專利名稱：一種電表及用于電表的電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電子電表及用于電表的電源，尤其涉及一種開關(guān)電源電子電 表及用于電表的開關(guān)電源。
背景技術(shù)：
電子電表對(duì)電源的要求有以下幾點(diǎn)a.輸入要求輸入電壓一般在154V-264V條件下工作，所有功能正常；而且輸入功 率在有無(wú)通信時(shí)皆有要求。b.輸出要求載波通信 12V/0. 3A 及 5V/0. IA ；485 通信 5V/0. 05A ；計(jì)量 5V/0. 05A.c. 485通信與其它電路之間必須做絕緣隔離，耐壓4000Vacd.法規(guī)要求如DL/T 614-2007多功能電能表、GB-T17215. 211-2008交流電測(cè)量
設(shè)備通用要求等)。長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)電子電表中電源電路主要使用低頻線性電源做為電子電表電源， 但因現(xiàn)電子電表的功能日益強(qiáng)大、智能化，如遠(yuǎn)程抄表、載波通信、485通信等，對(duì)電源的要 求逐漸提高，傳統(tǒng)電子電表無(wú)法解決輸出穩(wěn)定性、輸出功率、尺寸、溫度、壽命、節(jié)能和重量 等新的問(wèn)題。圖1是現(xiàn)有的低頻線性電源的電路原理圖。傳統(tǒng)低頻線性電源工作由電力電網(wǎng)交 流電ACl輸入經(jīng)低頻變壓器變壓得一低壓AC2，此AC2電壓經(jīng)整流與濾波得直流電壓DC1， 此DCl再經(jīng)線性電壓調(diào)節(jié)器得一穩(wěn)定的直流電壓DC2。此電源工作在低頻狀態(tài)，工作頻率為電網(wǎng)電壓頻率(一般為50Hz)，所以此變壓器 尺寸大而且線圈匝數(shù)很多，因此此類變壓器鐵損及銅損都非常大，故低頻變壓器效率非常 低(一般30%-50%)；如果要求輸出電壓穩(wěn)定就必須使用線性電壓調(diào)節(jié)器來(lái)穩(wěn)定輸出電 壓，這將導(dǎo)致輸出效率更低。而且此類電源供應(yīng)電表工作時(shí)，由于低頻線性電源的固有特性，其輸出電壓會(huì)隨 電網(wǎng)輸入電壓的變化而做相對(duì)線性變化，促使電源輸出電壓工作不穩(wěn)定，當(dāng)輸出電壓低于 電表功能電路正常工作所需的最低電壓時(shí)，直接導(dǎo)致電表無(wú)法正常工作。參見圖1，因?yàn)?AC2電壓與輸入電壓ACl是成正比的關(guān)系，當(dāng)輸入電壓ACl變化時(shí)AC2電壓也成正比變化， 所以經(jīng)整流后的DCl電壓也變化，從而使得此電壓極不穩(wěn)定。同時(shí)又因此變壓器銅損大，所 以輸出電壓的負(fù)載調(diào)整率也很差。綜合起來(lái)看，該類電源輸出電壓不穩(wěn)、輸入電壓范圍小、 效率低、重量重是其固有特性。而且在有限的空間內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)大的輸出功率。同時(shí)因效率 低又導(dǎo)致溫度高、壽命短、不節(jié)能等問(wèn)題。以下用一實(shí)例來(lái)說(shuō)明。圖2是現(xiàn)有的低頻線性電源電路，此電路工作情況如下電力電網(wǎng)電壓經(jīng)Tl低頻變壓器變壓后分三路AC輸出。第一路到T18、9腳兩端一個(gè)低AC電壓，再經(jīng)BDl整流橋后得12VDC電壓(空載 15VDC)。此12V電壓分兩路輸出，一路直接輸出，另一路經(jīng)Ul線性電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)到5V輸出。此兩路輸出給載波通信電路使用。此路輸出在輸入220V條件下空載輸出15VDC，加0. 15A負(fù)載時(shí)輸出9V，所以此路 銅損電阻為40歐姆(R= (15-9)V/0. 15A = 40歐姆)。當(dāng)輸入電壓在規(guī)格下限154V時(shí)，負(fù) 載0. 15A的條件下，載波通信輸出電壓僅為4. 5V(154V/220V*15V-0. 15A*40R = 4. 5V)。而 標(biāo)準(zhǔn)通常規(guī)定載波通信電壓要12V左右才有較好的載波通信品質(zhì)，4. 5V根本無(wú)法滿足載波 電路工作要求，導(dǎo)致載波信號(hào)無(wú)法傳送；同時(shí)掉電信號(hào)通常是設(shè)計(jì)在8V時(shí)通知數(shù)據(jù)處理芯 片做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或傳輸，4. 5V時(shí)必然導(dǎo)致掉電監(jiān)測(cè)電路工作，然而在沒有輸入掉電情況下，掉 電電路工作就是一個(gè)錯(cuò)誤。因此此類電源供應(yīng)電表工作時(shí)存在載波通信時(shí)信號(hào)不足及掉電 不良。此表載波電路實(shí)際工作電流為0. 15A左右，如果要確保載波電路在額定輸入電壓 (154V-264V)范圍內(nèi)，皆有高質(zhì)量的載波信號(hào)，同時(shí)還不得有掉電錯(cuò)誤。那么12VDC輸出在 0. 3A負(fù)載條件下，要保證12V+/-10 %電壓輸出，通常采取加大低頻變壓器尺寸，從而可將 變壓器中的線圈匝數(shù)增多和線徑加大，這樣可減少變壓器的鐵損及銅損，提高此變壓器的 輸出功率，同時(shí)負(fù)載調(diào)整率也得到了很好的改善；如果再使用一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器7812就最好 了。如此一來(lái)電壓輸出是可達(dá)到12V+/-5%的精度，但目前電表使用的外殼均為標(biāo)準(zhǔn)尺寸， 上述加大變壓器尺寸的方法難以實(shí)現(xiàn)，再者成本也大幅上升，無(wú)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。注目前此類單 相電子電表一般使用35變壓器，重約100g，尺寸L35mm*W35mm*H35mm。第二路到T15、6腳兩端一個(gè)低AC電壓，再經(jīng)Dl整流得12VDC電壓(空載)，此12V 電壓經(jīng)U2線性電壓調(diào)節(jié)到5V輸出，此路電壓給485通信使用。第三路到Tll、2腳兩端一個(gè)低AC電壓，再經(jīng)D2整流得12VDC電壓(空載)，此12V 電壓經(jīng)U3線性電壓調(diào)節(jié)到5V輸出，此路電壓給計(jì)量電路使用。由上可知，由于低頻線性電源的固有特性，在供應(yīng)電表工作時(shí)，極易產(chǎn)生如下問(wèn) 題①輸出電壓不穩(wěn)、輸出功率不夠?qū)е恋妮d波信號(hào)傳輸不良及通信芯片掉電；②低效率 導(dǎo)至的高能耗及元件高溫，導(dǎo)致電表壽命相對(duì)降低；③為解決上述①②問(wèn)題，必須加大線性 變壓器的型號(hào)及使用高效率的電壓調(diào)節(jié)器，從而造成的高成本與電表標(biāo)準(zhǔn)尺寸不夠；④線 性電源過(guò)重和尺寸過(guò)大，也容易造成的生產(chǎn)工藝復(fù)雜與運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)品易損壞?；陔娮?電表標(biāo)準(zhǔn)外殼規(guī)格大小，及成本的約束，使用低頻線性電源，難以解決以上諸多問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)的以上問(wèn)題，本實(shí)用新型的實(shí)施例提出了一種開關(guān)電源電子電 表及用于電表的開關(guān)電源電路，其技術(shù)方案如下。 一種電子電表，包括電表電源電路和電表功能電路，該電源電路包括輸入整流濾 波電路、隔離功率變壓器和輸出整流濾波電路，該變壓器磁芯上繞有至少一個(gè)一次繞組和 一個(gè)二次繞組，一次繞組連接到輸入整流濾波電路，二次繞組連接到輸出整流濾波電路，輸 出整流濾波電路連接到電表功能電路，電表功能電路中的掉電信號(hào)可以從電源電路中任意
一點(diǎn)獲取。所述電源電路還包括交換元件，一次繞組通過(guò)交換元件連接到輸入整流濾波電 路。所述交換元件是場(chǎng)效應(yīng)管、三極管或IGBT等功率半導(dǎo)體器件。[0024]所述電源電路還包括回授與控制電路，回授與控制電路連接到交換元件和輸出整 流濾波電路，并從輸出整流濾波電路取得回授與控制信號(hào)。所述電表功能電路包括載波通信電路、485通信電路或計(jì)量電路等。所述電表功能電路中的掉電信號(hào)從輸出整流濾波電路與電表功能電路之間任意
一點(diǎn)獲取。所述電表功能電路中的掉電信號(hào)由掉電監(jiān)測(cè)電路獲取，掉電監(jiān)測(cè)電路設(shè)于輸出整 流濾波電路與電表功能電路之間。所述掉電監(jiān)測(cè)電路包括至少兩個(gè)電阻組成的串聯(lián)分壓電路。所述電表功能電路中的掉電信號(hào)從輸入整流濾波電路與交換元件之間任意一點(diǎn) 獲取。所述電表功能電路中的掉電信號(hào)經(jīng)過(guò)變壓器繞組或光電耦合器等元件隔離后由 掉電監(jiān)測(cè)電路獲取，掉電監(jiān)測(cè)電路設(shè)于輸入整流濾波電路與交換元件之間任意一點(diǎn)與電表 功能電路之間。所述電表功能電路中的掉電信號(hào)從輸入整流濾波電路前的任意一點(diǎn)獲取。所述電表功能電路中的掉電信號(hào)經(jīng)過(guò)變壓器繞組或光電耦合器等元件隔離后由 掉電監(jiān)測(cè)電路獲取，掉電監(jiān)測(cè)電路設(shè)于輸入整流濾波電路前的任意一點(diǎn)與電表功能電路之 間。一種用于電表的電源電路，包括輸入整流濾波電路、交換元件、隔離功率變壓器和 輸出整流濾波電路，該變壓器磁芯上繞有至少一個(gè)一次繞組和一個(gè)二次繞組，一次繞組通 過(guò)交換元件連接到輸入整流濾波電路，二次繞組連接到輸出整流濾波電路，輸出整流濾波 電路連接到電表功能電路。所述電源電路還包括回授與控制電路，回授與控制電路連接到交換元件和輸出整 流濾波電路，并從輸出整流濾波電路取得回授與控制信號(hào)。所述電源電路工作在開關(guān)模式，開關(guān)狀態(tài)由回授與控制信號(hào)決定。所述電表功能電路中的掉電信號(hào)可以從電源電路中任意一點(diǎn)獲取。所述電表功能電路中的掉電信號(hào)由掉電監(jiān)測(cè)電路獲取，掉電監(jiān)測(cè)電路設(shè)于電源電 路中任意一點(diǎn)與電表功能電路之間，獲取掉電信號(hào)后通知電表功能電路的數(shù)據(jù)處理芯片進(jìn) 行數(shù)據(jù)處理或傳輸。本實(shí)用新型的電源隔離功率變壓器工作在高頻(工作頻率率大于20KHZ)開關(guān)狀 態(tài)，所以此變壓器及電子電表的尺寸相對(duì)現(xiàn)有的電子電表小很多，在相同的尺寸條件下輸 出的功率也做的大得多；所以使用此電源可解決低頻線性變壓器帶來(lái)的尺寸大、輸出電壓 不穩(wěn)定和輸出功率不夠等問(wèn)題，使電表載波信號(hào)傳輸穩(wěn)定，及解決了通信芯片掉電問(wèn)題，同 時(shí)又因此電源比線性電源的效率高得多(此開關(guān)電源效率大于60 % )，所以電子電表內(nèi)的 元器件溫度相對(duì)降低了許多，使產(chǎn)品壽命及可靠性相對(duì)提高許多。電源工作在高頻開關(guān)狀 態(tài)，在得到線性電源同樣的輸出紋波的條件下此電源的濾波電容值相對(duì)可小很多，成本顯 著下降。

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)本實(shí)
6用新型的實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。圖1是現(xiàn)有的低頻線性電源的電路原理圖；圖2是現(xiàn)有的低頻線性電源的電路圖；圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例提供的電子電表的電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型的實(shí)施例提供的電子電表的電路原理圖；圖5是本實(shí)用新型應(yīng)用于單相電表中的電路圖；圖6是電力電網(wǎng)的輸入電壓波形圖；圖7是圖6的電壓經(jīng)輸入整流濾波電路后得到的波形圖；圖8是圖7的電壓經(jīng)由控制與回授電路控制的交換元件后得到的波形圖；圖9是圖8的電壓經(jīng)二次繞組得到的波形圖；圖10是圖9的電壓經(jīng)輸出整流濾波電路后得到的波形圖；圖11是從輸出整流濾波電路與電表功能電路之間的A點(diǎn)獲取掉電信號(hào)的電路 圖；圖12是從輸入整流濾波電路與交換元件之間的B點(diǎn)獲取掉電信號(hào)的電路圖；圖13是從輸入整流濾波電路前的C點(diǎn)獲取掉電信號(hào)的電路圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的 實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)所獲得的 所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。參見圖3和圖4，本實(shí)用新型的電子電表包括電源電路和電表功能電路8，該電源 電路包括輸入整流濾波電路1、交換元件2、隔離功率變壓器3、輸出整流濾波電路4和回授 與控制電路5。交換元件可以是場(chǎng)效應(yīng)管、三極管或IGBT等功率半導(dǎo)體器件。隔離功率變壓器3 同一磁芯上繞有至少一個(gè)一次繞組和一個(gè)二次繞組，一次繞組通過(guò)交換元件2連接到輸入 整流濾波電路1，二次繞組連接到輸出整流濾波電路4。輸出整流濾波電路4連接到電表功 能電路8?；厥谂c控制電路5連接到交換元件2和輸出整流濾波電路4，并從輸出整流濾波 電路4取得回授與控制信號(hào)，回授與控制信號(hào)可用光電耦合器或變壓器做隔離(圖5中是 使用變壓器隔離模式)。基準(zhǔn)電壓6通常連接到回授與控制電路5，用來(lái)與回授與控制信號(hào) 做比較，為控制電路提供輸出整流濾波電路4的電壓狀態(tài)信號(hào)，此信號(hào)控制交換元件2和隔 離功率變壓器3的占空比，達(dá)到恒定輸出整流濾波電路4的電壓目的。電表功能電路包括 載波通信電路、485通信電路或計(jì)量電路等功能電路。圖5是本實(shí)用新型應(yīng)用于單相電表中的電路圖，該電源電路工作在開關(guān)模式，開 關(guān)狀態(tài)由回授與控制電路信號(hào)決定。通過(guò)電力電網(wǎng)AC電壓(波形如圖6)經(jīng)輸入整流濾波 電路后得到一個(gè)DC電壓(波形如圖7)，此DC電壓再經(jīng)由控制與回授電路控制的交換元件 斬波成方波(波形如圖8)后加在隔離功率變壓器一次繞組上，再經(jīng)變壓器磁芯耦合到二次 繞組上，所以二次繞組得到與一次繞組成比例的方波(二次繞組波形如圖9)，此方波再經(jīng) 輸出整流濾波電路后得到需要的DC電壓(波形如圖10)，此DC電壓再供給電表功能電路。為使此輸出的DC電壓恒定，本實(shí)用新型是通過(guò)回授電壓與基準(zhǔn)電壓6比較，經(jīng)控制電路處 理后，控制交換元件的開通與關(guān)斷時(shí)間，來(lái)達(dá)到恒定輸出的目的。此電路工作情況如下電力電網(wǎng)AC電壓(波形如圖5)經(jīng)Dl D4、Cl組成的輸入整流濾波電路后得到 一個(gè)DC電壓(波形如圖6)，此DC電壓再經(jīng)由IC1、R5、R6、C5、T1的N5繞組組成的回授與 控制電路及交換元件斬波成方波(波形如圖7)后，加在隔離功率變壓器一次繞組上(Tl的 N2繞組)，再經(jīng)變壓器磁芯耦合到二次繞組上(Tl的N4繞組、N6繞組、N7繞組)，所以二次 繞組得到與一次繞組成比例的方波(二次繞組波形如圖8)，此方波再經(jīng)輸出整流濾波電路 后得到需要的DC電壓(波形如圖9)，N4繞組經(jīng)D6、C7組成的整流濾波電路后得12VDC電 壓，此12V電壓分兩路輸出，一路直接輸出，另一路經(jīng)IC2線性電壓調(diào)節(jié)器得到5V輸出。此 兩路輸出給載波通信電路使用。N6繞組經(jīng)D8、C12組成的整流濾波電路后得8VDC電壓，此8V電壓經(jīng)IC4線性電 壓調(diào)節(jié)器得到5V輸出。此路輸出給計(jì)量電路使用。N7繞組經(jīng)D7、ClO組成的整流濾波電 路后得8VDC電壓，此8V電壓經(jīng)IC3線性電壓調(diào)節(jié)器得到5V輸出，此路輸出給485通信電 路使用。C8、C9組成IC2輸出5V電壓的濾波電路，同時(shí)此電容C8，C9同C7 —起為數(shù)據(jù)處 理芯片在得到掉電信號(hào)后提供足夠能量，以便此芯片能很好的完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或傳輸。Cll組 成IC3輸出5V電壓的濾波電路。C13組成IC4輸出5V電壓的濾波電路。Tl為隔離功率變 壓器，工作在高頻狀態(tài)，所以此變壓器尺寸小(5W僅為EE1614)、效率高(此電源效率可達(dá) 70%以上)。Tl的N5繞組是電壓回授繞組，因N4、N5、N6、N7都繞在同一磁芯上，所以它們 之間的電壓關(guān)系是線性比例關(guān)系，故此N5繞組上的電壓經(jīng)R5、R6分壓后送到ICl回授腳1， 經(jīng)ICl處理后控制Tl的N2繞組上的波形占空比，從而達(dá)到恒定輸出的目的。此電源輸入 工作電壓很寬，可接受全電壓90V 264V輸入，而且輸出電壓也很穩(wěn)定。在輸入電壓全電 壓變化及負(fù)載變化時(shí)能保證輸出電壓恒定在+/_5 %的范圍內(nèi)。電表功能電路中的掉電信號(hào)7是電子電表必須進(jìn)行監(jiān)測(cè)的信號(hào)，如果沒有此信 號(hào)，電子電表將會(huì)丟失其測(cè)量的數(shù)據(jù)，從而造成電力部門的重大損失，因此準(zhǔn)確經(jīng)濟(jì)的得到 掉電信號(hào)7非常重要，也是此電源能否用于電子電表的最關(guān)健因素之一。本實(shí)用新型的掉電信號(hào)7可從電源電路的任意一點(diǎn)獲取，掉電監(jiān)測(cè)電路可設(shè)于電 表電源電路任意一點(diǎn)與電表功能電路之間，獲取到的掉電信號(hào)通過(guò)掉電監(jiān)測(cè)電路處理后通 知電表功能電路數(shù)據(jù)處理芯片I/O 口進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或傳輸。以下分別以圖3或圖4中所示 的A點(diǎn)、B點(diǎn)和C點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明實(shí)施例一從輸出整流濾波電路與電表功能電路之間的A點(diǎn)獲取掉電信號(hào)7。參見圖11，電力電網(wǎng)電流中斷后，因C7的電能不能及時(shí)得到補(bǔ)充，所以C7電壓逐 漸下降，當(dāng)下降到一定值時(shí)掉電監(jiān)測(cè)電路將此信號(hào)通知數(shù)據(jù)處理芯片做數(shù)據(jù)處理或傳輸， 以防測(cè)量數(shù)據(jù)因掉電而丟失。掉電監(jiān)測(cè)電路設(shè)于A點(diǎn)與電表功能電路之間，實(shí)現(xiàn)掉電監(jiān)測(cè)的電路有很多方式， 以下以R3、R4電阻串聯(lián)分壓監(jiān)測(cè)電路舉例說(shuō)明，其工作原理如下當(dāng)電力電網(wǎng)電流中斷后，因Cl上的電能不能及時(shí)得到補(bǔ)充，所以Cl的電壓逐漸下 降，當(dāng)Cl電壓下降到一定值時(shí)，經(jīng)ICl控制的變壓器傳輸?shù)哪芰坎荒軡M足維持C7(C7正端 為A點(diǎn))兩端電壓的恒定，那么C7電壓將逐漸下降。C7兩端電壓經(jīng)R3、R4、C4組成的掉電 監(jiān)測(cè)電路取樣后給數(shù)據(jù)處理芯片I/O 口做掉電處理信號(hào)。
8[0065]C7兩端電壓Va經(jīng)R3、R4串聯(lián)分壓后得掉電監(jiān)測(cè)信號(hào)電壓Vs，Vs = Va*R4/ (R3+R4)。C4是對(duì)Vs信號(hào)濾波，防止高頻干攏信號(hào)使數(shù)據(jù)處理芯片誤動(dòng)作。掉電信號(hào)Va — 般設(shè)計(jì)為小于等于8V有效，當(dāng)然Va電壓其它值也可以，但要滿足在沒有掉電的情況下，所 有工作狀態(tài)下不能有掉電誤動(dòng)作這一原則。數(shù)據(jù)處理芯片I/O 口一般設(shè)計(jì)為低電平有效。 低電平門限電壓一般為1. 25V。所以當(dāng)Va電壓小于等于8V時(shí)，經(jīng)R3、R4分壓后再經(jīng)C4濾 波得掉電監(jiān)測(cè)電壓Vs也小于等于1. 25V，此Vs電壓送到電表功能電路的數(shù)據(jù)處理芯片I/O 口，此時(shí)因I/O 口得到的是低電平，所以數(shù)據(jù)處理芯片將做數(shù)據(jù)處理或傳輸動(dòng)作。R3、R4值可按下面流程方法設(shè)計(jì)先設(shè)定掉電信號(hào)有效電壓Va值，比如VaSV有 效，再?zèng)Q定掉電監(jiān)測(cè)信號(hào)有效電壓Vs值，比如Vsl. 25V有效。然后選定R3或R4值。比如 先選定 R4 值 10K，那么就可計(jì)算出 R3 的值，R3 = R4* (Va-Vs)/Vs = 10* (8-1. 25)/1. 25 = 54K。C4值選擇沒有太多要求。只要保證Vs電壓不被高頻干攏即可，通常使用IOOn便可。當(dāng)然也可將上述掉電監(jiān)測(cè)到的信號(hào)通過(guò)比較器后做精準(zhǔn)的邏輯處理后再送到數(shù) 據(jù)處理芯片I/O 口，本實(shí)用新型不做一一講述?？傊贏點(diǎn)獲取掉電信號(hào)7，通過(guò)掉電監(jiān)測(cè) 電路后，送到數(shù)據(jù)處理芯片I/O 口就能完成掉監(jiān)測(cè)這一功能。實(shí)施例二 從輸入整流濾波電路與交換元件之間的B點(diǎn)獲取掉電信號(hào)7。參見圖12，電力電網(wǎng)電流中斷后，因B點(diǎn)上的電能逐漸減少，其電壓也逐漸下降， 當(dāng)下降到一定值時(shí)掉電監(jiān)測(cè)電路將此信號(hào)通知數(shù)據(jù)處理芯片做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或傳輸。以防測(cè)量 數(shù)據(jù)因掉電而丟失。此信號(hào)一般需要使用變壓器繞組或光電耦合器等元件做隔離后才能給 掉電監(jiān)測(cè)電路使用。掉電監(jiān)測(cè)電路設(shè)于B點(diǎn)與電表功能電路之間，實(shí)現(xiàn)掉電監(jiān)測(cè)的電路有很多方式， 以下以R3、光電耦合器PTa和PTb、R4、C4組成的掉電監(jiān)測(cè)電路為例說(shuō)明，其工作原理如下當(dāng)電力電網(wǎng)電流中斷后，因Cl上的電能不能及時(shí)得到補(bǔ)充，所以Cl的電壓Vb逐 漸下降，當(dāng)此電壓下降到事先設(shè)定的掉電電壓，經(jīng)R3、光電耦合器PTa和PTb、R4、C4組成的 掉電監(jiān)測(cè)電路取樣后給數(shù)據(jù)處理芯片I/O 口做掉電處理信號(hào)。Cl兩端電壓Vb經(jīng)R3、Pta得一信號(hào)電流Ib，Ib = (Vb-Vf)/R3 (此式中的Vf是光 電耦合器Pta發(fā)光二極管的正向壓降，通常其值是1. IV左右)，Ib控制光電耦合器Ptb光 敏三極管的電流Ic，Ic = i3*Ib(此式中的β是此光電耦合器的傳輸率)，Ic經(jīng)R4得掉 電監(jiān)測(cè)信號(hào)Vs，Vs = R4*Ic，C4是對(duì)Vs信號(hào)濾波，防止高頻干攏信號(hào)使數(shù)據(jù)處理芯片誤動(dòng) 作。在輸入為220V的電子電表中，通常掉電信號(hào)Vb設(shè)計(jì)為小于等于90V有效比較安全、合 適。當(dāng)然Vb電壓其它值也可以，但要滿足在沒有掉電的情況下，所有工作狀態(tài)下不能有掉 電誤動(dòng)作這一原則。數(shù)據(jù)處理芯片I/O 口一般設(shè)計(jì)為低電平有效。低電平門限電壓一般為 1. 25V。所以當(dāng)Vb電壓小于等于90V時(shí)，經(jīng)R3、光電耦合器PTa和PTb、R4、C4后得掉電監(jiān) 測(cè)電壓Vs也小于等于1.25V，此Vs電壓送到數(shù)據(jù)處理芯片I/O 口，此時(shí)因I/O 口得到的是 低電平，所以數(shù)據(jù)處理芯片將做數(shù)據(jù)處理或傳輸動(dòng)作。R3、R4值可按下面流程方法設(shè)計(jì)先設(shè)定掉電信號(hào)有效電壓Vb值。比如Vb90V有 效。再?zèng)Q定掉電監(jiān)測(cè)信號(hào)有效電壓Vs值。比如Vsl.25V有效。然后選定R3或R4值。比 如先選定R3值1000K，光電耦合器的傳輸率為1，那么就可計(jì)算出R4的值，R4 = Vs*R3/ (Vb-Vf)/β = 1. 25*1000/(90-1. 1)/1 = 14Κ。C4值選擇沒有太多要求。只要保Vs電壓不 被高頻干攏即可，通常使用IOOn便可。[0074]當(dāng)然也可將上述掉電監(jiān)測(cè)到的信號(hào)通過(guò)比較器后做精準(zhǔn)的邏輯處理后再送到數(shù) 據(jù)處理芯片I/O 口。這里將不做一一講述?？傊贐點(diǎn)獲取掉電壓信號(hào)，通過(guò)掉電監(jiān)測(cè) 電路后，送到數(shù)據(jù)處理芯片I/O 口就能完成掉監(jiān)測(cè)這一功能。實(shí)施例三從輸入整流濾波電路前的C點(diǎn)獲取掉電信號(hào)。參見圖12，電力電網(wǎng)電流中斷后，因是電力電網(wǎng)直接取樣，所以掉電監(jiān)測(cè)電路可立 即通知數(shù)據(jù)處理芯片做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或傳輸。以防測(cè)量數(shù)據(jù)因掉電而丟失。此信號(hào)一般也需要 使用變壓器繞組或光電耦合器等元件做隔離后才能給掉電監(jiān)測(cè)電路使用。掉電監(jiān)測(cè)電路設(shè)于C點(diǎn)與電表功能電路之間，實(shí)現(xiàn)掉電監(jiān)測(cè)的電路有很多方式， 以下以R3、光電耦合器PTa和PTb、R4、C4組成的掉電監(jiān)測(cè)電路為例說(shuō)明，其工作原理如下當(dāng)電力電網(wǎng)電流中斷后，經(jīng)R3、光電耦合器PTa和PTb、R4、C4組成的掉電監(jiān)測(cè)電 路取樣后給數(shù)據(jù)處理芯片I/O 口做掉電處理信號(hào)。通常設(shè)計(jì)此信號(hào)具體方法是這樣的Vc 經(jīng)R3、Pta得一信號(hào)電流Ib，Ib = (Vb-Vf) /R3 (此式中的Vf是光電耦合器Pta發(fā)光二極管 的正向壓降，通常其值是1. IV左右)，Ib控制光電耦合器Ptb光敏三極管的電流Ic，Ic = i3*Ib(此式中的β是此光電耦合器的傳輸率)，Ic經(jīng)R4得掉電監(jiān)測(cè)信號(hào)Vs，Vs = R4*Ic， C4是對(duì)Vs信號(hào)濾波，防止高頻干攏信號(hào)使數(shù)據(jù)處理芯片誤動(dòng)作的同時(shí)還要維持Vs電壓在 一定的時(shí)間段保持穩(wěn)定。在輸入為220V的電子電表中，通常掉電信號(hào)Vb設(shè)計(jì)為小于等于 90V有效比較安全、合適。當(dāng)然Vc電壓其它值也可以，但要滿足在沒有掉電的情況下，所有 工作狀態(tài)下不能有掉電誤動(dòng)作這一原則。數(shù)據(jù)處理芯片I/O 口一般設(shè)計(jì)為低電平有效。低 電平門限電壓一般為1. 25V。所以當(dāng)Vb電壓小于等于90V時(shí)，經(jīng)R3、光電耦合器PTa和PTb、 R4、C4后得掉電監(jiān)測(cè)電壓Vs也小于等于1. 25V，此Vs電壓送到數(shù)據(jù)處理芯片I/O 口，此時(shí) 因I/O 口得到的是低電平，所以數(shù)據(jù)處理芯片將做數(shù)據(jù)處理或傳輸動(dòng)作。R3、R4值可按下面流程方法設(shè)計(jì)先設(shè)定掉電信號(hào)有效電壓Vc值。比如Vc90V有 效。再?zèng)Q定掉電監(jiān)測(cè)信號(hào)有效電壓Vs值。比如Vsl.25V有效。然后選定R3或R4值。比 如先選定R3值1000K，光電耦合器的傳輸率為1，那么就可計(jì)算出R4的值，R4 = Vs*R3/ (Vb-Vf)/ β = 1. 25*1000/(90-1. 1)/1 = 14Κ。C4 值選擇要求一般滿足 R4*C4 = IT 即可 (T為電網(wǎng)頻率)。如果電網(wǎng)是50Hz，C4 = 1*20/14 = 1. 4uF。實(shí)際值要設(shè)計(jì)者實(shí)驗(yàn)后做最 終取值。上述掉電監(jiān)測(cè)到的信號(hào)也可以通過(guò)比較器做精準(zhǔn)的邏輯處理后再送到數(shù)據(jù)處理 芯片I/O 口。這里將也不做一一講述?？傊贑點(diǎn)獲取掉電信號(hào)，通過(guò)掉電監(jiān)測(cè)電路后，送到數(shù)據(jù)處理芯片I/O 口就能 完成掉監(jiān)測(cè)這一功能。此C點(diǎn)可以在圖12中的電網(wǎng)L線上，也可是N線上，而且三相表應(yīng) 用時(shí)也可在電網(wǎng)中任意位置做取樣，即此信號(hào)在輸入整流濾波前取樣便可。本實(shí)用新型的電源隔離功率變壓器工作在高頻(工作頻率率大于20KHz)開關(guān)狀 態(tài)，所以此變壓器及電子電表的尺寸相對(duì)現(xiàn)有的電子電表小很多，在相同的尺寸條件下輸 出的功率也做的大得多；所以使用此電源可解決低頻線性變壓器帶來(lái)的尺寸大、輸出電壓 不穩(wěn)定和輸出功率不夠等問(wèn)題，使電表載波信號(hào)傳輸穩(wěn)定，及解決了通信芯片掉電問(wèn)題，同 時(shí)又因此電源比線性電源的效率高得多(此開關(guān)電源效率大于60 % )，所以電子電表內(nèi)的 元器件溫度相對(duì)降低了許多，使產(chǎn)品壽命及可靠性相對(duì)提高許多。電源工作在高頻開關(guān)狀 態(tài)，在得到線性電源同樣的輸出紋波的條件下此電源的濾波電容值相對(duì)可小很多，成本顯著下降。上述只是本實(shí)用新型在電子電表中典型應(yīng)用之一，三相表應(yīng)用只是輸入電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 不同，所以輸入整流濾波電路接法有所變化。還有一些多功能表的應(yīng)用也與上例大同小異。 本實(shí)用新型應(yīng)用時(shí)輸出電壓的值、組數(shù)、輸出功率、元件參數(shù)及使用開關(guān)電源的拓?fù)淇砂磳?shí) 際設(shè)計(jì)需要而定，這里不做一一敘述。以上公開的僅為本實(shí)用新型的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是，本實(shí)用新型并非局限于此， 任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員不經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)考慮到的變化都應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種電子電表，包括電表電源電路和電表功能電路，該電源電路包括輸入整流濾波電路、隔離功率變壓器和輸出整流濾波電路，該變壓器磁芯上繞有至少一個(gè)一次繞組和一個(gè)二次繞組，一次繞組連接到輸入整流濾波電路，二次繞組連接到輸出整流濾波電路，輸出整流濾波電路連接到電表功能電路，電表功能電路中的掉電信號(hào)可以從電源電路中任意一點(diǎn)獲取。
2.如權(quán)利要求1所述的電子電表，其特征在于所述電源電路還包括交換元件，一次繞 組通過(guò)交換元件連接到輸入整流濾波電路。
3.如權(quán)利要求2所述的電子電表，其特征在于所述交換元件是場(chǎng)效應(yīng)管、三極管或 IGBT等功率半導(dǎo)體器件。
4.如權(quán)利要求2所述的電子電表，其特征在于所述電源電路還包括回授與控制電路， 回授與控制電路連接到交換元件和輸出整流濾波電路，并從輸出整流濾波電路取得回授與 控制信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的電子電表，其特征在于電源電路工作在開關(guān)模式，開關(guān)狀態(tài)由 回授與控制信號(hào)決定。
6.如權(quán)利要求1所述的電子電表，其特征在于所述電表功能電路包括載波通信電路、 485通信電路或計(jì)量電路。
7.如權(quán)利要求1所述的電子電表，其特征在于所述電表功能電路中的掉電信號(hào)從輸出 整流濾波電路與電表功能電路之間任意一點(diǎn)獲取。
8.如權(quán)利要求7所述的電子電表，其特征在于所述電表功能電路中的掉電信號(hào)由掉電 監(jiān)測(cè)電路獲取，掉電監(jiān)測(cè)電路設(shè)于輸出整流濾波電路與電表功能電路之間。
9.如權(quán)利要求8所述的電子電表，其特征在于所述掉電監(jiān)測(cè)電路包括至少兩個(gè)電阻組 成的串聯(lián)分壓電路。
10.如權(quán)利要求8所述的電子電表，其特征在于所述掉電監(jiān)測(cè)電路包括至少一個(gè)比較ο
11.如權(quán)利要求4所述的電子電表，其特征在于所述電表功能電路中的掉電信號(hào)由掉 電監(jiān)測(cè)電路獲取，掉電監(jiān)測(cè)電路設(shè)于輸出整流濾波電路與電表功能電路之間，獲取掉電信 號(hào)后通知電表功能電路的數(shù)據(jù)處理芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或傳輸。
12.如權(quán)利要求2所述的電子電表，其特征在于所述電表功能電路中的掉電信號(hào)從輸 入整流濾波電路與交換元件之間任意一點(diǎn)獲取。
13.如權(quán)利要求12所述的電子電表，其特征在于所述電表功能電路中的掉電信號(hào)經(jīng)過(guò) 變壓器繞組或光電耦合器等元件隔離后由掉電監(jiān)測(cè)電路獲取，掉電監(jiān)測(cè)電路設(shè)于輸入整流 濾波電路與交換元件之間任意一點(diǎn)與電表功能電路之間。
14.如權(quán)利要求13所述的電子電表，其特征在于所述掉電監(jiān)測(cè)電路包括至少兩個(gè)電阻 和一個(gè)光電耦合器及一個(gè)電容。
15.如權(quán)利要求13所述的電子電表，其特征在于所述掉電監(jiān)測(cè)電路包括至少一個(gè)比較ο
16.如權(quán)利要求4所述的電子電表，其特征在于所述電表功能電路中的掉電信號(hào)由掉 電監(jiān)測(cè)電路獲取，掉電監(jiān)測(cè)電路設(shè)于輸入整流濾波電路與交換元件之間任意一點(diǎn)與電表功 能電路之間，獲取掉電信號(hào)后通知電表功能電路的數(shù)據(jù)處理芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或傳輸。
17.如權(quán)利要求1所述的電子電表，其特征在于所述電表功能電路中的掉電信號(hào)從輸 入整流濾波電路前的任意一點(diǎn)獲取。
18.如權(quán)利要求17所述的電子電表，其特征在于所述電表功能電路中的掉電信號(hào)經(jīng)過(guò) 變壓器繞組或光電耦合器等元件隔離后由掉電監(jiān)測(cè)電路獲取，掉電監(jiān)測(cè)電路設(shè)于輸入整流 濾波電路前的任意一點(diǎn)與電表功能電路之間。
19.如權(quán)利要求18所述的電子電表，其特征在于所述掉電監(jiān)測(cè)電路包括至少兩個(gè)電阻 和一個(gè)光電耦合器及一個(gè)電容。
20.如權(quán)利要求4所述的電子電表，其特征在于所述電表功能電路中的掉電信號(hào)由掉 電監(jiān)測(cè)電路獲取，掉電監(jiān)測(cè)電路設(shè)于輸入整流濾波電路前的任意一點(diǎn)與電表功能電路之 間，獲取掉電信號(hào)后通知電表功能電路的數(shù)據(jù)處理芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或傳輸。
專利摘要本實(shí)用新型的實(shí)施例公開了一種電子電表，該電子電表主要包括電表功能電路和電源電路，該電源電路包括交換元件、隔離功率變壓器、輸入整流濾波電路、輸出整流濾波電路和控制與回授電路。該變壓器同一磁芯上繞有只少一個(gè)一次繞組和一個(gè)二次繞組，一次繞組通過(guò)交換元件連接到輸入整流濾波電路，二次繞組連接到輸出整流濾波電路，輸出整流濾波電路連接到電表功能電路。電表功能電路中的掉電信號(hào)可以從電源電路中的任意一點(diǎn)獲取，電源工作在開關(guān)模式，開關(guān)狀態(tài)由控制與回授電路信號(hào)決定。
文檔編號(hào)H02M7/04GK201765273SQ201020255498
公開日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者洪金文, 洪金武 申請(qǐng)人:洪金文