基於dc-dc的阻容式單相費控智能電能表的製作方法
2023-11-05 18:47:37
專利名稱：基於dc-dc的阻容式單相費控智能電能表的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種單相費控智能電能表，特別是一種電源方案使用基於 DC-DC(直流轉直流)變換及阻容降壓原理的單相費控智能電能表。
背景技術：
現有的單相費控智能電能表的電源方案中，一般採用變壓器方案或是採用由專用的開關電源晶片構成的開關電源方案。前者體積較大，效率較低，導致電能表功耗較大且整機較重；後者雖具有高效率和低功耗的優勢，但受開關電源晶片的限制，成本較高。以上兩種常用方案均存在一定的弊端，不能完全滿足單相費控智能電能表對電源方案的要求。
發明內容本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術中的不足之處，而提供一種基於 DC-DC的阻容式單相費控智能電能表，電源方案將阻容降壓原理和DC-DC變換技術相結合， 有效提高電源效率，降低電能表自身功耗，滿足節能環保的要求。本實用新型的目的是通過如下技術措施來實現的基於DC-DC的阻容式單相費控智能電能表，包括電源模塊、單片機中央處理單元和單相費控智能電能表基本功能模塊， 所述電源模塊包括阻容降壓電路和DC-DC開關電源電路，所述阻容降壓電路的輸出端與 DC-DC開關電源電路的輸入端相連，DC-DC開關電源電路的輸出端分別與單片機中央處理單元和單相費控智能電能表基本功能模塊的工作電壓端相連。在上述技術方案中，所述DC-DC開關電源電路包括電容C4 電容C8，電阻R2 電阻R6，開關型二極體D3，複合二極體D4，二極體D5，比較器UlA,高隔離變壓器Tl和場效應管Ql ；直流電壓VDD連接到變壓器Tl初級線圈的2腳，直流電壓VDD經電阻R2連接到比較器UlA的3腳，直流電壓VDD經電阻R6連接到比較器UlA的1腳，電阻R4連接在比較器 UlA的1腳和3腳之間，電阻R3連接在比較器UlA的3腳和VSS之間，電阻R5連接在比較器UlA的2腳和1腳之間，比較器UlA的2腳經電容C5連接到VSS ；比較器UlA的8腳連接到直流電壓VDD，比較器UlA的4腳連接到VSS ；場效應管Ql的柵極連接到比較器UlA的 1腳，場效應管Ql的源極連接到VSS，場效應管Ql的漏極連接到變壓器Tl的3腳；開關型二極體D3連接在變壓器Tl的1腳和VSS之間；電容C4連接在直流電壓VDD與VSS之間； 變壓器Tl的第一次級線圈的7腳經整流二極體D5整流後輸出直流電壓VCC1，第一次級線圈的6腳連接到GNDl，電容C6並聯在電壓VCCl和GNDl之間，變壓器Tl的第二次級線圈的5腳經複合二極體D4整流後分別輸出直流電壓VCC2和VCC，第二次級線圈的4腳連接到 GND,電容C7並聯在電壓VCC和GND之間，電容C8並聯在電壓VCC2和GND之間。在上述技術方案中，所述DC-DC開關電源電路包括電容C9 電容C12，電阻R7，電阻R8，三極體BG1、三極體BG2，隔離線圈繞組T2，複合二極體D6 ；直流電壓VDD連接到三極體BG2的發射極，BG2的基極連接到隔離線圈繞組T2初級繞組的5腳，BG2的集電極連接到T2的2腳；直流電壓VDD連接到三極體BGl的發射極，BG2的基極連接到T2的6腳，BG2的集電極連接到繞組T2的3腳；電阻R7和電容ClO並聯後連接在T2的4腳和1腳之間； 電容C9連接在直流電壓VDD和VSS之間；繞組T2次級繞組的8腳和9腳經複合二極體D6 整流後輸出直流電壓VCC3，繞組T2的7腳連接到GND，電阻R8連接在VCC3和GND之間，電解電容C12和電容Cll並聯在電阻R8兩端。在上述技術方案中，所述阻容降壓電路包括壓敏電阻觀1，電阻R1，電容Cl 電容 C3，整流橋D1，電感Li、電感L2，穩壓二極體D2 ；火線輸入L端經電阻Rl和電容Cl連接到整流橋Dl的4腳，零線輸入N端連接到整流橋Dl的3腳，壓敏電阻ZRl連接在火線輸入L 和零線輸入N之間；整流橋Dl的輸出端1腳和2腳之間輸出直流電壓信號VDD，整流橋Dl 的1腳經電感Ll連接到所述DC-DC開關電源電路的輸入端，整流橋Dl的2腳經電感L2連接到VSS ；電容C2連接在整流橋Dl的輸出端，電容C3並聯在電容C2的兩端，穩壓二極體 D2並聯在直流電壓VDD和VSS之間。本實用新型的優點在於在保證原有單相費控智能電能表性能的前提下，電源方案將阻容式降壓原理和DC-DC變換技術相結合，有效的提高了電源效率，實現低功耗，低成本；電源中採用阻容降壓方案，達到65疒490V的寬電壓範圍，同時對電網諧波環境也有一定的改善，達到了節能環保的要求，符合電能表節能降耗的發展趨勢。
圖1為本實用新型基於DC-DC的阻容式單相費控智能電能表的電路框圖。圖2為本實用新型中DC-DC開關電源電路一的電路連接圖。圖3為本實用新型中DC-DC開關電源電路二的電路連接圖。圖4為本實用新型中阻容降壓電路的電路連接圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步的描述。如圖1所示，本實用新型實施例提供一種基於DC-DC的阻容式單相費控智能電能表，包括電源模塊、單片機中央處理單元和單相費控智能電能表基本功能模塊，其所述電源模塊包括阻容降壓電路和DC-DC變換電路，所述阻容降壓電路的輸出端與DC-DC變換電路的輸入端相端，DC-DC變換電路的輸出端分別與單片機中央處理單元和單相費控智能電能表基本功能模塊的工作電壓端相聯。在上述技術方案中，本說明書給出DC-DC開關電源電路的兩種具體實施方式
，即構成本實用新型的實施例一和實施例二。如圖2所示，為DC-DC開關電源電路實施方式一的電路連接圖。所述DC-DC開關電源電路包括電容C4 電容C8，電阻R2 電阻R6，開關型二極體D3、複合二極體D4，二極體D5，比較器U1A，高隔離變壓器Tl和場效應管Ql。直流電壓VDD連接到變壓器Tl初級線圈的2腳；直流電壓VDD經電阻R2連接到比較器UlA的3腳，直流電壓VDD經電阻R6連接到比較器UlA的1腳，電阻R4連接在比較器UlA的1腳和3腳之間，電阻R3連接在比較器UlA的3腳和VSS之間，電阻R5連接在比較器UlA的2腳和1腳之間，比較器UlA的2 腳經電容C5連接到VSS ；比較器UlA的8腳連接到直流電壓VDD，比較器UlA的4腳連接到 VSS ；場效應管Ql的柵極連接到比較器UlA的1腳，場效應管Ql的源極連接到VSS，場效應
4管Ql的漏極連接到變壓器Tl的3腳；開關型二極體D3連接在變壓器Tl的1腳和VSS之間；電容C4連接在直流電壓VDD與VSS之間。變壓器Tl的第一次級線圈的7腳經整流二極體D5整流後輸出直流電壓VCC1，第一次級線圈的6腳連接到GND1，電容C6並聯在電壓 VCCl和GNDl之間；變壓器Tl的第二次級線圈的5腳經複合二極體D4整流後分別輸出直流電壓VCC2和VCC，第二次級線圈的4腳連接到GND，電容C7並聯在電壓VCC和GND之間， 電容C8並聯在電壓VCC2和GND之間。如圖3所示，為DC-DC開關電源電路實施方式二的電路連接圖。所述DC-DC開關電源電路包括電容C9 電容C12，電阻R7，電阻R8，三極體BG1、三極體BG2，隔離線圈繞組 T2，複合二極體D6。直流電壓VDD連接到三極體BG2的發射極，BG2的基極連接到隔離線圈繞組T2初級繞組的5腳，BG2的集電極連接到T2的2腳；直流電壓VDD連接到三極體BGl 的發射極，BG2的基極連接到T2的6腳，BG2的集電極連接到T2的3腳；電阻R7和電容ClO 並聯後連接在T2的4腳和1腳之間；電容C9連接在直流電壓VDD和VSS之間；T2次級繞組的8腳和9腳經複合二極體D6整流後輸出直流電壓VCC3，T2的7腳連接到GND，電阻R8 連接在VCC3和GND之間，電解電容C12和電容Cll並聯在電阻R8兩端。如圖4所示，為本實用新型中阻容降壓電路的電路連接圖。所述阻容降壓電路包括壓敏電阻觀1，電阻R1，電容Cl 電容C3，整流橋D1，電感Li、電感L2，穩壓二極體D2。 火線輸入L端經電阻Rl和電容Cl連接到整流橋Dl的4腳，零線輸入N端連接到整流橋Dl 的3腳，壓敏電阻ZRl連接在火線輸入L端和零線輸入N端之間；整流橋Dl的輸出端1腳和2腳之間輸出直流電壓信號VDD，整流橋Dl的1腳經電感Ll連接到所述DC-DC開關電源電路的輸入端，整流橋Dl的2腳經電感L2連接到VSS ；電容C2作為濾波電容連接在整流橋Dl的輸出端，電容C3並聯在電容C2的兩端，穩壓二極體D2並聯在直流電壓VDD和VSS 之間。在本實用新型實施例一中，交流電壓經阻容降壓電路整流後輸出為直流電壓VDD; 直流電壓VDD通過電阻R2、電阻R4和電阻R5對電容C5充電，當比較器UlA的2腳電壓低於3腳電壓時，比較器UlA的1腳輸出高電平，場效應管Ql導通，變壓器Tl初級接通；比較器UlA的2腳處電壓高於3腳電壓時，比較器UlA的1腳輸出低電平，場效應管Ql關斷，使變壓器Tl初級斷開。變壓器Tl初級線圈開關產生交變電磁場而使輸入直流信號變成開關電壓信號。開關電壓信號經整流二極體整流後輸出需要的直流電壓，電容C6 電容C8均為濾波電容，直流電壓分別為單相費控智能電能表的基本功能模塊和單片機中央處理單元提供正常工作電壓。在本實用新型實施例二中，交流電壓經阻容降壓電路整流後輸出為直流電壓VDD; 直流電壓VDD通過三極體BGl、三極體BG2的導通與截止，在隔離線圈繞組T2上形成不斷變化的電流，通過電磁感應在隔離線圈繞組T2的次級端輸出成比例的電流，並經複合二極體 D6整流，電容Cll和電解電容C12濾波後輸出需要的直流電壓VCC3，直流電壓分別為單相費控智能電能表的基本功能模塊和單片機中央處理單元提供正常工作電壓。所述電容Cio 用於調整所述三極體BGl和三極體BG2導通的時間，以減少損耗從而達到最大利用率。本說明書未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求1.基於DC-DC的阻容式單相費控智能電能表，包括電源模塊、單片機中央處理單元和單相費控智能電能表基本功能模塊，其特徵在於所述電源模塊包括阻容降壓電路和 DC-DC開關電源電路，所述阻容降壓電路的輸出端與DC-DC開關電源電路的輸入端相連， DC-DC開關電源電路的輸出端分別與單片機中央處理單元和單相費控智能電能表基本功能模塊的工作電壓端相連。
2.根據權利要求1所述的基於DC-DC的阻容式單相費控智能電能表，其特徵是所述 DC-DC開關電源電路包括電容C4 電容C8，電阻R2 電阻R6，開關型二極體D3，複合二極體 D4，二極體D5，比較器U1A，高隔離變壓器Tl和場效應管Ql ；直流電壓VDD連接到變壓器Tl 初級線圈的2腳，直流電壓VDD經電阻R2連接到比較器UlA的3腳，直流電壓VDD經電阻 R6連接到比較器UlA的1腳，電阻R4連接在比較器UlA的1腳和3腳之間，電阻R3連接在比較器UlA的3腳和VSS之間，電阻R5連接在比較器UlA的2腳和1腳之間，比較器UlA的 2腳經電容C5連接到VSS ；比較器UlA的8腳連接到直流電壓VDD，比較器UlA的4腳連接到VSS ；場效應管Ql的柵極連接到比較器UlA的1腳，場效應管Ql的源極連接到VSS，場效應管Ql的漏極連接到變壓器Tl的3腳；開關型二極體D3連接在變壓器Tl的1腳和VSS 之間；電容C4連接在直流電壓VDD與VSS之間；變壓器Tl的第一次級線圈的7腳經整流二極體D5整流後輸出直流電壓VCC1，第一次級線圈的6腳連接到GND1，電容C6並聯在電壓VCCl和GNDl之間，變壓器Tl的第二次級線圈的5腳經複合二極體D4整流後分別輸出直流電壓VCC2和VCC，第二次級線圈的4腳連接到GND，電容C7並聯在電壓VCC和GND之間，電容C8並聯在電壓VCC2和GND之間。
3.根據權利要求1所述的基於DC-DC的阻容式單相費控智能電能表，其特徵是所述 DC-DC開關電源電路包括電容C9 電容C12，電阻R7，電阻R8，三極體BG1、三極體BG2，隔離線圈繞組T2，複合二極體D6 ；直流電壓VDD連接到三極體BG2的發射極，BG2的基極連接到隔離線圈繞組T2初級繞組的5腳，BG2的集電極連接到T2的2腳；直流電壓VDD連接到三極體BGl的發射極，BG2的基極連接到T2的6腳，BG2的集電極連接到繞組T2的3腳；電阻R7和電容ClO並聯後連接在T2的4腳和1腳之間；電容C9連接在直流電壓VDD和VSS 之間；繞組T2次級繞組的8腳和9腳經複合二極體D6整流後輸出直流電壓VCC3，繞組T2 的7腳連接到GND，電阻R8連接在VCC3和GND之間，電解電容C12和電容Cll並聯在電阻 R8兩端。
4.根據權利要求2或3所述的基於DC-DC的阻容式單相費控智能電能表，其特徵是 所述阻容降壓電路包括壓敏電阻觀1，電阻Rl，電容Cl 電容C3，整流橋Dl，電感Li、電感 L2，穩壓二極體D2 ；火線輸入L端經電阻Rl和電容Cl連接到整流橋Dl的4腳，零線輸入N 端連接到整流橋Dl的3腳，壓敏電阻ZRl連接在火線輸入L和零線輸入N之間；整流橋Dl 的輸出端1腳和2腳之間輸出直流電壓信號VDD，整流橋Dl的1腳經電感Ll連接到所述 DC-DC開關電源電路的輸入端，整流橋Dl的2腳經電感L2連接到VSS ；電容C2連接在整流橋Dl的輸出端，電容C3並聯在電容C2的兩端，穩壓二極體D2並聯在直流電壓VDD和VSS 之間。
專利摘要本實用新型涉及一種單相費控智能電能表，提供一種電源方案使用基於DC-DC變換及阻容降壓原理的單相費控智能電能表，包括電源模塊、單片機中央處理單元和單相費控智能電能表基本功能模塊，所述電源模塊包括阻容降壓電路和DC-DC開關電源電路，所述阻容降壓電路的輸出端與DC-DC開關電源電路的輸入端相連，DC-DC開關電源電路的輸出端分別與單片機中央處理單元和單相費控智能電能表基本功能模塊的工作電壓端相連。本實用新型電源方案將阻容降壓原理和DC-DC變換技術相結合，有效提高電源效率，降低電能表自身功耗，滿足節能環保的要求。
文檔編號G01R22/06GK202256492SQ201120337979
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者李中澤 申請人:武漢盛帆電子股份有限公司