三相四線低功耗開關電源電能表的製作方法
2024-03-20 02:59:05
專利名稱：三相四線低功耗開關電源電能表的製作方法
技術領域：
三相四線低功耗開關電源電能表技術領域[0001]本實用新型涉及三相電能表技術領域，具體涉及一種三相四線低功耗開關電源 電能表。技術背景[0002]現有的三相四線電能表一般採用變壓器方案供電，其隔離抗幹擾效果好，穩定 可靠，但功耗較大，成本高。隨著開關電源技術的日趨成熟，技術人員開始嘗試在三相 四線電能表中使用開關電源的方案供電，來解決常規變壓器方案中功耗較大，成本高的 缺陷。但一方面由於開關電源的幹擾抑制能力較差，另一方面，一般的三相四線開關電 源電能表中如果缺少零線，電能表將不能正常工作，因此開關電源對三相四線電能表供 電的方案還需要不繼的完善。發明內容[0003]本實用新型的目是針對上述技術問題，提供一種使用開關電源供電，幹擾抑制 能力強且在缺少零線的情況下仍然可以正常工作的三相四線低功耗開關電源電能表。[0004]為實現此目的，本實用新型所設計的一種三相四線低功耗開關電源電能表，它 包括開關電源模塊、電能計量模塊、中央處理單元、數據輸出模塊、數據輸入模塊和通 信模塊，其中，開關電源模塊的輸出端分別連接電能計量模塊、通信模塊和中央處理單 元，所述電能計量模塊、通信模塊、數據輸出模塊、數據輸入模塊分別接入中央處理單 元，其特徵在於所述開關電源模塊包括整流電路、高頻濾波抗幹擾電路和開關穩壓電 源電路，其中，高頻濾波抗幹擾電路連接開關穩壓電源電路，在所述整流電路和高頻濾 波抗幹擾電路之間設置有零線判斷電路和帶線路選通功能的穩壓電路，所述整流電路分 別連接零線判斷電路的輸入端和帶線路選通功能的穩壓電路的輸入端，所述零線判斷電 路的輸出端和帶線路選通功能的穩壓電路的輸出端均接入高頻濾波抗幹擾電路，所述零 線判斷電路的控制信號輸出端連接帶線路選通功能的穩壓電路。[0005]所述中央處理單元還連接有數據存儲模塊和繼電器控制單元。[0006]所述帶線路選通功能的穩壓電路還連接有零線檢測電路。[0007]所述整流電路還連接有開關電源保護電路。[0008]所述零線判斷電路包括二極體D13、電阻R12 R15、電容C5、場效應管Q2、 瞬態抑制器Z1，其中，場效應管Q2的柵極連接電阻R14的一端，電阻R14的另一端通 過串聯的電阻R12 R13和二極體D13接入零線JN1，場效應管Q2源級和柵極之間連接 電容C5，電容C5的兩端連接電阻R15，場效應管Q2源級還連接整流電路，場效應管Q2 的源級和漏極之間連接瞬態抑制器Z1，場效應管Q2的漏極還連接帶線路選通功能的穩壓 電路。[0009]所述帶線路選通功能的穩壓電路包括電阻R4 R9、場效應管Q1、電容C9、二 極管D17和瞬態抑制器Z2，其中，場效應管Ql的漏極通過電阻R4連接整流電路，場效應管Ql的柵極和場效應管Q2的漏極之間連接電阻R9，整流電路和場效應管Q2的漏極 之間串聯電阻R5 R8，場效應管Ql的源級和柵極之間連接瞬態抑制器Z2，電容C9連 接瞬態抑制器Z2的兩端，場效應管Ql的源級還連接高頻濾波抗幹擾電路。[0010]所述零線檢測電路包括穩壓二極體DZ1、電阻RlO Rll和光電耦合器OP1， 其中，穩壓二極體DZl的負極連接於場效應管Ql的源級，穩壓二極體DZl的正極連接高 頻濾波抗幹擾電路，光電耦合器OPl的輸入端通過電阻RlO Rll接入穩壓二極體DZl 的兩端，光電耦合器OPl的輸出端JI用於連接單片機。[0011]所述整流電路包括二極體Dl D12、二極體D14 D15，其中，二極體Dl的 負極連接第一相線JAl，二極體D4的負極連接Dl的正極，二極體D2的負極連接第二相 線JB1，二極體D6的負極連接D2的正極，二極體D3的負極連接第三相線JC1，二極體 D5的負極連接D3的正極，二極體D4 D5的正極連接二極體D6的正極；二極體D7的 正極二極體Dl的負極，二極體DlO的正極連接二極體D7的負極，二極體D8的正極連 接二極體D2的負極，二極體Dll的正極連接二極體D8的負極，二極體D9的正極連接 二極體D3的負極，二極體D12的正極連接二極體D9的負極，二極體DlO D12的負極 連接二極體D6的正極，二極體D14的負極與二極體D15的正極相連，二極體D14的正 極連接零線JN1，二極體D15的負極連接高頻濾波抗幹擾電路。[0012]所述開關電源保護電路包括線繞電阻Rl R3和壓敏電阻ZRl ZR4、複合熱 敏電阻RT1、二極體D16 D17，其中，二極體Dl的負極和第一相線JAl之間連接線繞 電阻R1，二極體D2的負極和第二相線JBl之間連接線繞電阻R2，二極體D3的負極和 第三相線JCl之間連接線繞電阻R3，第一相線JAl和零線JNl之間連接壓敏電阻ZR1， 第二相線JB2和零線JNl之間連接壓敏電阻ZR2，第三相線JCl和零線JNl之間連接壓 敏電阻ZR3，二極體D5的正極和二極體D12的負極之間連接壓敏電阻ZR4，二極體D16 的正極和二極體D15的負極之間連接複合熱敏電阻RT1。二極體D17的正極連接零線檢 測電路，二極體D16的負極與二極體D17的負極相連後接入高頻濾波抗幹擾電路的輸入 端。[0013]本實用新型的優點在於通過在三相四線電能表中設置開關電源模塊，使得其 功耗比普通三相電能表降低60% 70%，大大節約了能源。且通過在開關電源模塊中設 置零線判斷電路和帶線路選通功能的穩壓電路，使得三相四線電能表缺少零線的情況也 能工作，同時，由於在錯相的時候覆合熱敏電阻的作用保護開關電源不受損壞，增強了 三相四線開關電源電能表的實用性和可靠性。本實用新型還具有抑制傳導幹擾能力強、 可靠性高、電源效率高、功耗低的優點。
[0014]圖1為本實用新型的電路原理圖。[0015]圖2為本實用新型中開關電源模塊的原理框圖。[0016]圖3為本實用新型中開關電源模塊的電路原理圖。
具體實施方式
[0017]
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明[0018]如圖所示的一種三相四線低功耗開關電源電能表，它包括開關電源模塊、電能 計量模塊、中央處理單元、數據輸出模塊、數據輸入模塊和通信模塊，其中，開關電源 模塊的輸出端分別連接電能計量模塊、通信模塊和中央處理單元，所述電能計量模塊、 通信模塊、數據輸出模塊、數據輸入模塊分別接入中央處理單元，所述開關電源模塊包 括開關電源保護電路、整流電路、高頻濾波抗幹擾電路和開關穩壓電源電路，其中，開 關電源保護電路連接整流電路，高頻濾波抗幹擾電路連接開關穩壓電源電路，在整流電 路和高頻濾波抗幹擾電路之間設置有零線判斷電路和帶線路選通功能的穩壓電路，整流 電路分別連接零線判斷電路的輸入端和帶線路選通功能的穩壓電路的輸入端，所述零線 判斷電路的輸出端和帶線路選通功能的穩壓電路的輸出端均接入高頻濾波抗幹擾電路， 零線判斷電路的控制信號輸出端連接帶線路選通功能的穩壓電路，零線判斷電路輸出的 控制信號進入帶線路選通功能的穩壓電路，用於控制帶線路選通功能的穩壓電路與高頻 濾波抗幹擾電路之間的通斷。帶線路選通功能的穩壓電路還連接有零線檢測電路，零線 檢測電路用於將零線是否缺失的信號傳遞給單片機，並給出缺失零線的提示。開關電源 保護電路用來防止雷擊浪湧等衝擊。[0019]上述技術方案中，所述中央處理單元還連接有數據存儲模塊和繼電器控制單元。[0020]上述技術方案中，零線判斷電路包括二極體D13、電阻R12 R15、電容C5、 場效應管Q2、瞬態抑制器Z1，其中，場效應管Q2的柵極連接電阻R14的一端，電阻 R14的另一端通過串聯的電阻R12 R13和二極體D13接入零線JN1，場效應管Q2源級 和柵極之間連接電容C5，電容C5的兩端連接電阻R15，場效應管Q2源級還連接整流電 路，場效應管Q2的源級和漏極之間連接瞬態抑制器Z1，場效應管Q2的漏極還連接帶線 路選通功能的穩壓電路。瞬態抑制器Zl在有零線的情況下不工作，在沒有零線的情況下 主要起到限壓的作用。[0021]上述技術方案中，帶線路選通功能的穩壓電路包括電阻R4 R9、場效應管 QU電容C9、二極體D17和瞬態抑制器Z2，其中，場效應管Ql的漏極通過電阻R4連 接整流電路，場效應管Ql的柵極和場效應管Q2的漏極之間連接電阻R9，整流電路和場 效應管Q2的漏極之間串聯電阻R5 R8，場效應管Ql的源級和柵極之間連接瞬態抑制 器Z2，電容C9連接瞬態抑制器Z2的兩端，場效應管Ql的源級還連接高頻濾波抗幹擾 電路。[0022]上述技術方案中，零線檢測電路包括穩壓二極體DZ1、電阻RlO Rll和光電 耦合器OP1，其中，穩壓二極體DZl的負極連接於場效應管Ql的源級，穩壓二極體DZl 的正極連接高頻濾波抗幹擾電路，光電耦合器OPl的輸入端通過電阻RlO Rll接入穩 壓二極體DZl的兩端，光電耦合器OPl的輸出端JI用於連接單片機。[0023]上述技術方案中，整流電路包括二極體Dl D12、二極體D14 D15，其中， 二極體Dl的負極連接第一相線JA1，二極體D4的負極連接Dl的正極，二極體D2的負 極連接第二相線JBl，二極體D6的負極連接D2的正極，二極體D3的負極連接第三相線 JC1，二極體D5的負極連接D3的正極，二極體D4 D5的正極連接二極體D6的正極； 二極體D7的正極二極體Dl的負極，二極體DlO的正極連接二極體D7的負極，二極體 D8的正極連接二極體D2的負極，二極體Dll的正極連接二極體D8的負極，二極體D9的正極連接二極體D3的負極，二極體D12的正極連接二極體D9的負極，二極體DlO D12的負極連接二極體D6的正極，二極體D14的負極與二極體D15的正極相連，二極體 D14的正極連接零線JN1，二極體D15的負極連接高頻濾波抗幹擾電路。在有零線時， 二極體D14 D15與二極體Dl D6組成半橋整流電路；缺零線時，二極體Dl D12 組成全橋整流電路。[0024]上述技術方案中，所述開關電源保護電路包括線繞電阻Rl R3和壓敏電阻 ZRl ZR4、複合熱敏電阻RT1、二極體D16 D17，其中，二極體Dl的負極和第一相 線JAl之間連接線繞電阻R1，二極體D2的負極和第二相線JBl之間連接線繞電阻R2， 二極體D3的負極和第三相線JCl之間連接線繞電阻R3，第一相線JAl和零線JNl之間 連接壓敏電阻ZR1，第二相線JB2和零線JNl之間連接壓敏電阻ZR2，第三相線JCl和零 線JNl之間連接壓敏電阻ZR3，二極體D5的正極和二極體D12的負極之間連接壓敏電阻 ZR4，二極體D16的正極和二極體D15的負極之間連接複合熱敏電阻RTl。二極體D17 的正極連接零線檢測電路，二極體D16的負極與二極體D17的負極相連後接入高頻濾波 抗幹擾電路的輸入端。開關電源保護電路用來防止上下電時產生的電壓突變和雷擊浪湧 等衝擊。二極體D16 D17可防止電壓反向時對前極元件造成損壞。[0025]場效應管Ql和場效應管Q2優選MOS場效應管。[0026]本實用新型的開關電源模塊的缺零線判斷的工作原理為當零線JNl接入正常 時，零線判斷電路中的場效應管Q2導通，場效應管Q2的漏極輸出低電壓，該低電壓接 入場效應管Ql的柵極使得場效應管Ql截止，穩壓電路部分不工作，各個相線分別與零 線JN3形成半橋整流電路，為用電設備供電，因採用半橋整流電路，輸出電壓較低，不 需要再另外使用降壓電路降壓，減少了電路中不必要的電能損耗，大大提高了電源的利 用率。當零線缺失時，零線判斷電路中的Q2截止，相線的電壓接入降壓電路中的場效應 管Ql的柵極，使得場效應管Ql導通，各個相線之間形成電壓較高的全橋整流電路，此 時場效應管Ql工作在導通狀態，源極電壓隨柵極電壓增大而增大，同時，當柵極電壓增 高到一定值時，瞬態抑制器Zl將電壓鉗制在一個固定值，保證Ql輸出電壓不會過高而 損壞後極元件，這時Ql工作在線性狀態，超過固定值的電壓主要加在Ql上，Ql起到降 壓作用，使輸出電壓穩定的為用電設備供電，保證其正常工作。此時零線檢測電路中的 光電耦合器OPl在缺失零線的情況下輸出信號給單片機，單片機可通過指示燈或顯示提 示用戶此時零線缺失。電源經零線判斷電路和帶線路選通功能的穩壓電路後，接入高頻 濾波抗幹擾電路，高頻濾波抗幹擾電路能有效抑制傳導幹擾，保證開關電源的穩定性。 最後經過開關穩壓電源電路，得到用電設備各部分所需的電源。[0027]當各相線與零線發生錯相時，所增加的電壓大部分由複合熱敏RTl所消耗，保 護開關電源不因電壓過高而損壞。[0028]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1.一種三相四線低功耗開關電源電能表，它包括開關電源模塊、電能計量模塊、中 央處理單元、數據輸出模塊、數據輸入模塊和通信模塊，其中，開關電源模塊的輸出端 分別連接電能計量模塊、通信模塊和中央處理單元，所述電能計量模塊、通信模塊、數 據輸出模塊、數據輸入模塊分別接入中央處理單元，其特徵在於所述開關電源模塊包 括整流電路、高頻濾波抗幹擾電路和開關穩壓電源電路，其中，高頻濾波抗幹擾電路連 接開關穩壓電源電路，在所述整流電路和高頻濾波抗幹擾電路之間設置有零線判斷電路 和帶線路選通功能的穩壓電路，所述整流電路分別連接零線判斷電路的輸入端和帶線路 選通功能的穩壓電路的輸入端，所述零線判斷電路的輸出端和帶線路選通功能的穩壓電 路的輸出端均接入高頻濾波抗幹擾電路，所述零線判斷電路的控制信號輸出端連接帶線 路選通功能的穩壓電路。
2.根據權利要求1所述的三相四線低功耗開關電源電能表，其特徵在於所述中央 處理單元還連接有數據存儲模塊和繼電器控制單元。
3.根據權利要求1所述的三相四線低功耗開關電源電能表，其特徵在於所述帶線 路選通功能的穩壓電路還連接有零線檢測電路。
4.根據權利要求1所述的三相四線低功耗開關電源電能表，其特徵在於所述整流 電路還連接有開關電源保護電路。
5.根據權利要求1所述的三相四線低功耗開關電源電能表，其特徵在於所述零線 判斷電路包括二極體D13、電阻R12 R15、電容C5、場效應管Q2、瞬態抑制器Zl，其 中，場效應管Q2的柵極連接電阻R14的一端，電阻R14的另一端通過串聯的電阻R12 R13和二極體D13接入零線JN1，場效應管Q2源級和柵極之間連接電容C5，電容C5的 兩端連接電阻R15，場效應管Q2源級還連接整流電路，場效應管Q2的源級和漏極之間 連接瞬態抑制器Z1，場效應管Q2的漏極還連接帶線路選通功能的穩壓電路。
6.根據權利要求1所述的三相四線低功耗開關電源電能表，其特徵在於所述帶線 路選通功能的穩壓電路包括電阻R4 R9、場效應管Ql、電容C9、二極體D17和瞬態抑 制器Z2，其中，場效應管Ql的漏極通過電阻R4連接整流電路，場效應管Ql的柵極和場 效應管Q2的漏極之間連接電阻R9，整流電路和場效應管Q2的漏極之間串聯電阻R5 R8，場效應管Ql的源級和柵極之間連接瞬態抑制器Z2，電容C9連接瞬態抑制器Tl的 兩端，場效應管Ql的源級還連接高頻濾波抗幹擾電路。
7.根據權利要求3所述的三相四線低功耗開關電源電能表，其特徵在於所述零線 檢測電路包括穩壓二極體DZ1、電阻RlO Rll和光電耦合器OP1，其中，穩壓二極體 DZl的負極連接於場效應管Ql的源級，穩壓二極體DZl的正極連接高頻濾波抗幹擾電 路，光電耦合器OPl的輸入端通過電阻RlO Rll接入穩壓二極體DZl的兩端，光電耦 合器OPl的輸出端JI用於連接單片機。
8.根據權利要求1所述的三相四線低功耗開關電源電能表，其特徵在於所述整流 電路包括二極體Dl D12、二極體D14 D15，其中，二極體Dl的負極連接第一相線 JAl, 二極體D4的負極連接Dl的正極，二極體D2的負極連接第二相線JB1，二極體D6 的負極連接D2的正極，二極體D3的負極連接第三相線JC1，二極體D5的負極連接D3 的正極，二極體D4 D5的正極連接二極體D6的正極；二極體D7的正極二極體Dl的 負極，二極體DlO的正極連接二極體D7的負極，二極體D8的正極連接二極體D2的負極，二極體Dll的正極連接二極體D8的負極，二極體D9的正極連接二極體D3的負極， 二極體D12的正極連接二極體D9的負極，二極體DlO D12的負極連接二極體D6的正 極，二極體D14的負極與二極體D15的正極相連，二極體D14的正極連接零線JN1，二 極管D15的負極連接高頻濾波抗幹擾電路。
9.根據權利要求4所述的三相四線低功耗開關電源電能表，其特徵在於所述開關 電源保護電路包括線繞電阻Rl R3和壓敏電阻ZRl ZR4、複合熱敏電阻RT1、二極 管D16 D17，其中，二極體Dl的負極和第一相線JAl之間連接線繞電阻R1，二極體 D2的負極和第二相線JBl之間連接線繞電阻R2，二極體D3的負極和第三相線JCl之間 連接線繞電阻R3，第一相線JAl和零線JNl之間連接壓敏電阻ZR1，第二相線JB2和零 線JNl之間連接壓敏電阻ZR2，第三相線JCl和零線JNl之間連接壓敏電阻ZR3，二極體 D5的正極和二極體D12的負極之間連接壓敏電阻ZR4，二極體D16的正極和二極體D15 的負極之間連接複合熱敏電阻RT1，二極體D17的正極連接零線檢測電路，二極體D16 的負極與二極體D17的負極相連後接入高頻濾波抗幹擾電路的輸入端。
專利摘要本實用新型公開了一種三相四線低功耗開關電源電能表，它的開關電源模塊分別連接電能計量模塊、通信模塊和中央處理單元，電能計量模塊、通信模塊、數據輸出模塊、數據輸入模塊分別接入中央處理單元，開關電源模塊的高頻濾波抗幹擾電路連接開關穩壓電源電路，整流電路和高頻濾波抗幹擾電路之間設零線判斷電路和帶線路選通功能的穩壓電路，整流電路分別連接零線判斷電路和帶線路選通功能的穩壓電路，零線判斷電路和帶線路選通功能的穩壓電路均接入高頻濾波抗幹擾電路，零線判斷電路的控制信號輸出端連接帶線路選通功能的穩壓電路。本實用新型的功耗比普通三相電能表降低60％～70％，節約了能源。且在三相四線電能表缺少零線的情況也能工作。
文檔編號H02M1/44GK201811993SQ20102027699
公開日2011年4月27日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者李中澤 申請人:武漢盛帆電子股份有限公司