CN220401618U - 一种三相电能表用开关电源模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相电能表用开关电源模块，包括保护电路、整流滤波电路、功率变化电路、输出滤波电路、稳压电路和反馈电路；所述保护电路的输入连接市电，所述保护电路的输出连接整流滤波电路，所述整流滤波电路的输出连接功率变化电路，所述功率变化电路的输出连接输出滤波电路，所述输出滤波电路的输出连接模块用电端，所述输出滤波电路的输出还通过所述稳压电路与所述反馈电路连接，所述反馈电路的输出连接所述功率变化电路的输入。采用本实用新型的一种三相电能表用开关电源模块，具有实现宽电压、低压启动；功耗、故障率低，自适应高，安全性好、成本低廉等优点。

Description

一种三相电能表用开关电源模块

技术领域

本实用新型涉及电能表技术领域，特别是一种三相电能表用开关电源模块。

背景技术

时至今日，用电产品早已涉及人们日常生活的方方面面，电能成为人们非常重要的能源，电能表作为计量电能的仪器，其自身的适用性非常重要。基于线性电源方案的三相电能表，由于线性电源模块电路体积大，发热量大，导致三相电能表效率低，且工作电压范围较窄。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述问题，设计、研发了三相电能表用开关电源模块。

一种三相电能表用开关电源模块，包括保护电路、整流滤波电路、功率变化电路、输出滤波电路、稳压电路和反馈电路；所述保护电路的输入连接市电，所述保护电路的输出连接整流滤波电路，所述整流滤波电路的输出连接功率变化电路，所述功率变化电路的输出连接输出滤波电路，所述输出滤波电路的输出连接模块用电端，所述输出滤波电路的输出还通过所述稳压电路与所述反馈电路连接，所述反馈电路的输出连接所述功率变化电路的输入。

所述保护电路是电源模块的初始电路，起到保护整个电路的作用，该电路是由压敏电阻VR1和绕线电阻RX1连接组成的防雷击电路。压敏电阻跨接在电源和地之间，绕线电阻串接在电源线路中，连接方式见图二。当放有雷击发生时，进入电表的市电会夹杂很大的电压和电流，这种工况会使压敏电阻进入高阻模式，分担绝大多数的电压电流，避免后级电路被破坏，绕线电阻负责吸收滤波级电容器的放电和消除火花，消除隐患。

所述整流滤波电路是电源模块的基础，经过保护电路的市电先通过整流电路将市电变成直流电，然后通过滤波电路滤除部分脉动直流电压中的交流成分，使直流电波形比较平滑。所述整流滤波电路使用的是4只相同的耐高压的EM520AG型二极管D1、D2、D3和D4接成电桥形式构成的，连接方式见图二，这种接法可以实现三相三/三相四接线自适应，降低现场操作故障率，随后进入滤波电路。所述滤波电路采取的是阻容滤波，整流电路的输出分别与电阻R1和电容C1连接，电容C1跨接地，电阻R1连接共模线圈L1的输入，直流电先经过阻容器件C1、R1，滤除直流电中的电噪声及高频杂波信号，后经过共模线圈L1抑制电路里的共模干扰，给后级电路提供较好的直流电，具有良好的低通性能，连接方式见图二。

所述功率变化电路是开关电源模块的核心，负责控制电压输出，由电源芯片、反激式变压器以及阻容器件构成。经过整流滤波电路后的直流电输入到功率变化电路，电源芯片U1输入与共模线圈L1的输出连接，电源芯片U1连接反激式变压器T1来实现功率变化，电阻R2控制电源芯片U1的最大通过电流，当负载电流超过设定的最大值时，电源芯片U1进入过载保护。通过反激式变压器后级的反馈信号来影响电源芯片的工作情况，从而使整个电源电路输出一个稳定性好的直流电。

所述输出滤波电路是对功率变化输出的电压进行滤波，使其电压值变得相对纯净。该电路采取的是电容电感滤波电路，变压器TI输出的直流电先经过一端接地的C2，然后经过电感L2，最后经过一端接地的C3，得到较为纯净的直流电，供三相电能表其他模块使用。具体连接方式见图二。

所述稳压电路能稳定反馈电压，为开关电源芯片U1提供相对稳定的参考电压，是由多个电阻和稳压芯片U3组成，稳压芯片U3的输入与反激式变压器T1的输出连接，稳压芯片U3稳定的电压值由电阻R3和电阻R4的电阻值来决定，通过改变R3、R4阻值，改变电压稳定值，增加开关电源模块的灵活性。在本实施例中稳压芯片U3选用的是AZ431，部分具体连接方式见图二。

所述反馈电路是将通过稳压电路后的电压电流通过电子元器件反馈给电源芯片，电源芯片通过反馈信息改变工作状态。反激式变压器T1的输出经稳压电路稳压后通过隔离光耦U2与电源芯片U1的信号输入进行连接，由于稳压后的电路和输入电源芯片的电路是不是同一个参考地，因而从开关电源模块变压的后级采集电压电流信号要经过隔离光耦U2反馈给所述电源芯片U1，同时由于后级电路的反馈，能保证在不同负载的情况下，随时调控输出电压和输出电流。

有益效果

利用本实用新型的技术方案制作的三相电能表用开关电源(AC-DC)模块(主电源模块、辅助电源模块)，能降低电源成本，降低整表功耗，特别是降低辅助电源功耗，降低绝缘测试时的漏电流，提升电能表电源部分的整体性能，且具有以下优势：

1、三相电能表实现宽电压，实现低压启动；

2、三相电能表功耗低，改善温度自适应性能；

3、三相三/三相四接线自适应，降低现场操作故障率；

4、电源供电采用的阻容降压电路比传统的变压器更节省空间，减轻整机重量，降低运输成本；

5、三相电能表开关电源电路设计，减少电源干扰，谐波性能得以提升。

附图说明

图1是本实用新型所述三相电能表用开关电源模块的原理框图；

图2是本实用新型所述三相电能表用开关电源模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行具体描述，如图1-2所示；

本技术方案采用的电子器件均采用现有产品，本申请的技术方案对于上述电子器件的结构没有特殊要求和改变，上述电子器件均属于常规电子设备。

在本技术方案实施的过程中，本领域人员需要将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。

本领域人员需要将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。

本实用新型一种三相电能表用开关电源模块，包括保护电路、整流滤波电路、功率变化电路、输出滤波电路、稳压电路和反馈电路，保护电路处于整个电路的最前端，是市电的接入口，负责保护整个电路的安全，其后进入整流滤波电路，市电变成较为纯净的直流电，通过功率变化电路转化为需要的直流电压，最后通过输出滤波电路变成适合后级电路使用的直流电。同时将此时的电压引入稳压电路中进一步稳定电压，并通过反馈电路输入到功率变化电路中，使整个电源电路处于可调控的状态。

所述保护电路是市电进入整流滤波电路前由压敏电阻VR1和绕线电阻RX1组成的保护电路，这部分电路起到防雷击的作用。压敏电阻VR1跨接在电源和地之间，本实施例使用的是S25K510，正常上电时，VR1电阻很大，对于后级电路相当于断路，当有雷击事件发生时，产品的电压输入端会有高压流入，当压敏电阻VR1两端的电压超过器件电压参数时，电阻急剧减小，吸收多余的电流，防止后级电路损坏。绕线电阻RX1串接在电源线路中，可以吸收滤波级电容器的放电和消除火花，进一步增加产品的安全性能。

所述整流滤波电路首先将通过保护电路的市电变成脉动直流电，然后滤除其中部分交流成分，使直流电波形比较平滑，整流电路使用的是4只相同的二极管D1、D2、D3、D4，本实施例中选用的是耐高压的EM 520AG，四只二极管接成电桥形式，该电路得到的直流电脉动较小，电能转化率较高，并且能实现外部电路三相三、三相四接线自适应。该电路得到的直流电，先经过阻容器件C1、R1，滤除直流电中的电噪声及高频杂波信号，后经过共模线圈L1抑制电路里的共模干扰，给后级电路提供较好的直流电。

所述功率变化电路是开关电源模块的主体，通过电源芯片、反激式变压器以及阻容器件配合来实现功率变化；电源芯片主要是控制电路通断；在本实施例中，电源芯片包括DM8234，所述芯片内部集成了多种保护电路，其中过载保护可以通过更改外部电阻R2电阻值来更改保护电路的保护阈值。所述反激式变压器是能量存储和释放，在本实施例中，反激式变压器包括M63087：在所述电源芯片内部MOS管导通时，功率变化电路导通，市电经整流滤波后存储到反激式变压器中，当MOS管关断，功率变化电路断开，反激式变压器释放能量，供后级电路使用。在三相电表中有不同的功能模块，各模块使用的电压可能是不同的，这就需要反激式变压器首先提供适合电压最高模块使用的电压，以适应整个产品电子电路。

所述输出滤波电路是对功率变化后的直流电进行滤波，通过电容电感滤波后，得到较为纯净的直流电，电感L2串接在电路中，电容C2、C3跨接在源和地之间，能够有效滤除高频杂波，此时电容C2使用的容量比较大，能在断电后为后级提供短暂的电量，保证存储芯片正常存储掉电时刻的数据。

所述稳压电路是由多个电阻和稳压芯片组成，电阻串接在电源线路中，电容跨接在电源和地之间，形成一个低通滤波器，有效滤除高频杂波。在本实施例中稳压芯片U3采用了AZ431，该电路通过采集反激式变压器后级电路中电压值来转换成反馈电路需要的信号，通过改变配置电阻R3、R4的电阻值比，可以改变电压输出值，增加了开关电源模块的灵活性。

所述反馈电路是从开关电源模块变压的后级经过稳压电路后的电压电流信号，通过光耦U2，将采集到的数据在前后级隔离的情况下将后级反馈型号输入到前级，保证在不同负载的情况下，随时调整转换速率，比如本实施例中所述芯片DM88234内部PWM电路，以稳定后级电路的电压，提高产品稳定工作的能力，适应电网的波动。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语″包括″、″包含″或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句″包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素″。

上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三相电能表用开关电源模块，其特征在于，包括保护电路、整流滤波电路、功率变化电路、输出滤波电路、稳压电路和反馈电路；所述保护电路的输入连接市电，所述保护电路的输出连接整流滤波电路，所述整流滤波电路的输出连接功率变化电路，所述功率变化电路的输出连接输出滤波电路，所述输出滤波电路的输出连接模块用电端，所述输出滤波电路的输出还通过所述稳压电路与所述反馈电路连接，所述反馈电路的输出连接所述功率变化电路的输入。

2.根据权利要求1所述的一种三相电能表用开关电源模块，其特征在于，所述保护电路是由压敏电阻VR1和绕线电阻RX1连接组成的防雷击电路；所述压敏电阻跨接在电源和地之间，绕线电阻串接在电源线路中。

3.根据权利要求1所述的一种三相电能表用开关电源模块，其特征在于，所述整流滤波电路使用的是4只相同的耐高压的EM520AG型二极管D1、D2、D3和D4接成电桥形式构成的；所述滤波电路采取的是阻容滤波；整流电路的输出分别与电阻R1和电容C1连接，电容C1跨接地，电阻R1连接共模线圈L1的输入，直流电先经过阻容器件C1、R1，滤除直流电中的电噪声及高频杂波信号，后经过共模线圈L1抑制电路里的共模干扰，给后级电路提供直流电。

4.根据权利要求1所述的一种三相电能表用开关电源模块，其特征在于，所述功率变化电路是由电源芯片、反激式变压器以及阻容器件构成；电源芯片U1输入与共模线圈L1的输出连接，电源芯片U1连接反激式变压器T1来实现功率变化，电阻R2控制电源芯片U1的最大通过电流，当负载电流超过设定的最大值时，电源芯片U1进入过载保护。

5.根据权利要求1所述的一种三相电能表用开关电源模块，其特征在于，所述输出滤波电路是电容电感滤波电路，变压器TI输出的直流电先经过一端接地的C2，然后经过电感L2，最后经过一端接地的C3，得到较为纯净的直流电。

6.根据权利要求1所述的一种三相电能表用开关电源模块，其特征在于，所述稳压电路是由多个电阻和稳压芯片U3组成，稳压芯片U3的输入与反激式变压器T1的输出连接，稳压芯片U3稳定的电压值由电阻R3和电阻R4的电阻值来决定；通过改变R3、R4阻值，改变电压稳定值。

7.根据权利要求1所述的一种三相电能表用开关电源模块，其特征在于，所述反馈电路是反激式变压器T1的输出经稳压电路稳压后通过隔离光耦U2与电源芯片U1的信号输入进行连接。