帶通訊接口的單相導軌式電能表的製作方法
2023-12-03 16:38:41
專利名稱：帶通訊接口的單相導軌式電能表的製作方法
技術領域：
本發明涉及電能表技術領域，具體地指一種帶通訊接口的單相導軌式電能表。
背景技術：
現有的帶有通訊接口的單相電子式電能表，體積普遍較大，特別是在電能表安裝 時由於佔用面積過大給安裝帶來了困難，而且過大的體積致使原材料浪費嚴重，不符合節 能環保的理念。針對上述技術問題，人們設計出了導軌式電能表，它相對於傳統的電子式電 能表具有體積超小，安裝方便的優點，其體積與普通的空氣開關類似，現主要供應於國外市 場。但是現有的導軌式電能表由於受到其體積大小的限制，大多具備的功能較少，一般不 帶有通訊接口。特別是與IP空氣開關大小相近的導軌式電能表，無法將普通變壓器放置其 中，不能實現485電路與電網的隔離，給實現總線式抄錶帶來了很大的阻礙。
發明內容
本發明的目的是針對上述技術問題提供一種帶通訊接口的單相導軌式電能表，使 其同時具有小體積、可靠度高和功耗低並且可以通過其內的通訊接口實現總線式集中抄表。為實現此目的，本發明所設計的一種帶通訊接口的單相導軌式電能表，它包括降 壓電路、計量單元電源電路、電能計量單元、單片機中央處理單元、電能採樣模塊，所述降壓 電路輸出端連接計量單元電源電路，計量單元電源電路給電能計量單元供電，所述電能採 樣模塊採樣的數據經過電能計量單元後傳入單片機中央處理單元進行數據處理，它還包括 穩壓單元、開關電源和通訊接口單元，所述降壓電路通過穩壓單元連接開關電源，所述開關 電源分別給單片機中央處理單元和通訊接口單元供電，通訊接口單元完成外部設備與單片 機中央處理單元之間的相互數據通訊。所述降壓電路包括電阻R14、電容C15，穩壓單元包括整流橋Ul、電解電容C9、電容 C10、電阻R20、電容C19和穩壓二極體D3，外部交流電通過電阻R14和電容C15降壓，接著 由整流橋Ul整流，再經過電解電容C9和電容ClO濾波，最後由電阻R20、電容C19和穩壓二 極管D3穩壓後得到直流電源。所述電容ClO和穩壓二極體D3之間連接有電感Ll和電感L2用來抑制傳導幹擾。所述開關電源包括自激推挽式振蕩電路和整流濾波電路，所述自激推挽式振蕩電 路包括三極體BG2、三極體BG3、電阻R12、電容C20、隔離線圈繞組Tl，所述整流濾波電路包 括整流組合二極體D6、電容C3和電解電容C4，所述降壓電路和穩壓單元得到的直流電源， 通過三極體BG2、三極體BG3在隔離線圈繞組Tl的次級端輸出，並經過整流組合二極體D6 整流，最後通過並聯在整流組合二極體D6輸出端的電容C3和電解電容C4濾波後得到單片 機中央處理單元電源VDD1，所述電容C20用於調整所述三極體BG2和三極體BG3導通的時 間。所述開關電源和通訊接口單元之間還連接有過流保護電路。
所述過流保護電路包括限流保護組合三極體BGJ1、瞬態抑制器ZX3，所述單片機 中央處理單元電源VDDl通過所述限流保護組合三極體BGJl後得到通訊接口單元的電源 VDD2，所述限流保護組合三極體BGJl用來控制所述通訊接口單元的電源VDD2開斷，所述瞬 態抑制器ZX3用於防止靜電和電磁幹擾。所述限流保護組合三極體BGJl由第一三極體Ql和第二三極體Q2組成，其中，第 一三極體Ql的集電極和第二三極體Q2的基極連接後連接於偏置電阻R4的一端，偏置電阻 R4的另一端接地GND，第一三極體Ql的基極和第二三極體Q2的發射極相連後連接於偏置 電阻R5的一端，偏置電阻R5的另一端接單片機中央處理單元電源VDD1，所述第一三極體 Ql的發射極接單片機中央處理單元電源VDD1，所述第二三極體Q2的集電極接通訊接口單 元的電源VDD2。所述單片機中央處理單元還連接有數據存儲模塊和數據輸出模塊。本發明的優點在於通過採用開關電源分別給單片機中央處理單元和通訊接口單 元供電，使得本發明能綜合普通帶通訊接口電能表和導軌式電能表的優點，採用導軌式電 能表的外形和開關電源供電，具有高可靠、低功耗、小體積等特點。帶通訊接口的導軌式電 能表使用的外殼材料比普通表減少3/4，其端子使用的銅料也只有普通表的1/5，大大降低 原材料的消耗，且可通過RS485總線通信進行用電管理，符合電能表節能降耗的發展趨勢， 有利於推廣導軌式電能表的普及。
圖1為本發明的原理框圖；圖2為本發明中降壓電路和穩壓單元的電路圖；圖3為本發明中開關電源和過流保護電路的電路圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明圖中所示的一種帶通訊接口的單相導軌式電能表，它包括降壓電路、計量單元電 源電路、電能計量單元、單片機中央處理單元、電能採樣模塊，所述降壓電路輸出端連接計 量單元電源電路，計量單元電源電路給電能計量單元供電，所述電能採樣模塊採樣的數據 經過電能計量單元後傳入單片機中央處理單元進行數據處理，它還包括穩壓單元、開關電 源和通訊接口單元，所述降壓電路通過穩壓單元連接於開關電源，所述開關電源分別給單 片機中央處理單元和通訊接口單元供電，通訊接口單元完成外部設備與單片機中央處理單 元之間的相互數據通訊。為了防止通訊接口單元受到外界的幹擾，所述開關電源和通訊接 口單元之間還連接有過流保護電路。所述單片機中央處理單元還連接有數據存儲模塊和數 據輸出模塊。上述技術方案中，所述降壓電路包括電阻R14、電容C15，所述穩壓單元包括整流 橋Ul、電解電容C9、電容C10、電阻R20、電容C19和穩壓二極體D3，外部交流電輸入IN經 過壓敏電阻ZRl後通過電阻R14和電容C15降壓，接著由整流橋Ul整流，再經過電解電容 C9和電容ClO濾波，最後由電阻R20、電容C19和穩壓二極體D3穩壓後得到直流電源。所 述電容ClO和穩壓二極體D3之間連接有電感Ll和電感L2用來抑制傳導幹擾，減少開關電源工作過程中對電網的影響。上述壓敏電阻ZRl用來防止雷擊浪湧幹擾。上述技術方案中，所述開關電源包括自激推挽式振蕩電路和整流濾波電路，所述 自激推挽式振蕩電路包括三極體BG2、三極體BG3、電阻R12、電容C20、隔離線圈繞組Tl，所 述整流濾波電路包括整流組合二極體D6、電容C3和電解電容C4，所述降壓電路和穩壓單元 得到的直流電源，通過三極體BG2、三極體BG3的導通與截止，在隔離線圈繞組Tl上形成不 斷變化的電流，通過電磁感應在隔離線圈繞組Tl的次級端輸出成比例的電流，並經過整流 組合二極體D6整流，最後通過並聯在整流組合二極體D6輸出端的電容C3和電解電容C4 濾波後得到單片機中央處理單元電源VDD1，所述電容C20用於調整所述三極體BG2和三極 管BG3導通的時間，以減少損耗從而達到最大利用率。上述技術方案中，所述過流保護電路包括限流保護組合三極體BGJl、瞬態抑制器 ZX3，所述單片機中央處理單元電源VDDl通過所述限流保護組合三極體BGJl後輸出OUT得 到通訊接口單元的電源VDD2，所述限流保護組合三極體BGJl用來控制所述通訊接口單元 的電源VDD2開斷，所述限流保護組合三極體BGJl由第一三極體Ql和第二三極體Q2組成， 當通訊接口單元的電源VDD2電流過大時，限流保護組合三極體BGJl中的第一三極體Ql導 通，第二三極體Q2截止，將通訊接口單元的電源VDD2斷開，保護單片機中央處理單元電源 VDD1，使電能表的其他部分能夠正常工作，當通訊接口單元的電源VDD2電流恢復正常後， 限流保護組合三極體BGJl中的第一三極體Ql截止，第二三極體Q2導通給通訊接口單元供 電。所述瞬態抑制器ZX3用於防止靜電和電磁幹擾。上述技術方案中，第一三極體Ql的集電極和第二三極體Q2的基極連接後連接於 偏置電阻R4的一端，偏置電阻R4的另一端接地GND，第一三極體Ql的基極和第二三極體 Q2的發射極相連後連接於偏置電阻R5的一端，偏置電阻R5的另一端接單片機中央處理單 元電源VDD1，所述第一三極體Ql的發射極接單片機中央處理單元電源VDD1，所述第二三極 管Q2的集電極接通訊接口單元的電源VDD2。本發明的工作原理是接入的電源先通過降壓電路降壓，然後經過整流橋，穩壓管 後得到一個直流電壓，再通過開關電源進行DC-DC轉換，形成5V的隔離電壓，提供單片機工 作電源，其後再經過一個限流保護電路，提供通信單元的電源，由此實現單片機電源、通信 部分電源與電網之間4500V的高隔離。本發明在具體實施中，可以為帶RS485通訊接口的單相導軌式電能表。本發明在安裝使用時，表箱中電能表一共有10戶，配一隻採集器。為保證用電安全，電能表出線端常會接一空氣開關。因單相導軌式電能表與空開大小相似，每戶空開可以 緊貼本戶電能表放置，這樣就進一步縮小了表箱的體積，也更方便走線安裝。電力公司通過 RS485總線即可抄讀到每戶表電量，無需到用電現場，節約了大量時間和人力資源。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
一種帶通訊接口的單相導軌式電能表，它包括降壓電路、計量單元電源電路、電能計量單元、單片機中央處理單元、電能採樣模塊，所述降壓電路輸出端連接計量單元電源電路，計量單元電源電路給電能計量單元供電，所述電能採樣模塊採樣的數據經過電能計量單元後傳入單片機中央處理單元進行數據處理，其特徵在於它還包括穩壓單元、開關電源和通訊接口單元，所述降壓電路通過穩壓單元連接開關電源，所述開關電源分別給單片機中央處理單元和通訊接口單元供電，通訊接口單元完成外部設備與單片機中央處理單元之間的相互數據通訊。
2.根據權利要求1所述的一種帶通訊接口的單相導軌式電能表，其特徵在於所述降 壓電路包括電阻R14、電容C15，穩壓單元包括整流橋U1、電解電容C9、電容C10、電阻R20、 電容C19和穩壓二極體D3，外部交流電通過電阻R14和電容C15降壓，接著由整流橋U1整 流，再經過電解電容C9和電容C10濾波，最後由電阻R20、電容C19和穩壓二極體D3穩壓後 得到直流電源。
3.根據權利要求2所述的一種帶通訊接口的單相導軌式電能表，其特徵在於所述電 容C10和穩壓二極體D3之間連接有電感L1和電感L2用來抑制傳導幹擾。
4.根據權利要求1所述的一種帶通訊接口的單相導軌式電能表，其特徵在於所述開 關電源包括自激推挽式振蕩電路和整流濾波電路，所述自激推挽式振蕩電路包括三極體 BG2、三極體BG3、電阻R12、電容C20、隔離線圈繞組T1，所述整流濾波電路包括整流組合二 極管D6、電容C3和電解電容C4，所述降壓電路和穩壓單元得到的直流電源，通過三極體 BG2、三極體BG3在隔離線圈繞組T1的次級端輸出，並經過整流組合二極體D6整流，最後通 過並聯在整流組合二極體D6輸出端的電容C3和電解電容C4濾波後得到單片機中央處理 單元電源VDD1，所述電容C20用於調整所述三極體BG2和三極體BG3導通的時間。
5.根據權利要求1所述的一種帶通訊接口的單相導軌式電能表，其特徵在於所述開 關電源和通訊接口單元之間還連接有過流保護電路。
6.根據權利要求4或5所述的一種帶通訊接口的單相導軌式電能表，其特徵在於所 述過流保護電路包括限流保護組合三極體BGJ1、瞬態抑制器ZX3，所述單片機中央處理單 元電源VDD1通過所述限流保護組合三極體BGJ1後得到通訊接口單元的電源VDD2，所述限 流保護組合三極體BGJ1用來控制所述通訊接口單元的電源VDD2開斷，所述瞬態抑制器ZX3 用於防止靜電和電磁幹擾。
7.根據權利要求6所述的一種帶通訊接口的單相導軌式電能表，其特徵在於所述限 流保護組合三極體BGJ1由第一三極體Q1和第二三極體Q2組成，其中，第一三極體Q1的集 電極和第二三極體Q2的基極連接後連接於偏置電阻R4的一端，偏置電阻R4的另一端接地 GND，第一三極體Q1的基極和第二三極體Q2的發射極相連後連接於偏置電阻R5的一端，偏 置電阻R5的另一端接單片機中央處理單元電源VDD1，所述第一三極體Q1的發射極接單片 機中央處理單元電源VDD1，所述第二三極體Q2的集電極接通訊接口單元的電源VDD2。
8.根據權利要求1所述的一種帶通訊接口的單相導軌式電能表，其特徵在於所述單 片機中央處理單元還連接有數據存儲模塊和數據輸出模塊。
全文摘要
一種帶通訊接口的單相導軌式電能表，它包括降壓電路、計量單元電源電路、電能計量單元、單片機中央處理單元、電能採樣模塊，降壓電路輸出端連接計量單元電源電路，計量單元電源電路給電能計量單元供電，電能採樣模塊採樣的數據經過電能計量單元後傳入單片機中央處理單元進行數據處理，它還包括穩壓單元、開關電源和通訊接口單元，降壓電路通過穩壓單元連接開關電源，開關電源分別給單片機中央處理單元和通訊接口單元供電，通訊接口單元完成外部設備與單片機中央處理單元之間的相互數據通訊。本發明的外殼材料比普通表減少3/4，其端子使用的銅料也只有普通表的1/5，降低了原材料的消耗，可通過RS485總線通信進行用電管理，符合電能表節能降耗的發展趨勢。
文檔編號H02M3/338GK101833033SQ201010118528
公開日2010年9月15日 申請日期2010年2月12日 優先權日2010年2月12日
發明者李中澤 申請人:武漢盛帆電子股份有限公司