專利名稱：一種三相智能電能表用開關(guān)電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種三相智能電能表用開關(guān)電源電路，屬于電子電能表技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)絕大多數(shù)電能表均采用工頻變壓器為基礎(chǔ)的線性整流電源來給表內(nèi)部供電，這種電源效率很低，通常只有30%至40%。隨著電能表智能化革新，電能表的功耗也大幅度增加，例如三相表的功耗從原來的不足一瓦增至數(shù)瓦，這對(duì)于即將推廣的數(shù)以億計(jì)的智能電能表來講，電能表的總體功耗的增加將是十分驚人的；另一方面，開關(guān)電源技術(shù)運(yùn)用功率半導(dǎo)體器件快速、高效地控制能量的轉(zhuǎn)換，電能量轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)70%以上，具備很強(qiáng)的節(jié)能降耗優(yōu)勢(shì)，所以它是電子電能表電源的理想升級(jí)產(chǎn)品。但此項(xiàng)技術(shù)要得到大面積推廣，還需解決如下幾個(gè)難題(1)、長(zhǎng)期可靠性智能電能表需每天M小時(shí)、每年365天、10年不間斷的可靠運(yùn)行、準(zhǔn)確計(jì)量和實(shí)時(shí)通信。因此它對(duì)電源的可靠性要求極高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了對(duì)一般的民用產(chǎn)品如電腦的可靠性要求。(2)、極強(qiáng)抗電磁干擾能力電網(wǎng)高壓負(fù)載開關(guān)切換或遭雷電襲擊時(shí)可引發(fā)強(qiáng)烈的電磁干擾。以半導(dǎo)體器件為核心的開關(guān)電源必須要能有效抵御此類干擾的能力，以確保智能電能表的長(zhǎng)期準(zhǔn)確計(jì)量。我國(guó)幅員遼闊，輸電、用電環(huán)境非常復(fù)雜，此問題變得更具有挑戰(zhàn)。(3)、抗諧波干擾能力我國(guó)電氣化鐵路和重工業(yè)設(shè)備經(jīng)常向電網(wǎng)排放大量諧波干擾電流，可導(dǎo)致局部供電電壓嚴(yán)重畸變。電能表電源必須要能有效抑制此類干擾、保持計(jì)量準(zhǔn)確。(4)、成本具有競(jìng)爭(zhēng)力開關(guān)電源的成本必須不高于現(xiàn)有線性電源的成本。中國(guó)專利CN201811993《三相四線低功耗開關(guān)電源電能表》、中國(guó)專利CN1410856A 《具有諧波抑制與穩(wěn)壓功能的電子電路的裝置與其控制方法》和中國(guó)專利CN101533082A《一種電能表半波整流線路》等專利和文獻(xiàn)從不同角度局部地提出了多種解決方案，但這些解決方案還不能完整地解決上述問題，這也是開關(guān)電源至今仍未在我國(guó)電能表行業(yè)得到推廣的主要原因。因此，需要提供一種新的技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種低成本、高可靠度、對(duì)強(qiáng)電磁干擾和極端諧波電流干擾具有有效抑制能力的三相智能電能表用開關(guān)電源電路。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種三相智能電能表用開關(guān)電源電路，它包括分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置，半波整流兼濾波裝置，零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置，以及負(fù)荷控制裝置，所述分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置由三相四線電源供電，所述分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置與半波整流兼濾波裝置一端連接，所述半波整流兼濾波裝置另一端輸出至DC/DC變換器，所述DC/DC變換器與電能表功能電路連接，所述零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置一端與半波整流兼濾波裝置和DC/DC 變換器連接，所述零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置另一端與負(fù)荷控制裝置一端連接， 所述負(fù)荷控制裝置另一端與分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置連接。所述分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置包括功率電阻R0、R1、R2和R3，所述功率電阻RO連接輸入側(cè)電源零線，所述功率電阻Rl、R2和R3分別連接輸入側(cè)電源一相電壓。所述半波整流兼濾波裝置由高壓二極管D1、D2、D3，電感Ll和高壓電解電容Cl組成，所述高壓二極管D1、D2、D3的陰極與電感Ll 一端相連，所述電感Ll另一端與高壓電解電容Cl正極和DC/DC變換器輸入端相連，所述高壓電解電容Cl的負(fù)極與電阻RO相連。所述零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置由采樣電路和控制電路組成，所述采樣電路由TVS管Z1、電阻R7、二極管D9及電阻R6組成，所述控制電路由TVS管Z2、電阻 R5、二極管D7、二極管D8和P通道型MOSFET Ml組成，所述TVS管Zl的陰極連接高壓電解電容Cl的正極，所述TVS管Zl的陽極連接電阻R7—端，所述電阻R7另一端連接至二極管 D9的陽極，所述二極管D9的陰極與二極管D8的陰極、二極管D7的陰極、TVS管Z2的陰極和P通道型MOSFET Ml的源極相連，所述電阻R6—側(cè)與高壓電解電容Cl正極相連，所述電阻R6另一側(cè)與TVS管Z2的陽極、P通道型MOSFET Ml的柵極和電阻R5 —側(cè)相連，所述P 通道型MOSFET Ml的漏極與二極管D7陽極、電阻R5另一側(cè)、電感L2和電容C2 —側(cè)相連。所述負(fù)荷控制裝置由高壓二極管D4、D5和D6，功率電阻R4，電感L2及電容C2組成，所述高壓二極管D4、D5和D6的陽極與電阻R4 —側(cè)相連，所述電阻R4另一側(cè)與電感L2 一側(cè)相連，所述電感L2另一側(cè)與電容C2和電阻R5 —側(cè)相連。所述分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置中的功率電阻Rl、R2和R3的另一端分別與半波整流兼濾波裝置輸入側(cè)高壓二極管D1、D2、D3的陽極連接，及負(fù)荷控制裝置輸出側(cè)高壓二極管D4、 D5、D6的陰極連接。本實(shí)用新型的有益效果是通過對(duì)半波整流濾波輸出直流電壓、DC/DC變換器電壓及零線電流的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)，及時(shí)動(dòng)態(tài)地對(duì)輸入尖峰電壓的分布式消耗，使得本電源電路能有效地抵御零線斷開、電源輸入側(cè)所受過電壓或脈沖、諧波電流等強(qiáng)電磁干擾，由于本方案的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔而可靠，因而它具有非常強(qiáng)的成本優(yōu)勢(shì)和實(shí)用價(jià)值。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖。其中1、分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置，2、半波整流兼濾波裝置，3、DC/DC變換器，4、零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置，5、負(fù)荷控制裝置，6、三相四線電源，7、電能表功能電路，8、采樣電路，9、控制電路。
具體實(shí)施方式
如圖1和2所示，本實(shí)用新型的一種三相智能電能表用開關(guān)電源電路，它包括分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置1，半波整流兼濾波裝置2，零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置4，以及負(fù)荷控制裝置5，分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置1由三相四線電源6供電，分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置1與
4半波整流兼濾波裝置2 —端連接，半波整流兼濾波裝置2另一端輸出至DC/DC變換器3，DC/ DC變換器3與電能表功能電路7連接，零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置4 一端與半波整流兼濾波裝置2和DC/DC變換器3連接，零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置4另一端與負(fù)荷控制裝置5 —端連接，負(fù)荷控制裝置5另一端與分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置1連接，零線、 過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置4從半波整流兼濾波裝置2和DC/DC變換器3獲取監(jiān)測(cè)信號(hào)，并將監(jiān)測(cè)信號(hào)輸出至負(fù)荷控制裝置5，進(jìn)而對(duì)分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置1進(jìn)行控制。分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置1包括功率電阻R0、R1、R2和R3，功率電阻RO連接輸入側(cè)電源零線，功率電阻Rl、R2和R3分別連接輸入側(cè)電源一相電壓；半波整流兼濾波裝置2由高壓二極管D1、D2、D3，電感Ll和高壓電解電容Cl組成，高壓二極管D1、D2、D3的陰極與電感 Ll 一端相連，電感Ll另一端與高壓電解電容Cl正極和DC/DC變換器輸入端相連，高壓電解電容Cl的負(fù)極與電阻RO相連；零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置4由采樣電路8和控制電路9組成，采樣電路8由TVS管Z1、電阻R7、二極管D9及電阻R6組成，控制電路9由 TVS管Z2、電阻R5、二極管D7、二極管D8和P通道型MOSFET Ml組成，TVS管Zl的陰極連接高壓電解電容Cl的正極，TVS管Zl的陽極連接電阻R7 —端，電阻R7另一端連接至二極管D9的陽極，二極管D9的陰極與二極管D8的陰極、二極管D7的陰極、TVS管Z2的陰極和 P通道型MOSFET Ml的源極相連，電阻R6 —側(cè)與高壓電解電容Cl正極相連，電阻R6另一側(cè)與TVS管Z2的陽極、P通道型MOSFET Ml的柵極和電阻R5 —側(cè)相連，P通道型MOSFET Ml 的漏極與二極管D7陽極、電阻R5另一側(cè)、電感L2和電容C2 —側(cè)相連；負(fù)荷控制裝置5由高壓二極管D4、D5和D6，功率電阻R4，電感L2及電容C2組成，高壓二極管D4、D5和D6的陽極與電阻R4 —側(cè)相連，電阻R4另一側(cè)與電感L2 —側(cè)相連，電感L2另一側(cè)與電容C2和電阻R5 —側(cè)相連；分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置1中的功率電阻R1、R2和R3的另一端分別與半波整流兼濾波裝置2輸入側(cè)高壓二極管D1、D2、D3的陽極連接，及負(fù)荷控制裝置5輸出側(cè)高壓二極管D4、D5、D6的陰極連接。當(dāng)三相四線電源6輸入電壓正常時(shí)，半波整流兼濾波裝置2將電源輸入交流電壓進(jìn)行半波整流和低通濾波；與常用的全波整流方案相比，此方案輸出至DC/DC變換器3的直流工作電壓幅值被減半，使得DC/DC變換器3中的所用高壓半導(dǎo)體器件的最大工作范圍減半，從而設(shè)計(jì)成本得以降低、產(chǎn)品可靠性得到增強(qiáng)。當(dāng)電源輸入側(cè)零線斷開時(shí)，普通半波整流電路無法正常工作。本實(shí)用新型方案采用零線監(jiān)測(cè)裝置及時(shí)打開備用電流通道，從而確保輸出至DC/DC變換3器電壓正常。當(dāng)電源輸入側(cè)受到過電壓或脈沖、諧波電流等強(qiáng)電磁干擾時(shí)，零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置4能動(dòng)態(tài)地對(duì)整流電源輸出直流電壓進(jìn)行分壓調(diào)節(jié)，并通過分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置1對(duì)多余能量及時(shí)消耗，從而避免了整流輸出側(cè)直流電壓因輸入側(cè)脈沖、諧波等電磁干擾形成的尖峰電壓的持續(xù)累加而導(dǎo)致DC/DC變換器3 上所受電壓逐漸升高而損壞，這也避免了在DC/DC變換器3中使用昂貴的控制及高壓半導(dǎo)體器件，并大大增強(qiáng)了電路的可靠性；本實(shí)用新型方案的另一特點(diǎn)在于上述功能的實(shí)現(xiàn)是基于簡(jiǎn)潔的電力電子電路，因而它具有非常強(qiáng)的成本優(yōu)勢(shì)和實(shí)用價(jià)值。
權(quán)利要求1.一種三相智能電能表用開關(guān)電源電路，其特征在于它包括分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置 (1)，半波整流兼濾波裝置(2)，零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置(4)，以及負(fù)荷控制裝置(5)；所述分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置(1)由三相四線電源(6)供電，所述分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置(1)與半波整流兼濾波裝置(2) —端連接，所述半波整流兼濾波裝置(2)另一端輸出至 DC/DC變換器(3 )，所述DC/DC變換器(3 )與電能表功能電路(7 )連接，所述零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置(4 ) 一端與半波整流兼濾波裝置(2 )和DC/DC變換器(3 )連接，所述零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置(4)另一端與負(fù)荷控制裝置(5) —端連接，所述負(fù)荷控制裝置(5)另一端與分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置(1)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相智能電能表用開關(guān)電源電路，其特征在于所述分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置(1)包括功率電阻R0、R1、R2和R3，所述功率電阻RO連接輸入側(cè)電源零線，所述功率電阻Rl、R2和R3分別連接輸入側(cè)電源一相電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相智能電能表用開關(guān)電源電路，其特征在于所述半波整流兼濾波裝置(2)由高壓二極管Dl、D2、D3，電感Ll和高壓電解電容Cl組成；所述高壓二極管D1、D2、D3的陰極與電感Ll 一端相連，所述電感Ll另一端與高壓電解電容Cl正極和DC/DC變換器(3)輸入端相連，所述高壓電解電容Cl的負(fù)極與電阻RO相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相智能電能表用開關(guān)電源電路，其特征在于所述零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置(4 )由采樣電路(8 )和控制電路(9 )組成，所述采樣電路(8)由TVS管Z1、電阻R7、二極管D9及電阻R6組成，所述控制電路(9)由TVS管Z2、電阻R5、二極管D7、二極管D8和P通道型MOSFET Ml組成，所述TVS管Zl的陰極連接高壓電解電容Cl的正極，所述TVS管Zl的陽極連接電阻R7 —端，所述電阻R7另一端連接至二極管D9的陽極，所述二極管D9的陰極與二極管D8的陰極、二極管D7的陰極、TVS管Z2的陰極和P通道型MOSFET Ml的源極相連，所述電阻R6—側(cè)與高壓電解電容Cl正極相連，所述電阻R6另一側(cè)與TVS管Z2的陽極、P通道型MOSFET Ml的柵極和電阻R5—側(cè)相連，所述P 通道型MOSFET Ml的漏極與二極管D7陽極、電阻R5另一側(cè)、電感L2和電容C2 —側(cè)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相智能電能表用開關(guān)電源電路，其特征在于所述負(fù)荷控制裝置(5)由高壓二極管D4、D5和D6，功率電阻R4，電感L2及電容C2組成；所述高壓二極管D4、D5和D6的陽極與電阻R4 —側(cè)相連，所述電阻R4另一側(cè)與電感L2 —側(cè)相連，所述電感L2另一側(cè)與電容C2和電阻R5 —側(cè)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三相智能電能表用開關(guān)電源電路，其特征在于所述分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置(1)中的功率電阻R1、R2和R3的另一端分別與半波整流兼濾波裝置(2) 輸入側(cè)高壓二極管Dl、D2、D3的陽極連接，及負(fù)荷控制裝置(5)輸出側(cè)高壓二極管D4、D5、 D6的陰極連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種三相智能電能表用開關(guān)電源電路，它包括分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置(1)，半波整流兼濾波裝置(2)，零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置(4)，以及負(fù)荷控制裝置(5)；分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置(1)由三相四線電源(6)供電，分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置(1)與半波整流兼濾波裝置(2)一端連接，半波整流兼濾波裝置(2)另一端輸出至DC/DC變換器(3)，DC/DC變換器(3)與電能表功能電路(7)連接，零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置(4)一端與半波整流兼濾波裝置(2)和DC/DC變換器(3)連接，零線、過壓和電磁干擾監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置(4)另一端與負(fù)荷控制裝置(5)一端連接，負(fù)荷控制裝置(5)另一端與分布式負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置(1)連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)低成本、高可靠度、對(duì)強(qiáng)電磁干擾和極端諧波電流干擾具有有效抑制能力。
文檔編號(hào)H02M1/44GK202160098SQ20112023979
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者張磊, 徐文輝, 朱德省, 楊金土 申請(qǐng)人:江蘇林洋電子股份有限公司