用於智能電能表的繼電器驅動及檢測電路的製作方法

2023-05-09 10:44:37

本實用新型屬於電子電錶技術領域，具體涉及一種用於智能電能表的繼電器驅動及檢測電路。

背景技術：

電子裝置在一些特定的應用中，基於安全上的考量，必須將輸出迴路和電子裝置完全斷開。繼電器(英文名稱：relay)是一種電控制器件，是當輸入量(激勵量)的變化達到規定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(又稱輸入迴路)和被控制系統(又稱輸出迴路)之間的互動關係。通常應用於自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種「自動開關」。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。

電能表中大都設有內置繼電器，用於用戶電路設備發生短路等意外式切斷電流，避免電錶燒壞。當電能表在內置繼電器額定電流範圍內，內置繼電器能對電能表起保護作用。但用戶設備所用的用電電流大小不定，因此只使用內置繼電器不能完全保證電能表的不被燒壞。而單一設置外置繼電器，敏感度不夠，安全係數不高。

因此，需要一種結合兩者功能的驅動電路及保護電路，來提高智能電錶的對電流的敏感度，減少電能表短路等原因引起的損壞或其他安全事故。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為了解決目前電能表敏感度不夠、安全係數不高的問題，提供一種用於智能電能表的繼電器驅動及檢測電路。

為了達到上述實用新型目的，本實用新型採用以下技術方案：

用於智能電能表的繼電器驅動及檢測電路，包括內繼電器驅動電路、繼電器跳閘告警驅動電路、外置繼電器驅動電路及繼電器檢測電路，所述內繼電器驅動電路、繼電器跳閘告警驅動電路、外置繼電器驅動電路、繼電器檢測電路都與MCU數據處理器連接，所述繼電器檢測電路包括光耦OPT8內發光二極體負極與電阻R71連接，光耦OPT8內發光二極體的正極、負極之間外接二極體D6，電阻R1、電阻R21兩者之間的節點與光耦OPT8內光敏三極體的集電極連接，光耦OPT8內光敏三極體的發射極接地，所述電阻R68、電阻R69、電阻R70、電阻R71依次串聯且電阻上下位置錯開擺放。本電路功能齊全，利於繼電器的穩定運行，檢測電路中多個電阻串聯具有消除幹擾信號的作用，電路中電壓較大，單個或少數幾個電阻功率有限，分壓具有保護電阻不易損壞，因此多個電阻串聯起到分壓的作用。

進一步，所述繼電器跳閘告警驅動電路採用蜂鳴器設置，PNP三極體Q7發射極接工作電源VDD，PNP三極體Q7基極與電阻R99連接，PNP三極體Q7集電極與蜂鳴器正極連接，蜂鳴器負極接地。對繼電器出現問題時起著蜂鳴告警作用。

進一步，所述外置繼電器驅動電路為開關S3、開關S4連焊接口分別與繼電器RLY1的第腳3、腳5連接；繼電器RLY1的第1腳、2腳之間耦接二極體D1，合閘信號RYA從第2腳輸出，由電阻R1、電阻R2並聯的電路兩端分別與正電源+12V、繼電器RLY1的第1腳連接；繼電器RLY1的第4腳與熱敏電阻RT1、熱敏電阻RT2分別連接，熱敏電阻RT2兩端還接有熱敏電阻RT3。電阻R1、R2並聯起到分流作用，電路中電流較大，單個電阻功率有限，分流具有保護電阻不易損壞。開關S3、開關S4連焊接口，當該電能表是開關外置表時將S3、S4短接用焊錫連焊上。

進一步，內置繼電器驅動電路包括鏡像設置的跳閘驅動電路與合閘驅動電路，合閘驅動電路為內置負荷開關控制信號RELAY-ON與電阻R52、NPN三極體V5的基級依次連接，NPN三極體V5的基極還連接電阻R54的一端，所述電阻R54的另一端接地，NPN三極體Q3集電極連接合閘信號RYA輸出端，NPN三極體V5發射極與跳閘驅動電路中的NPN三極體V6發射極共地；跳閘驅動電路為內置負荷開關控制信號RELAY-OFF與電阻R53、NPN三極體V6的基級依次連接，NPN三極體V6的基極還連接電阻R55的一端，所述電阻R55的另一端接地，NPN三極體V6集電極連接跳閘信號RYB輸出端。

鏡像設置是為了避免信號衝突造成電錶繼電保護電路失效，保證電錶的正常工作。

更進一步，所述內置繼電器驅動電路還包括互鎖保護電路，所述互鎖保護電路包括PNP三極體V3和PNP三極體V4，所述PNP三極體V3集電極、PNP三極體V4集電極分別與合閘信號RYA輸出端、跳閘信號RYB輸出端連接，所述PNP三極體V3發射極、PNP三極體V4發射極連接供電電源ZB 12V，PNP三極體V3基極、PNP三極體V4集電極之間接有電阻R16，PNP三極體V4基極、PNP三極體V3集電極之間接有電阻R14，所述PNP三極體V4發射極、PNP三極體V4基極之間接電阻R33；供電電源ZB 12V還與貼片三極體V1負極、貼片三極體V1負極連接，貼片三極體V1正極、貼片三極體V2正極接地，貼片三極體V1中間引腳與合閘信號RYA輸出端連接，貼片三極體V2中間引腳與跳閘信號RYB輸出端連接。R33為偏置電阻，信號控制。在鏡像設置的基礎上，通過互鎖保護電路的作用在控制單元發送一個控制指令時繼電器一隻執行一個動作(例如跳閘/合閘。

內置負荷開關控制信號RELAY-ON為合閘控制信號輸入端，內置負荷開關控制信號RELAY-OFF為跳閘控制信號輸入端，合閘控制信號輸入端、跳閘控制信號輸入端與MCU數據處理器連接，MCU晶片將信號通過合閘控制信號輸入端、跳閘控制信號輸入端輸入到內置繼電器驅動電路，合閘信號RYA輸出端的QA、跳閘信號RYB輸出端的QB為連接負荷開關信號線接口。

進一步，所述MCU數據處理器選用FM331X型號晶片。

內外置繼電器的檢測信號輸入到MCU數據處理器，檢測判斷是否跳、合成功。MCU晶片輸出控制信號RelayCtrl給繼電器RLY1,繼電器RLY1為控制外置負荷開關的微型繼電器。

進一步，所述內繼電器驅動電路的電源為單相電(即市電)經變壓器降壓後輸出到電源DC/DC轉換模塊，轉換為外置繼電器電路的電源12V。

更進一步，所述電源DC/DC轉換模塊採用LV2842XL VDDCRA TSOT-6型號的放大器晶片。

更進一步，所述變壓器採用HY-B35-13001型號，繼電器RLY1選用HF33F/012-ZS3繼電器。

本實用新型與現有技術相比，有益效果是：電能表上採繼電器驅動及檢測電路，降低高了電能表的故障率，延長了電能表的使用壽命，整個電路系統穩定性好，具有較強的抗幹擾能力，避免信號衝突造成電錶繼電保護電路失效，保證電錶的正常工作。

附圖說明

圖1是內繼電器驅動電路；

圖2是繼電器跳閘告警驅動電路；

圖3是繼電器檢測電路；

圖4是外置繼電器驅動電路。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本實用新型的技術方案作進一步描述說明。

用於智能電能表的繼電器驅動及檢測電路，包括內繼電器驅動電路、繼電器跳閘告警驅動電路、外置繼電器驅動電路及繼電器檢測電路，所述內繼電器驅動電路、繼電器跳閘告警驅動電路、外置繼電器驅動電路、繼電器檢測電路都與MCU數據處理器連接。

如圖3所示，繼電器檢測電路包括光耦OPT8內發光二極體負極與電阻R71連接，光耦OPT8內發光二極體的正極、負極之間外接二極體D6，電阻R1、電阻R21兩者之間的節點與光耦OPT8內光敏三極體的集電極連接，光耦OPT8內光敏三極體的發射極接地，所述電阻R68、電阻R69、電阻R70、電阻R71依次串聯且電阻上下位置錯開擺放。

檢測信號從電阻R21的另一端RelayTest輸出到MCU數據處理器的內、外置繼電器的檢測信號輸入口，用於檢測判斷是否會跳、合成功，這種方式以電壓的形式做判斷的。還有一種是以功率的形式判斷的，是MCU從計量晶片的通信接口12、13腳獲取。兩種方式可分別或共同使用。電阻R68、電阻R69、電阻R70、電阻R71選用360K 1％0805,電阻R1選用51K 5％0603，電阻R1選用100R 5％0603，二極體D6選用M7DO 214AC,光耦晶片OPT8選用816D型號。

如圖2所示，繼電器跳閘告警驅動電路採用蜂鳴器設置，PNP三極體Q7發射極接工作電源VDD，PNP三極體Q7基極與電阻R99連接，PNP三極體Q7集電極與蜂鳴器正極連接，蜂鳴器負極接地。該電路中蜂鳴信號BEEP端與MCU晶片的第29腳連接。R99選用3K 5％0603，PNP三極體Q7選用LMBT2907ALTCG SOT-23型號，蜂鳴器選用BZ1YMD-12095-G蜂鳴器。

如圖4所示，外置繼電器驅動電路為開關S3、開關S4連焊接口分別與繼電器RLY1的第腳3、腳5連接；繼電器RLY1的第1腳、2腳之間耦接二極體D1，合閘信號RYA從第2腳輸出，由電阻R1、電阻R2並聯的電路兩端分別與正電源+12V、繼電器RLY1的第1腳連接；繼電器RLY1的第4腳與熱敏電阻RT1、熱敏電阻RT2分別連接，熱敏電阻RT2兩端還接有熱敏電阻RT3。開關S3、開關S4連焊接口，當該電能表是開關外置表時將S3、S4短接用焊錫連焊上。

繼電器RLY1選用HF33F/012-ZS3繼電器，二極體D1選用M7DO-214AC,電阻R1、電阻R2選用100R 5％0805，熱敏電阻RT1、熱敏電阻RT2選用MZ11-0 8E600-121RM,熱敏電阻RT3為100K/1W。

如圖1所示，內置繼電器驅動電路包括鏡像設置的跳閘驅動電路與合閘驅動電路，合閘驅動電路為內置負荷開關控制信號RELAY-ON與電阻R52、NPN三極體V5的基級依次連接，NPN三極體V5的基極還連接電阻R54的一端，所述電阻R54的另一端接地，NPN三極體Q3集電極連接合閘信號RYA輸出端，NPN三極體V5發射極與跳閘驅動電路中的NPN三極體V6發射極共地；跳閘驅動電路為內置負荷開關控制信號RELAY-OFF與電阻R53、NPN三極體V6的基級依次連接，NPN三極體V6的基極還連接電阻R55的一端，所述電阻R55的另一端接地，NPN三極體V6集電極連接跳閘信號RYB輸出端。

內置繼電器驅動電路還包括互鎖保護電路，所述互鎖保護電路包括PNP三極體V3和PNP三極體V4，所述PNP三極體V3集電極、PNP三極體V4集電極分別與合閘信號RYA輸出端、跳閘信號RYB輸出端連接，所述PNP三極體V3發射極、PNP三極體V4發射極連接供電電源ZB 12V，PNP三極體V3基極、PNP三極體V4集電極之間接有電阻R16，PNP三極體V4基極、PNP三極體V3集電極之間接有電阻R14，所述PNP三極體V4發射極、PNP三極體V4基極之間接電阻R33；供電電源ZB 12V還與貼片三極體V1負極、貼片三極體V1負極連接，貼片三極體V1正極、貼片三極體V2正極接地，貼片三極體V1中間引腳與合閘信號RYA輸出端連接，貼片三極體V2中間引腳與跳閘信號RYB輸出端連接。

內繼電器驅動電路中，貼片三極體V1正極、貼片三極體V2選用LBAV99L11G型號PNP三極體V3、PNP三極體V4選用LMBT2907ALTIG，NPN三極體V5、NPN三極體V6選用LBC817-40LT1G,電阻R52、電阻R53選用2K 5％0603型號，電阻R54、電阻R55選用22K 1％0603型號，電阻R14、電阻R16、電阻R33選用4.7K 1％0603，電阻R33這一貼片電阻為內置式不焊接。

J3接口為接表內部微型磁保持繼電器的轉接口，為設計需要可能需要另設小板子接插在主板中。RYA拉合閘信號輸出至電能表外的負荷開關。

內繼電器驅動電路的電源為單相電經變壓器降壓後輸出到電源DC/DC轉換模塊，轉換為外置繼電器電路的電源12V。電源DC/DC轉換模塊採用LV2842XL VDDCRA TSOT-6型號的放大器晶片。變壓器採用HY-B35-13001型號。

所述MCU數據處理器選用FM331X型號晶片。MCU的引腳RelayTest為內、外置繼電器的檢測信號輸入口，檢測判斷是否跳、合成功。

以上為本實用新型的優選實施方式，並不限定本實用新型的保護範圍，對於本領域技術人員根據本實用新型的設計思路做出的變形及改進，都應當視為本實用新型的保護範圍之內。