滤波电容C4和第三滤波电容C5，晶振Z的一端分别与第二滤波电容C4的一端和电能计量芯片的振荡输入引脚电连接，晶振Z的另一端分别与第三滤波电容C5的一端和电能计量芯片的振荡输出引脚电连接，第二滤波电容C4的另一端与第三滤波电容C5的另一端共地，有助于保证晶振滤波电路的可靠性。

示例性地，晶振Z可以为无源晶振，电能计量芯片的振荡输入引脚为单相反窃电计量芯片U1的输入引脚OSCI,电能计量芯片的振荡输出引脚为单相反窃电计量芯片U1的输出引脚OSCO。

可选地，参见图5、图6及图9，电源监测装置还包括电流采样电路，电流采样电路的一对电流输出端与电能计量芯片的一对电流输入引脚电连接，通过电流采样电路采样信号并以差分方式将电流采样信号输入至电能计量芯片，有助于提升电能监测精度。

示例性地，电流采样电路包括电流互感器CT、第一取样电阻R3、第二取样电阻R4、第一限流电阻R5、第二滤波电容C6、第二限流电阻R6和第三滤波电容C7，电流互感器CT的一个电流正输出引脚3和一个电流负输出引脚6适于以差分方式输出电流，其中，电流正输出引脚3分别与第一取样电阻R3的一端和第一限流电阻R5的一端电连接，电流负输出引脚6分别与第二取样电阻R4的一端和第二限流电阻R6的一端电连接，第一取样电阻R3的另一端与第二取样电阻R4的另一端均可以与零线连接，第一限流电阻R5的另一端通过第二滤波电容C6接地或接零，第一限流电阻R5与第二滤波电容C6之间的公共端可以设为与单相反窃电计量芯片U1的电流正输入引脚V1P电连接的一电流输出端，第二限流电阻R6的另一端通过第三滤波电容C7接地或接零，第二限流电阻R6与第三滤波电容C7之间的公共端可以设为与单相反窃电计量芯片U1的电流负输入引脚V1N电连接的另一电流输出端，有助于保证电流采样电路的可靠性。

可选地，参见图5、图7、图8及图9，电源监测装置还包括第一电压采样电路和第二电压采样电路，第一电压采样电路包括防雷子电路、分压子电路和第三滤波子电路，防雷子电路的电压输出端通过分压子电路分别与第三滤波子电路的电压输入端和电能计量芯片的电压正输入引脚电连接，第二电压采样电路的电压输入端与电能计量芯片的电压负输入引脚电连接,通过第一电压采样电路和第二电压采样电路可以采样信号并以差分方式将电压采样信号输入至电能计量芯片，有助于提升电能监测精度。

示例性地，分压子电路可以由六个分压电阻R7串联构成，第三滤波子电路可以为由稳压电阻R8和滤波电容C8并联构成，最后一个分压电阻R7的一端可以设为与单相反窃电计量芯片U1的电压正输入引脚V3P电连接的电压输出端，稳压电阻R8的一端可以设为与最后一个分压电阻R7的一端电连接的电压输入端,稳压电阻R8的另一端可以与零线连接，以使第一电压采样电路的参考电位与电能计量芯片的参考电位相同。

示例性地，第二电压采样电路可以由稳压电阻R9和滤波电容C9并联构成，稳压电阻R9的一端可以设为与单相反窃电计量芯片U1的电压负输入引脚V3N电连接的电压输入端，稳压电阻R9的一端可以与零线连接，以使第二电压采样电路的参考电位与电能计量芯片的参考电位相同。

可选地，参见图7，防雷子电路包括接线端子JP和压敏电阻VR，接线端子JP的火线端分别与压敏电阻VR的一端和分压子电路的电压输入端电连接，接线端子JP的零线端与压敏电阻VR的另一端共地，有助于兼顾电路的防雷击性和简易性。

本实用新型另一实施例的一种电子设备，包括如上所述的电源监测装置，具有与如上所述的电源监测装置相似的有益效果，可以参见如上所述的电源监测装置的描述，在此不再赘述。

需要说明的是，本实用新型提供的实施例仅涉及产品的形状及构造的改进，不涉及软件程序的改进，为使得电路具备电能监测能力，本领域技术人员可以简单采用现有技术中的软件程序实现，此处不再赘述。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，应当理解的是，上述实施例是示例性的，不能解释为对本实用新型的限制，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，本领域的普通技术人员可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型等变更，这些变更均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电源监测装置，其特征在于，所述电源监测装置包括降压型隔离电源电路、降压型稳压电路、隔离转非隔离电源电路和电能计量芯片，所述降压型隔离电源电路的电压输出端依次通过所述降压型稳压电路和所述隔离转非隔离电源电路与所述电能计量芯片的电源引脚电连接。

2.如权利要求1所述的电源监测装置，其特征在于，所述电源监测装置还包括下拉电阻，所述电能计量芯片的通信接口类型选择引脚通过所述下拉电阻接地。

3.如权利要求1所述的电源监测装置，其特征在于，所述电源监测装置还包括晶振滤波电路，所述晶振滤波电路包括晶振、第二滤波电容和第三滤波电容，所述晶振的一端分别与所述第二滤波电容的一端和所述电能计量芯片的振荡输入引脚电连接，所述晶振的另一端分别与所述第三滤波电容的一端和所述电能计量芯片的振荡输出引脚电连接，所述第二滤波电容的另一端与所述第三滤波电容的另一端共地。

4.如权利要求1所述的电源监测装置，其特征在于，所述电源监测装置还包括电流采样电路，所述电流采样电路的一对电流输出端与所述电能计量芯片的一对电流输入引脚电连接。

5.如权利要求1所述的电源监测装置，其特征在于，所述电源监测装置还包括第一电压采样电路和第二电压采样电路，所述第一电压采样电路包括防雷子电路、分压子电路和第三滤波子电路，所述防雷子电路的电压输出端通过所述分压子电路分别与所述第三滤波子电路的电压输入端和所述电能计量芯片的电压正输入引脚电连接，所述第二电压采样电路的电压输入端与所述电能计量芯片的电压负输入引脚电连接。

6.如权利要求5所述的电源监测装置，其特征在于，所述防雷子电路包括接线端子和压敏电阻，所述接线端子的火线端分别与所述压敏电阻的一端和所述分压子电路的电压输入端电连接，所述接线端子的零线端与所述压敏电阻的另一端共地。

7.如权利要求1所述的电源监测装置，其特征在于，所述隔离转非隔离电源电路包括隔离型DC-DC变换器，所述隔离型DC-DC变换器的电压输入端与所述降压型稳压电路的电压输出端电连接，所述隔离型DC-DC变换器的一接地端接地以与所述隔离型DC-DC变换器的电压输入端构成隔离电压输入回路，所述隔离型DC-DC变换器的电压输出端与所述电源引脚电连接，所述隔离型DC-DC变换器的另一接地端接零以与所述隔离型DC-DC变换器的电压输出端构成非隔离电压输出回路。

8.如权利要求7所述的电源监测装置，其特征在于，所述隔离转非隔离电源电路还包括第一滤波子电路和第二滤波子电路，所述第一滤波子电路电连接在所述隔离型DC-DC变换器的电压输入端和一接地端之间，所述第二滤波子回路电连接在所述隔离型DC-DC变换器的电压输出端和另一接地端之间。

9.如权利要求1-8任一项所述的电源监测装置，其特征在于，所述降压型稳压电路包括三端稳压管和第一滤波电容，所述三端稳压管的电压输入端与所述降压型隔离电源电路的电压输出端电连接，所述三端稳压管的电压输出端分别与所述第一滤波电容的一端和所述隔离转非隔离电源电路的电压输入端电连接，所述三端稳压管的接地端与所述第一滤波电容的另一端共地。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电源监测装置。

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