近紅外讀數(shù)裝置及電表的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種近紅外讀數(shù)裝置，它用于與一個電表的紅外通訊部之間的通訊耦合，包括近紅外讀數(shù)裝置本體，近紅外讀數(shù)裝置本體的一端設(shè)置有數(shù)據(jù)接口，其中所述近紅外讀數(shù)裝置本體的端部設(shè)有讀數(shù)頭殼體，所述讀數(shù)頭殼體內(nèi)設(shè)有讀數(shù)模塊，所述讀數(shù)模塊連接數(shù)據(jù)接口。本發(fā)明還公開了一種電表，它接設(shè)于電網(wǎng)供電線與電網(wǎng)用戶負載之間，包括前述近紅外讀數(shù)裝置，以及與之相配合的表殼，在所述表殼內(nèi)設(shè)置有處理器和紅外通訊部，所述紅外通訊部電連接至處理器，其中所述表殼內(nèi)固定有鐵柱，所述近紅外讀數(shù)裝置內(nèi)固定有磁柱，所述鐵柱與所述磁柱的位置相對應(yīng)并可吸附在一起。本發(fā)明可以掛多個負載，互不影響，耐380VAC，可防止人體不小心觸電，功耗低。
【專利說明】近紅外讀數(shù)裝置及電表
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明實施例是關(guān)于一種具有近紅外讀數(shù)裝置的低功耗電表。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)電表的電源方案只能輸出一路電源，電源的輸出能力有限，最大輸出功率為限流電流乘以鉗位電壓。并且大負載或負載短路會導(dǎo)致電源電壓下降，從而造成微處理器(MCU)無法工作的問題。傳統(tǒng)電表的小功率工頻變壓器和AC-DC開關(guān)電源只能適用于220VAC的場合，誤接入380VAC電網(wǎng)會燒毀電源。當(dāng)電網(wǎng)因為接線錯誤或斷零線輸出380VAC會導(dǎo)致所有接入電網(wǎng)的不抗380VAC的設(shè)備燒毀。傳統(tǒng)電表的阻容降壓方案不帶隔離功能，無法應(yīng)用于RS485等供電，并且存在觸電危險。傳統(tǒng)的繼電器控制電路需要根據(jù)系統(tǒng)電壓來選擇3.3V, 5V, 12V等規(guī)格的繼電器，并且繼電器消耗的電流/電源增加的電流=1: 1.
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明一個較佳實施例主要涉及一種電表，用于近紅外通訊，本發(fā)明另一個實施例是可以輸出多路電源的，從高壓交流電源取電以供給低壓小功率直流設(shè)備使用的電源技術(shù)?？梢杂糜趶?20VAC或380VAC供電輸出12V，5V，24V等電壓的非隔離和隔離電源設(shè)計。本發(fā)明實施例之一可用于設(shè)備防止誤接380VAC保護設(shè)計，可以拓寬常規(guī)阻容降壓電源的使用范圍和代替部分小功率工頻變壓器和AC-DC開關(guān)電源的應(yīng)用。可應(yīng)用于電能表，家用電器，繼電器控制等設(shè)備，在一個實施例中，涉及使用此項技術(shù)以降低電表功耗，滿足近紅外功率的補償。
[0004]技術(shù)方案1:近紅外讀數(shù)裝置，它用于與一個電表的紅外通訊部之間的通訊耦合，包括一個近紅外讀數(shù)裝置本體，其改進設(shè)計在于:所述近紅外讀數(shù)裝置本體的一端設(shè)置有數(shù)據(jù)接口，其中所述近紅外讀數(shù)裝置本體的端部設(shè)有讀數(shù)頭殼體，所述讀數(shù)頭殼體內(nèi)設(shè)有讀數(shù)模塊，所述讀數(shù)模塊連接數(shù)據(jù)接口。
[0005]在一個實施例中，進一步包括電源，它為所述讀數(shù)模塊提供工作電壓，且進一步連接所述數(shù)據(jù)接口，通過所述數(shù)據(jù)接口獲取外部電力源。
[0006]在一個實施例中，所述讀數(shù)模塊包括呈圓環(huán)形排布的多個紅外發(fā)射管，其中所述紅外發(fā)射管的圓錐發(fā)射角度設(shè)定為30至75°的范圍內(nèi)。
[0007]技術(shù)方案2:電表，它接設(shè)于電網(wǎng)供電線與電網(wǎng)用戶負載之間，其改進設(shè)計在于:包括根據(jù)技術(shù)方案I所述的近紅外讀數(shù)裝置，以及與之相配合的表殼，在所述表殼內(nèi)設(shè)置有處理器和紅外通訊部，所述紅外通訊部電連接至處理器，其中所述表殼內(nèi)固定有鐵柱，所述近紅外讀數(shù)裝置內(nèi)固定有磁柱，所述鐵柱與所述磁柱的位置相對應(yīng)并可吸附在一起。
[0008]在一個實施例中，所述電源包括降壓部，所述降壓部又由η級阻容降壓部級聯(lián)組成，其中每一阻容降壓部包括接入電網(wǎng)電力線L線的阻抗和與之串接的容性器件，以及連接所述容性元件的雙向TVS管，L線電網(wǎng)交流電經(jīng)過所述阻抗和容性器件加以限流，再經(jīng)過所述雙向TVS管加以鉗位后流回N線。[0009]在一個實施例中，進一步為所述雙向TVS管后端耦合配置有橋堆和與之連接的充放電器件。
[0010]本發(fā)明優(yōu)勢顯而易見:傳統(tǒng)電表的電源方案只能輸出一路電源，電源的輸出能力有限，最大輸出功率為限流電流乘以鉗位電壓。并且大負載或負載短路會導(dǎo)致電源電壓下降，從而造成微處理器(MCU)無法工作的問題。
[0011]本發(fā)明分段輸出型阻容降壓電源可以在阻容降壓回路中串入多個整流穩(wěn)壓電路得到η路直流電源，各路的直流電源最大輸出能力為限流電流乘以各路的鉗位電壓。整體電源輸出功率近似為傳統(tǒng)阻容降壓電源的η倍?？梢話於鄠€負載互不影響，大負載不會對單片機部分造成影響，提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0012]傳統(tǒng)的小功率工頻變壓器和AC-DC開關(guān)電源只能適用于220VAC的場合，誤接入380VAC電網(wǎng)會燒毀電源。當(dāng)電網(wǎng)因為接線錯誤或斷零線輸出380VAC會導(dǎo)致所有接入電網(wǎng)的不抗380VAC的設(shè)備燒毀。
[0013]而本方案采用高交流耐壓的安規(guī)電容，誤接入380VAC電網(wǎng)可以正常使用。經(jīng)過后端單片機判斷，可以斷開繼電器輸出來保護后端發(fā)熱盤、電機等不耐380VAC的設(shè)備。
[0014]傳統(tǒng)的阻容降壓方案不帶隔離功能，無法應(yīng)用于RS485等供電，并且存在觸電危險。
[0015]本方案使用反激式隔離電源輸出，可以對需要隔離的RS485，RS232, MBUS等電路或人體會接觸到的按鍵電路等進行供電，防止人體不小心觸電。
[0016]傳統(tǒng)的繼電器控制電路需要根據(jù)系統(tǒng)電壓來選擇3.3V, 5V, 12V等規(guī)格的繼電器，并且繼電器消耗的電流/電源增加的電流=1:1。
[0017]本方案采用的繼電器等效BUCK拓撲結(jié)構(gòu)，通過改變PWM波形的占空比可以在一個電壓下驅(qū)動各種電壓規(guī)格的繼電器，繼電器的通用性大大增加，并且繼電器消耗的電流/電源增加的電流=1 =PWM占空比，電源增加的電流小于繼電器消耗的電流，降低了繼電器吸合時的功耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1A為本發(fā)明近紅外讀數(shù)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖一；
[0019]圖1B為本發(fā)明近紅外讀數(shù)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖一；
[0020]圖2為為讀數(shù)模塊中的紅外發(fā)射管的徑向排布示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明電表的電源部分主要電路圖。
【具體實施方式】
[0022]參照圖1A、圖1B，近紅外讀數(shù)裝置的較佳實施例是用于與本發(fā)明電表的紅外通訊部之間的通訊耦合，包括一個近紅外讀數(shù)裝置本體4，其中所述近紅外讀數(shù)裝置本體的一端設(shè)置有數(shù)據(jù)接口 5，其中所述近紅外讀數(shù)裝置本體的端部設(shè)有讀數(shù)頭殼體6，所述讀數(shù)頭殼體6內(nèi)設(shè)有讀數(shù)模塊7，所述讀數(shù)模塊7連接了數(shù)據(jù)接口 5。
[0023]在一個實施例中，進一步包括電源，它為所述讀數(shù)模塊7提供+12V直流工作電壓，且進一步連接所述數(shù)據(jù)接口 5，通過數(shù)據(jù)接口 5獲取外部220VAC電力源。
[0024]參照圖2，在一個實施例中，所述讀數(shù)模塊7包括呈圓環(huán)形排布的多個紅外發(fā)射管701，其中每一紅外發(fā)射管7011的圓錐發(fā)射角度設(shè)定為30至75°的范圍內(nèi)。
[0025]在一個較佳實施例中,所述圓錐發(fā)射角度設(shè)定為60°。
[0026]在另一個實施例中，再次參照圖1A，一種近紅外通訊的電表包括了前述的近紅外讀數(shù)裝置，以及與之相配合的表殼2，在所述表殼2內(nèi)設(shè)置有處理器和紅外通訊部，所述紅外通訊部電連接至處理器，其中所述表殼內(nèi)固定有鐵柱1，所述近紅外讀數(shù)裝置內(nèi)固定有磁柱3，所述鐵柱I與所述磁柱3的位置相對應(yīng)并可吸附在一起。
[0027]參照圖3，在一個實施例中，電源電路包括降壓部，多路整流穩(wěn)壓電路，繼電器PWM控制電路，反激式隔離電源電路。
[0028]在一個實施例中，所述電源包括降壓部，所述降壓部又由η級阻容降壓部級聯(lián)組成，其中每一阻容降壓部包括接入電網(wǎng)電力線L線的阻抗和與之串接的容性器件，以及連接所述容性元件的雙向TVS管，L線電網(wǎng)交流電經(jīng)過所述阻抗和容性器件加以限流，再經(jīng)過所述雙向TVS管加以鉗位后流回N線。
[0029]阻容降壓部:由功率繞線電阻R1，高壓安規(guī)電容Cl，雙向TVS管D1，D2，D3組成。交流電壓從火線經(jīng)過R1，Cl限流，Dl, D2, D3鉗位流回零線。因為Dl，D2, D3的雙向鉗位特性，在Dl，D2, D3分別得到峰峰值為TVS鉗位電壓的交流電壓。各路的交流電壓經(jīng)過各路的整流穩(wěn)壓電路分別供各路后端器件使用。當(dāng)需要更多路電源輸出時，在阻容降壓回路中繼續(xù)串入雙向TVS管Dn。
[0030]多路整流穩(wěn)壓電路:由橋堆BI，B2,整流二極管D7，電解電容El，E2, E4, E5，穩(wěn)壓芯片U1，貼片電容C5，C6組成。D2上的交流電壓經(jīng)過BI全波整流，El濾波后得到VCC2電壓供繼電器PWM控制電路使用。Dl上的交流電壓經(jīng)過B2全波整流，E2濾波后得到VCC3電壓供反激式隔離電源使用。D3上的交流電壓經(jīng)過D7半波整流，E4濾波后得到VCCl電壓，VCCl經(jīng)過Ul穩(wěn)壓，E5，C5, C6濾波后得到3.3V電壓供后端單片機使用。當(dāng)需要更多路電源輸出時，在Dn上的交流電壓經(jīng)過Bn整流，En濾波后得到VCCn電壓供后端使用。
[0031]繼電器PWM控制電路:由繼電器K1，光耦OPl，三極管Ql，續(xù)流二極管D4，電阻RH, R12組成。當(dāng)繼電器斷開時，PWMl信號一直為高電平，OPl輸入端無電流，OPl輸出端截止，Ql截止，Kl線圈無電壓，Kl斷開。當(dāng)繼電器吸合時，PWMl處輸出PWM信號，OPl輸入端間按PWM信號導(dǎo)通/截止，OPl輸出端按PWM信號導(dǎo)通/截止，VCC2電壓經(jīng)過Rll和OPl輸出端流入Ql的B級，Ql按PWM信號導(dǎo)通/截止。Ql導(dǎo)通時VCC2流過Kl的線圈電流為Ik，二極管D4截止。當(dāng)Ql截止時Kl內(nèi)部的電流Ik經(jīng)過續(xù)流二極管D4流回VCC2。VCC2的平均電流為I2，PWM信號的周期為T，導(dǎo)通時間為Ton。按照VCC2的功耗乘以效率Π=Κ1的功耗加以計算，即滿足關(guān)系式:
[0032]12= (Ik.Ton)/(T.η),
[0033]在一個實施例中，通過對電路的測試得出:η=0.9，12=1.1Ik.Ton/T，假設(shè)選擇的繼電器Kl的吸合電壓為VKl，則占空比Ton/T=VKl/VCC2。
[0034]本方案采用的繼電器等效BUCK拓撲結(jié)構(gòu)，通過改變PWM波形的占空比可以在一個電壓下驅(qū)動各種電壓規(guī)格的繼電器，繼電器的通用性大大增加，并且繼電器消耗的電流/電源增加的電流=1 =PWM占空比，電源增加的電流小于繼電器消耗的電流，降低了繼電器吸合時的功耗。
[0035]反激式隔離電源電路:由電阻R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, 二極管D6, D5，高頻變壓器Tl，光耦0P2，開關(guān)電源芯片U2，電壓基準(zhǔn)U3，貼片電容C2，C3, C4，電解電容E3組成。VCC3通過U2的VIN腳對U2供電。當(dāng)系統(tǒng)上電時，VCC3電壓通過R4進入芯片U2使能引腳SHDN，U2開始工作。此時0P2輸出截止，U2的反饋引腳FB被R5拉低，芯片認為輸出電壓還沒有達到設(shè)定值，U2的SW腳開始反復(fù)導(dǎo)通和截止，當(dāng)SW腳導(dǎo)通時，VCC3電壓流過Tl的1，2繞組對變壓器充電，按照同名繞組的定義，此時變壓器Tl的3腳處為負電平，D5不導(dǎo)通。當(dāng)SW腳截止時，Tl的1，2繞組的電流繼續(xù)沿著D6，R3, C2流回VCC3，同名端處為正，對應(yīng)的3腳同名端也為正，D5導(dǎo)通，對C3，E3充電，485V電壓上升。485V電壓通過R6，R7對電壓基準(zhǔn)U3進行供電，U3對通過R9，RlO分壓后的485V電壓進行判斷。R8和C4做相位調(diào)整用，改善U3的響應(yīng)特性。
[0036]當(dāng)485V電壓上升到5V時，U3的I腳輸出低電平，0P2輸出導(dǎo)通，VCC3電壓通過R2, 0P2, R5分壓后輸入U2的反饋腳FB腳。U2的SW腳停止導(dǎo)通，變壓器Tl無能量傳遞，485V電壓開始下降，U3的I腳輸出高電平，0P2截止，U2的FB腳電壓下降，U2的SW腳又重新開始開關(guān)。經(jīng)過反復(fù)的停止和開關(guān)，485V電壓穩(wěn)定在一個設(shè)定值。
[0037]前述實施方式僅僅是對本發(fā)明技術(shù)方案的較佳體現(xiàn)，并非是對本發(fā)明技術(shù)方案的限定，本發(fā)明的技術(shù)范疇和權(quán)利主張是以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)的。
【權(quán)利要求】
1.近紅外讀數(shù)裝置，它用于與一個電表的紅外通訊部之間的通訊耦合，包括一個近紅外讀數(shù)裝置本體，其改進設(shè)計在于:所述近紅外讀數(shù)裝置本體的一端設(shè)置有數(shù)據(jù)接口，其中所述近紅外讀數(shù)裝置本體的端部設(shè)有讀數(shù)頭殼體，所述讀數(shù)頭殼體內(nèi)設(shè)有讀數(shù)模塊，所述讀數(shù)模塊連接數(shù)據(jù)接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外讀數(shù)裝置，其改進設(shè)計在于:進一步包括電源，它為所述讀數(shù)模塊提供工作電壓，且進一步連接所述數(shù)據(jù)接口，通過所述數(shù)據(jù)接口獲取外部電力源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外讀數(shù)裝置，其改進設(shè)計在于:所述讀數(shù)模塊包括呈圓環(huán)形排布的多個紅外發(fā)射管，其中所述紅外發(fā)射管的圓錐發(fā)射角度設(shè)定為30至75°的范圍內(nèi)。
4.電表，它接設(shè)于電網(wǎng)供電線與電網(wǎng)用戶負載之間，其改進設(shè)計在于:包括根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項所述的近紅外讀數(shù)裝置，以及與之相配合的表殼，在所述表殼內(nèi)設(shè)置有處理器和紅外通訊部，所述紅外通訊部電連接至處理器，其中所述表殼內(nèi)固定有鐵柱，所述近紅外讀數(shù)裝置內(nèi)固定有磁柱，所述鐵柱與所述磁柱的位置相對應(yīng)并可吸附在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電表，其改進設(shè)計在于:所述電源包括降壓部，所述降壓部又由η級阻容降壓部級聯(lián)組成，其中每一阻容降壓部包括接入電網(wǎng)電力線L線的阻抗和與之串接的容性器件，以及連接所述容性元件的雙向TVS管，L線電網(wǎng)交流電經(jīng)過所述阻抗和容性器件加以限流，再經(jīng)過所述雙向TVS管加以鉗位后流回N線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電表，其改進設(shè)計在于:進一步為所述雙向TVS管后端耦合配置有橋堆和與之連接的充放電器件。
【文檔編號】H02M7/40GK103513075SQ201310470720
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】沈蔚, 宋錫強 申請人:華立儀表集團股份有限公司