CN218958793U - 一种智能物联电能表开关电源增强保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种智能物联电能表开关电源增强保护电路，包括恒流源产生电路、DC‑DC转换电路、负载电压/过载电流/输入电压采样电路、输出控制单元电路；通过采集负载电压/过载电流/输入电压传输至输出控制单元电路进行实时短路及过载检测，输出控制单元电路根据获得的检测结果控制电路输出结果。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关电源领域，主要涉及一种智能物联电能表开关电源增强保护电路。
背景技术
开关电源主要由输入电磁干扰滤波器EMI、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路等组成，辅助电路由输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路及输出短路保护电路等组成；虽然开关电源在输入侧有过欠压保护电路，输出侧有过欠压、过流、短路等保护，但当过流、短路发生时，开关电源通常采用打嗝方式，即按照异常-关闭-开启-异常-关闭的模式循环进行，直到异常排除，而这种处理方式会造成开关电源发热或工作电压失调，影响电能表计量芯的计量精度及元器件寿命。
实用新型内容
为了解决现有技术所存在的上述问题，本实用新型提供了一种智能物联电能表开关电源增强保护电路。
本实用新型的技术方案如下：一种智能物联电能表开关电源增强保护电路，与智能物联电能表开关电源基本电路输出端相连，所述开关电源增强保护电路包括恒流源产生电路、DC-DC转换电路、负载电压采样电路、过载电流采样电路、输入电压采样电路、输出控制单元电路；
所述恒流源产生电路包括电阻R11与R12、NPN型三极管Q3、可控稳压源U3，用于提供稳定的短路检测电流IVCC；
所述DC-DC转换电路包括二极管D1、无极性电容C7与C8、有极性电容E1、DC-DC转换器V1，用于将开关电源基本电路输出端电压转换为不同的电压提供至输出控制单元电路与过载电流采样电路；
所述负载电压采样电路包括电阻R8与R10、无极性电容C4，通过恒流源产生电路提供的短路检测电流IVCC采集负载电压，并将负载电压传输至输出控制单元电路；
所述过载电流采样电路包括电阻R4与R7，无极性电容C1与C3、电流传感器U1，用于采集过载电流并传输至输出控制单元电路；
所述输入电压采样电路包括电阻R3与R6、无极性电容C2，用于采集开关电源基本电路输出端电压并传输至输出控制单元电路；
所述输出控制单元电路包括输出控制单元处理器U2，输出控制开关Q1，电阻R1、R2、R5，无极性电容C5、C6及NPN型三极管Q2，用于根据获得的负载电压、过载电流及开关电源基本电路输出端电压进行实时判断获得判断结果控制开关电源增强保护电路输出电压。
优选的，所述恒流源产生电路输入端与开关电源基本电路输出端相连，所述电阻R12与可控稳压源U3串联，电阻R12一端与恒流源产生电路输入端相连，可控稳压源U3阴极与恒流源产生电路输出端相连，所述电阻R12与可控稳压源U3串联点与NPN型三极管Q3基极相连；所述NPN型三极管Q3的集电极与恒流源产生电路输入端相连，发射极与可控稳压源U3参考极相连；所述电阻R11一端与可控稳压源U3参考极相连，另一端与可控稳压源U3阴极相连；所述恒流源产生电路输出端通过电阻R9连接至开关电源增强保护电路输出端。
优选的，DC-DC转换电路中，所述DC-DC转换器V1的Vin端通过二极管D1与开关电源基本电路输出端相连；有极性电容E1与无极性电容C7并联，有极性电容E1正极一端与DC-DC转换器V1的Vin端相连，另一端接地，所述无极性电容C8一端与DC-DC转换器V1的Vout端相连，另一端接地。
优选的，负载电压采样电路中，所述电阻R8与电阻R10串联，电阻R8一端与开关电源增强保护电路输出端相连，电阻R10一端接地；所述电阻R8与电阻R10串联点与无极性电容C4一端相连，所述无极性电容C4另一端接地；
过载电流采样电路中，所述电流传感器U1的VCC端与DC-DC转换电路V1的Vout端相连，通过无极性电容C1接地；IP+端与开关电源基本电路输出端相连；IP-端与输出控制单元电路相连；OUT端与电阻R4一端相连，电阻R4与电阻R7串联，电阻R7另一端接地，所述电阻R4与电阻R7串联点与无极性电容C3一端相连，所述无极性电容C3另一端接地；
输入电压采样电路中，所述电阻R3与电阻R6串联，电阻R3一端与开关电源基本电路输出端相连，电阻R6另一端接地，所述电阻R3与电阻R6串联点与无极性电容C2一端相连，所述无极性电容C2另一端接地。
优选的，输出控制单元电路中：
所述输出控制单元处理器U2的VDD端与DC-DC转换器V1的Vout端相连，通过无极性电容C6接地；VCAP端通过无极性电容C5接地；PAI端与输入电压采样电路中R3与R5串联点相连；PC5端与过载采样电流电路R4与R7串联点相连；PB4端与负载电压采样电路R8与R10串联点相连；PC4端与电阻R2一端相连；
所述电阻R2与电阻R5串联，R5一端接地，所述电阻R2与电阻R5串联点与NPN型三极管Q2基极相连；
所述NPN型三极管Q2用于输出控制信号，其发射极通过电阻R1与输出控制开关Q1的源极相连，其集电极接地；
所述输出控制开关Q1源极与电流传感器IP-端相连，其栅极与NPN型三极管Q2发射极相连，其漏极与开关电源增强保护电路输出端相连。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型为一种开关电源增强电路，通过采集负载电压、过载电流、输入电压进行实时检测并根据检测结果控制输出结果，不使用传统的开关电源异常时打嗝保护方式，大大减少了不必要的能源损耗，避免了表计内部因温度升高影响到计量芯的计量精度及元器件使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型实施例的功能图；
图2为本实用新型实施例的原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
传统的智能物联电能表开关电源体积小、输入范围宽、转换效率高，但可靠性比线性电源差，为了提高智能物联电能表的可靠性，智能物联电能表开关电源基本电路采用2组电源供电，一组为智能物联电能表内的基本功能模块供电，主要是计量芯模组和管理芯模组供电，另外一组为表计的通信接口和扩展模块供电，为了优先保证计量模组的供电可靠性，其它模组负载异常不能影响计量芯模组；但传统的智能物联电能表开关电源发生过流或短路现象时，通常采用打嗝方式，即进行异常-关闭-开启-异常-关闭的循环，直到异常排出，导致开关电源发热或工作电压失调，影响电能表计量芯的计量精度及元器件寿命，在此基础上，如图2所示，本实用新型提供了一种智能物联电能表开关电源增强保护电路的技术方案，通过在传统的开关电源基本电路上加入增强保护电路，采集负载电压/过载电流/输入电压进行实时检测根据检测结果控制输出电压，不使用传统的异常打嗝保护方式，大大减少了不必要的能源损耗，避免了表计内部因温度升高影响到计量芯的计量精度及元器件使用寿命。
所述智能物联电能表开关电源增强保护电路包括恒流源产生电路、DC-DC转换电路、负载电压采样电路、过载电流采样电路、输入电压采样电路、输出控制单元电路；
在本实施例中，开关电源基本电路输出端输出5.6V电压至过载采样电路及DC-DC转换电路，标记为5.6V_IN：
所述DC-DC转换电路用于将开关电源基本电路输出端电压转换为不同的电压提供至输出控制单元电路与过载电流采样电路，包括二极管D1、无极性电容C7与C8、有极性电容E1、DC-DC转换器V1，所述DC-DC转换器V1根据实际情况选择升压或降压或升降压转换器，其Vin端通过二极管D1与开关电源基本电路输出端相连，有极性电容E1与无极性电容C7并联，有极性电容E1正极一端与DC-DC转换器V1的Vin端相连，另一端接地，所述无极性电容C8一端与DC-DC转换器V1的Vout端相连，另一端接地；本实施例中，5.6V_IN经过DC-DC转换电路转换为3.3V的电压；
所述过载采样电路用于采集过载电流并传输至输出控制单元电路进行过载检测，包括电阻R4与R7，无极性电容C1与C3、电流传感器U1；所述电流传感器U1的VCC端与DC-DC转换电路V1的Vout端相连，通过无极性电容C1接地；IP+端与开关电源基本电路输出端相连；IP-端与输出控制单元电路相连；OUT端与电阻R4一端相连，电阻R4与电阻R7串联，电阻R7另一端接地，所述电阻R4与电阻R7串联点与无极性电容C3一端相连，所述无极性电容C3另一端接地。
所述恒流源产生电路包括电阻R11与R12、NPN型三极管Q3、可控稳压源U3，用于提供稳定的短路检测电流IVCC；所述恒流源产生电路输入端与开关电源基本电路输出端相连，所述电阻R12与可控稳压源U3串联，电阻R12一端与恒流源产生电路输入端相连，本实施例中可控稳压源U3为TL431，可控稳压源U3阴极与恒流源产生电路输出端相连，所述电阻R12与可控稳压源U3串联点与NPN型三极管Q3基极相连；所述NPN型三极管Q3的集电极与恒流源产生电路输入端相连，发射极与可控稳压源U3参考极相连；所述电阻R11一端与可控稳压源U3参考极相连，另一端与可控稳压源U3阴极相连；所述恒流源产生电路输出端通过电阻R9连接至开关电源增强保护电路输出端。
所述负载电压采样电路通过恒流源产生电路提供的短路检测电流IVCC采集负载电压，并将负载电压传输至输出控制单元电路，包括电阻R8与R10、无极性电容C4；所述电阻R8与电阻R10串联，电阻R8一端与开关电源增强保护电路输出端相连，电阻R10一端接地；所述电阻R8与电阻R10串联点与无极性电容C4一端相连，所述无极性电容C4另一端接地；
所述输入电压采样电路包括电阻R3与R6、无极性电容C2，用于采集开关电源基本电路输出端电压并传输至输出控制单元电路；所述电阻R3与电阻R6串联，电阻R3一端与开关电源基本电路输出端相连，电阻R6另一端接地，所述电阻R3与电阻R6串联点与无极性电容C2一端相连，所述无极性电容C2另一端接地。
所述输出控制单元电路包括输出控制单元处理器U2，输出控制开关Q1，电阻R1、R2、R5，无极性电容C5、C6及NPN型三极管Q2；
所述输出控制单元处理器U2的VDD端与DC-DC转换器V1的Vout端相连，刚上电时电流不稳定，通过无极性电容C6接地，可以避免高压脉冲引起输出控制单元处理器U2误动作；VCAP端通过无极性电容C5接地；PAI端与输入电压采样电路中R3与R5串联点相连获取输入电压采样电路采集的输入电压；PC5端与过载采样电流电路R4与R7串联点相连获取过载电流采样电路采集的过载电流；PB4端与负载电压采样电路R8与R10串联点相连获取负载电压采样电路采集的负载电压；PC4端与电阻R2一端相连；
所述电阻R2与电阻R5串联，R5一端接地，所述电阻R2与电阻R5串联点与NPN型三极管Q2基极相连；
所述NPN型三极管Q2用于输出控制信号，其发射极通过电阻R1与输出控制开关Q1的源极相连，其集电极接地；
所述输出控制开关Q1源极与电流传感器IP-端相连，其栅极与NPN型三极管Q2发射极相连，其漏极与开关电源增强保护电路输出端相连，刚上电时输出控制开关Q1处于关闭状态，输出控制单元处理器U2根据获得的负载电压进行短路检测，即若负载电压接近0，则电路视为短路，此时输出控制开关Q1断开，电路未短路输出控制开关Q1连通；输出控制单元处理器U2根据获得的过载电流进行过载检测，即将过载电流与设定的过载参考电压进行比较，若过载电流低于设定的过载参考电压则说明过载，此时输出控制开关Q1断开，电路未过载输出控制开关Q1连通；输出控制单元处理器U2根据获得的开关电源基本电路输出端电压判断开关电源是否处于打嗝状态，若在打嗝状态则进行短路检测及过载检测；输出控制单元处理器U2通过检测结果的不同输出不同的控制信号至输出控制开关Q1，控制开关电源增强保护电路输出结果。
本申请实施例中，开关电源基本电路输出端与过载电流采样电路与输入电压采样电路输入端连接，过载电流采样电路、输入电压采样电路及负载采样电路进行采样后与输出控制单元电路连接，使得在输出控制单元电路检测到负载电压、过载电流超过设定值时，输出控制单元控制器U2控制输出控制开关Q1断开，替代了传统的开关电源异常直接进入开启关闭的循环打嗝保护方式实现了开关电源的保护。
Claims (5)
1.一种智能物联电能表开关电源增强保护电路，与智能物联电能表开关电源基本电路输出端相连，其特征在于，所述开关电源增强保护电路包括恒流源产生电路、DC-DC转换电路、负载电压采样电路、过载电流采样电路、输入电压采样电路、输出控制单元电路；
所述恒流源产生电路包括电阻R11与R12、NPN型三极管Q3、可控稳压源U3，用于提供稳定的短路检测电流IVCC；
所述DC-DC转换电路包括二极管D1、无极性电容C7与C8、有极性电容E1、DC-DC转换器V1，用于将开关电源基本电路输出端电压转换为不同的电压提供至输出控制单元电路与过载电流采样电路；
所述负载电压采样电路包括电阻R8与R10、无极性电容C4，通过恒流源产生电路提供的短路检测电流IVCC采集负载电压，并将负载电压传输至输出控制单元电路；
所述过载电流采样电路包括电阻R4与R7，无极性电容C1与C3、电流传感器U1，用于采集过载电流并传输至输出控制单元电路；
所述输入电压采样电路包括电阻R3与R6、无极性电容C2，用于采集开关电源基本电路输出端电压并传输至输出控制单元电路；
所述输出控制单元电路包括输出控制单元处理器U2，输出控制开关Q1，电阻R1、R2、R5，无极性电容C5、C6及NPN型三极管Q2，用于根据获得的负载电压、过载电流及开关电源基本电路输出端电压进行实时判断获得判断结果，根据判断结果控制开关电源增强保护电路输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种智能物联电能表开关电源增强保护电路，其特征在于，所述恒流源产生电路输入端与开关电源基本电路输出端相连，所述电阻R12与可控稳压源U3串联，电阻R12一端与恒流源产生电路输入端相连，可控稳压源U3阴极与恒流源产生电路输出端相连，所述电阻R12与可控稳压源U3串联点与NPN型三极管Q3基极相连；所述NPN型三极管Q3的集电极与恒流源产生电路输入端相连，发射极与可控稳压源U3参考极相连；所述电阻R11一端与可控稳压源U3参考极相连，另一端与可控稳压源U3阴极相连；所述恒流源产生电路输出端通过电阻R9连接至开关电源增强保护电路输出端。
3.根据权利要求1所述的一种智能物联电能表开关电源增强保护电路，其特征在于，DC-DC转换电路中，所述DC-DC转换器V1的Vin端通过二极管D1与开关电源基本电路输出端相连；有极性电容E1与无极性电容C7并联，有极性电容E1正极一端与DC-DC转换器V1的Vin端相连，另一端接地，所述无极性电容C8一端与DC-DC转换器V1的Vout端相连，另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种智能物联电能表开关电源增强保护电路，其特征在于，负载电压采样电路中，所述电阻R8与电阻R10串联，电阻R8一端与开关电源增强保护电路输出端相连，电阻R10一端接地；所述电阻R8与电阻R10串联点与无极性电容C4一端相连，所述无极性电容C4另一端接地；
过载电流采样电路中，所述电流传感器U1的VCC端与DC-DC转换电路V1的Vout端相连，通过无极性电容C1接地；IP+端与开关电源基本电路输出端相连；IP-端与输出控制单元电路相连；OUT端与电阻R4一端相连，电阻R4与电阻R7串联，电阻R7另一端接地，所述电阻R4与电阻R7串联点与无极性电容C3一端相连，所述无极性电容C3另一端接地；
输入电压采样电路中，所述电阻R3与电阻R6串联，电阻R3一端与开关电源基本电路输出端相连，电阻R6另一端接地，所述电阻R3与电阻R6串联点与无极性电容C2一端相连，所述无极性电容C2另一端接地。
5.根据权利要求4所述的一种智能物联电能表开关电源增强保护电路，其特征在于，输出控制单元电路中：
所述输出控制单元处理器U2的VDD端与DC-DC转换器V1的Vout端相连，通过无极性电容C6接地；VCAP端通过无极性电容C5接地；PAI端与输入电压采样电路中R3与R5串联点相连；PC5端与过载采样电流电路R4与R7串联点相连；PB4端与负载电压采样电路R8与R10串联点相连；PC4端与电阻R2一端相连；
所述电阻R2与电阻R5串联，R5一端接地，所述电阻R2与电阻R5串联点与NPN型三极管Q2基极相连；
所述NPN型三极管Q2用于输出控制信号，其发射极通过电阻R1与输出控制开关Q1的源极相连，其集电极接地；
所述输出控制开关Q1源极与电流传感器IP-端相连，其栅极与NPN型三极管Q2发射极相连，其漏极与开关电源增强保护电路输出端相连。
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| CN202223134678.8U CN218958793U (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 一种智能物联电能表开关电源增强保护电路 |
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| CN202223134678.8U CN218958793U (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 一种智能物联电能表开关电源增强保护电路 |
Publications (1)
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| CN218958793U true CN218958793U (zh) | 2023-05-02 |
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2022
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