一種用於用電信息採集終端的電源的製作方法
2023-12-01 11:32:01
一種用於用電信息採集終端的電源的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於用電信息採集終端的電源，在電源輸入部分採用兩級功率因數校正技術，第一級為主動功率因數校正及整流濾波部分，第二級為脈寬調製反激輸出部分。第一級整流濾波使用了高壓薄膜電容代替高壓電解電容的方案，第二級脈寬調試反激部分採用準諧振技術。本發明採用主動式功率因數校正技術，大幅度提高終端功率因數，減小無功損耗，提高了電能利用率，同時，減小整流部分產生諧波對整個電網的幹擾。
【專利說明】一種用於用電信息採集終端的電源
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於用電信息採集終端的電源，屬於用電信息採集設備領域。
【背景技術】
[0002]用電信息採集設備的一個重要功能就是對電能表的電量及功率不間斷地進行計量，再將計量結果通過如載波、GPRS等通訊方式上傳至供電部門控制室，供電部門再根據用電情況合理分配電力資源。這就需要用電信息採集設備不間斷地工作。通常用電信息採集終端設備功率因數只有不到0.4，意味著發電廠發出10個單位的電能有6個單位的電能損失掉。而電信息採集終端需要長期不間斷的運行，這勢必造成寶貴的電能資源極大地浪費。
[0003]電網環境噪聲通常會影響通常質量，如電力載波通訊方式是將信號耦合至電力線中，通過電力線將信號傳遞。採集終端一般由電源提供電能，普通電源整流濾波時會產生諧波幹擾，這些幹擾信號會疊加到正常的通訊信號上，影響終端通訊的成功率。
[0004]用電信息採集終端通常採用三相四線制輸入方式，額定輸入電壓時，整流後的直流電壓約540V，最高輸入電壓時整流後直流達700V。輸入頻率50Hz，這就需要採用大容量高耐壓的電容器，通常做法是採用兩個電解電容串聯方式滿足高耐壓大容量要求。電解電容的容量依賴於電解質的多少，電解質會隨使用時間增加而逐步減少，即電解電容容量逐步減少，直至最終電解電容失效。用電信息採集終端設計壽命通常需要高於10年，高壓電解電容通常是影響終端整體壽命的瓶頸之一。
[0005]開關電源有著體積小，效率高，成本低等諸多優點，所以通常用電信息採集終端採用開關電源方式供電，通常採用反激拓撲結構。反激拓撲結構在MOS管導通瞬間，由於變壓器原邊電感與MOS管等效輸出結電容諧振形成開關噪聲，即電磁幹擾，電磁幹擾會隨著電力線傳導至電網中，還會以輻射的形式輻射出去，影響周圍的電子產品及電網質量。
【發明內容】
[0006]本發明提供了一種用於用電信息採集終端的電源，其目的在於用電信息採集提高終端的功率因數，減小諧波幹擾，提高電網電能質量。
[0007]為達到上述目的，本發明所採用的技術方案如下:
[0008]一種用於用電信息採集終端的電源，包括初級側電路和次級側電路，所述初級側電路包括依次連接的三相整流電路、功率因數校正電路、濾波電路和準諧振反激電路；所述次級側電路包括輸出電路。
[0009]前述的三相整流電路由整流二極體構成三相橋式全波整流電路。
[0010]前述的功率因數校正電路由功率因數校正控制器Ul、PFC開關MOS管Ql，PFC升壓電感LI構成，所述功率因數校正控制器Ul的驅動腳與所述PFC開關MOS管Ql的柵極串連，所述PFC升壓電感LI與所述PFC開關MOS管Ql的漏極串連，所述PFC升壓電感LI與三相整流電路相串聯，所述PFC開關MOS管Ql與三相整流電路相併聯。
[0011]前述的功率因數校正控制器Ul還連接有輸入電壓採樣電路和輸入電流採樣電路，所述輸入電壓採樣電路接入功率因數校正控制器Ul比較器的一個輸入端，採用電阻分壓方式採樣輸入電壓；所述輸入電流採樣電路接入功率因數校正控制器Ui比較器的另一個輸入端，採用採樣線圈與PFC升壓電感LI緊密繞制在一起，採樣PFC升壓電感LI上的電流波形。
[0012]前述的濾波電路包括PFC整流二極體Dl及濾波電容Cl，所述PFC整流二極體Dl與三相整流電路相串聯，所述濾波電容Cl與三相整流電路相併聯。
[0013]前述的濾波電容Cl為高壓薄膜電容。
[0014]前述的準諧振反激電路包括準諧振控制器U2、開關MOS管Q2，變壓器Tl及反饋網絡；所述變壓器Tl包括初級側繞組和次級側繞組；所述準諧振控制器U2的驅動腳連接所述開關MOS管Q2的柵極，所述開關MOS管Q2的漏極連接所述變壓器Tl的初次側繞組，所述初級側繞組連接主路輸出電路；所述變壓器Tl的次級側繞組連接輔路輸出電路；所述反饋網絡採樣主路輸出電路的信號，反饋給所述準諧振控制器U2的2腳。
[0015]前述的準諧振控制器U2還連接有谷底檢測電路，所述谷底檢測電路通過輔助繞組連接一個電阻至功率因數校正控制器Ul的Z⑶腳。
[0016]前述的輸出電路包括主路輸出和輔路輸出，所述主路輸出和輔路輸出通過變壓器Tl的初級側繞組和次級側繞組隔離輸出。
[0017]本發明的優點:1)使用了功率因數校正電路，使電流具有高功率因數，減小無功損耗，提高了電能利用率；2)替換了失效率高的電解電容，使得使用壽命延長，可靠性得到提升；3)使用了準諧振技術提高效率，降低電磁幹擾水平。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的用電信息採集終端的電源的結構框圖；
[0019]圖2為本發明的用電信息採集終端的電源的電路圖；
[0020]圖3為本發明的功率因數校正控制器採用峰值電流模式電流波形跟隨電壓波形示意圖；
[0021]圖4為連續模式、斷續模式與準諧振模式反激MOS管上電壓波形示意圖；
[0022]圖5為本發明功率因數校正控制器Ul的引腳示意圖；
[0023]圖6為本發明準諧振控制器U2的引腳示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和【具體實施方式】詳細說明本發明。
[0025]如圖1所示，本發明的用於用電信息採集終端的電源，包括初級側電路和次級側電路，具體連接關係為:三相輸入交流電壓，通過三相整流電路後變為脈動直流電壓，作為功率因數校正(PFC)電路的輸入，功率因數校正(PFC)電路的輸出經過濾波電路後變為穩定的直流電壓，再將該直流電壓通過DC-DC準諧振反激電路，隔離輸出。輸出電路包括主路輸出和輔路輸出，主路輸出和輔路輸出通過變壓器Tl的初級側繞組和次級側繞組隔離輸出，主路輸出通過反饋網絡採樣輸出電壓信號給準諧振控制器U2，控制輔路輸出。
[0026]如圖2所示，本發明的三相整流電路由整流二極體構成三相橋式全波整流電路。
[0027]功率因數校正(PFC)電路由功率因數校正控制器Ul、PFC開關MOS管Ql，PFC升壓電感LI構成，如圖5所示，本發明的功率因數校正控制器Ul採用意法半導體公司的STL6562。功率因數校正控制器Ul的⑶驅動腳，與PFC開關MOS管Ql的柵極串連，PFC升壓電感LI與PFC開關MOS管Ql的漏極串連，PFC升壓電感LI與三相整流電路相串聯，PFC開關MOS管Ql與三相整流電路相併聯。本發明採用峰值電流控制方案，功率因數校正控制器Ul連接輸入電壓採樣電路和輸入電流採樣電路，輸入電壓採樣電路接入功率因數校正控制器Ul比較器的一個輸入端，即圖5中的MULT輸入端,米用電阻分壓方式米樣輸入電壓；輸入電流採樣電路接入功率因數校正控制器Ul比較器的另一個輸入端，即圖5中的Z⑶輸入端，採用採樣線圈與PFC升壓電感LI緊密繞制在一起，採樣PFC升壓電感LI上的電流波形。
[0028]如圖2所示，本發明的濾波電路包括PFC整流二極體Dl及濾波電容Cl，其中PFC整流二極體Dl與三相整流電路相串聯，濾波電容Cl與三相整流電路相併聯。
[0029]如圖2所示，本發明的準諧振反激電路包括準諧振控制器U2、開關MOS管Q2，變壓器Tl及反饋網絡。變壓器Tl包括初級側繞組和次級側繞組，準諧振控制器U2的5腳即圖6中的DRV驅動腳，連接開關MOS管Q2的柵極；開關MOS管Q2的漏極連接變壓器Tl的初次側繞組，初級側繞組連接主路輸出電路；變壓器Tl的次級側繞組連接輔路輸出電路；反饋網絡採樣主路輸出電路的信號，反饋給準諧振控制器U2的2腳，即圖6中的FB腳。
[0030]準諧振控制器U2還連接有谷底檢測電路，谷底檢測電路通過輔助繞組方式實現，輔助繞組連接一個電阻至功率因數校正控制器Ul的ZCD腳。該電路通過檢測輔助繞組上電壓方式，檢測開關MOS管Q2漏-源極電壓，當電壓最低時，準諧振控制器U2控制開關MOS管Q2的開通。
[0031]本發明在電源輸入端採用兩級功率因數校正技術，第一級為功率因數校正及整流濾波部分，第二級為脈寬調製反激輸出部分。
[0032]功率因數指的是有效功率與視在功率之間的關係，也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。即:
[0033]
【權利要求】
1.一種用於用電信息採集終端的電源，其特徵在於，包括初級側電路和次級側電路，所述初級側電路包括依次連接的三相整流電路、功率因數校正電路、濾波電路和準諧振反激電路；所述次級側電路包括輸出電路。
2.根據權利要求1所述的一種用於用電信息採集終端的電源，其特徵在於，所述三相整流電路由整流二極體構成三相橋式全波整流電路。
3.根據權利要求1所述的一種用於用電信息採集終端的電源，其特徵在於，所述功率因數校正電路由功率因數校正控制器U1、PFC開關MOS管Ql，PFC升壓電感LI構成，所述功率因數校正控制器Ul的驅動腳與所述PFC開關MOS管Ql的柵極串連，所述PFC升壓電感LI與所述PFC開關MOS管Ql的漏極串連，所述PFC升壓電感LI與三相整流電路相串聯，所述PFC開關MOS管Ql與三相整流電路相併聯。
4.根據權利要求3所述的一種用於用電信息採集終端的電源，其特徵在於，所述功率因數校正控制器Ul還連接有輸入電壓採樣電路和輸入電流採樣電路，所述輸入電壓採樣電路接入功率因數校正控制器Ul比較器的一個輸入端，採用電阻分壓方式採樣輸入電壓；所述輸入電流採樣電路接入功率因數校正控制器Ul比較器的另一個輸入端，採用採樣線圈與PFC升壓電感LI緊密繞制在一起，採樣PFC升壓電感LI上的電流波形。
5.根據權利要求1所述的一種用於用電信息採集終端的電源，其特徵在於，所述濾波電路包括PFC整流二極體Dl及濾波電容Cl，所述PFC整流二極體Dl與三相整流電路相串聯，所述濾波電容Cl與三相整流電路相併聯。
6.根據權利要求5所述的一種用於用電信息採集終端的電源，其特徵在於，所述濾波電容Cl為高壓薄膜電容。
7.根據權利要求1所述的一種用於用電信息採集終端的電源，其特徵在於，所述準諧振反激電路包括準諧振控制器U2、開關MOS管Q2，變壓器Tl及反饋網絡；所述變壓器Tl包括初級側繞組和次級側繞組；所述準諧振控制器U2的驅動腳連接所述開關MOS管Q2的柵極，所述開關MOS管Q2的漏極連接所述變壓器Tl的初次側繞組，所述初級側繞組連接主路輸出電路；所述變壓器Tl的次級側繞組連接輔路輸出電路；所述反饋網絡採樣主路輸出電路的信號，反饋給所述準諧振控制器U2的2腳。
8.根據權利要求7所述的一種用於用電信息採集終端的電源，其特徵在於，所述準諧振控制器U2還連接有谷底檢測電路，所述谷底檢測電路通過輔助繞組連接一個電阻至功率因數校正控制器Ul的Z⑶腳。
9.根據權利要求1所述的一種用於用電信息採集終端的電源，其特徵在於，所述輸出電路包括主路輸出和輔路輸出，所述主路輸出和輔路輸出通過變壓器Tl的初級側繞組和次級側繞組隔離輸出。
【文檔編號】H02M7/217GK103997226SQ201410235793
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】紀峰, 周超, 鮑進, 田正其, 穆小星, 丁戌子 申請人:國家電網公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學研究院