一種電表的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種完全拋棄充電電池作為后備電源組成的電表，僅使用電化學(xué)電容器作為后備電源的方案。本發(fā)明利用直流升壓穩(wěn)壓模塊，使后備電源的電容器可以提供更多電能,更進(jìn)一步地，在前述基礎(chǔ)上，增加電壓比較模塊和控制模塊，并設(shè)置工作回路最低工作電壓以上、正常供電時供電電壓以下的閥值電壓，通過電壓比較模塊、控制模塊，來實現(xiàn)自動切換儲能器件的充電和供電。
【專利說明】-種電表

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于測量電功率或電流的時間積分的裝置領(lǐng)域，具體涉及電表的后備 電源。

【背景技術(shù)】
[0002] 電表一般存在弱電電路。正常供電時，使用市政供電轉(zhuǎn)化而來的直流電作為其供 電電源，其工作回路提供數(shù)據(jù)儲存、處理分析等等功能。由于市政供電存在停電的可能，為 保障停電期間，重要的工作回路仍處于供電狀態(tài)，因此為電表設(shè)置了后備電源及其備用電 源電路，正常供電時，市政供電轉(zhuǎn)化而來的直流電就通過后備電源的正極端，向后備電源的 儲能模塊中的儲能器件充電，遇到不能正常供電時，則通過后備電源及其備用電源電路向 工作回路供電。
[0003] 電表后備電源的儲能器件，多米用充電電池或者充電電池與電化學(xué)電容器的組 合。然而，充電電池具有多項缺陷，首先，充電電池的充放電、快速充電、反復(fù)傳輸高功率脈 沖，會導(dǎo)致充電電池的壽命下降；第二，電池受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍， 如果過放可能造成永久性破壞；第三，電池原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過程，造 成環(huán)境污染；第四，存在接觸不牢固的問題；最重要的是，需要經(jīng)常維護(hù)，電池每使用一段 時間，就需要維護(hù)更換。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，公開一種完全拋棄充電電池作為后備電源組成的電 表，僅使用電化學(xué)電容器一這種電容器又稱為"超級電容器"一作為后備電源的方案。
[0005] 由于電化學(xué)電容器作為后備電源時，存在輸出電壓不穩(wěn)的問題，造成輸出電壓下 降到不能使工作回路工作之后，電容器仍存儲有大量電荷可供電源之用。因此，本發(fā)明利用 直流升壓穩(wěn)壓模塊，使后備電源的電容器可以提供更多電能：其輸入端與儲能模塊的正極 端相連接，其輸出端通過整流元件與后備電源的正極端相連接。后備電源的負(fù)極端接地。
[0006] 當(dāng)存在市政供電時，直流升壓穩(wěn)壓模塊輸出端的電壓小于或者等于市政供電轉(zhuǎn)化 來的直流電壓，因此，整流元件也禁止該電路導(dǎo)通；不能正常供電時，直流升壓穩(wěn)壓模塊輸 出端的電壓比整流元件另一端的電壓高，整流元件因此令電路導(dǎo)通，儲能模塊因此將其所 儲蓄的電能通過后備電源的正極端向工作回路供電。整流元件的選擇和連接，應(yīng)符合上述 功能描述。
[0007] 前述
【發(fā)明內(nèi)容】
只公開了儲能期間的供電。更進(jìn)一步地，在前述基礎(chǔ)上，增加電壓比 較模塊和控制模塊，并設(shè)置工作回路最低工作電壓以上、正常供電時供電電壓以下的閥值 電壓，通過電壓比較模塊、控制模塊以及直流升壓穩(wěn)壓模塊的控制端，來實現(xiàn)自動切換儲能 器件的充電和供電。
[0008] 將電壓比較模塊連接后備電源的正極端，使其可以檢測供電電壓，根據(jù)其變化，將 信號輸出到控制模塊、直流升壓穩(wěn)壓模塊的控制端；控制模塊根據(jù)控制端輸入的信號，來控 制是否導(dǎo)通后備電源的正極端與儲能模塊，以給儲能器件充電，直流升壓穩(wěn)壓模塊根據(jù)控 制端輸入的信號，判斷是否處于后備電源供電的狀態(tài)，來決定直流升壓穩(wěn)壓模塊是否需要 工作；在直流升壓穩(wěn)壓模塊工作時，輸出的供電電壓小于閥值電壓，就可以使后備電源正極 端的電壓不至于使直流升壓穩(wěn)壓模塊誤以為處于正常供電狀態(tài)。
[0009] 電壓比較模塊，在后備電源正極端大于閥值電壓時，輸出第一控制信號到控制模 塊，使供電電源通過后備電源的正極端給后備電源的儲能器件充電； 電壓比較模塊在后備電源正極端的電壓小于閥值電壓時，輸出第二控制信號到直流升 壓穩(wěn)壓模塊，使后備電源通過直流升壓穩(wěn)壓模塊的輸出端和整流元件（D1)向工作回路供 電。
[0010] 閥值電壓的設(shè)置方法，根據(jù)上述構(gòu)思得出。更進(jìn)一步地，利用參考電壓電路。參考 電壓電路的設(shè)置，本發(fā)明利用了穩(wěn)壓二極管兩端電壓差為2. 5伏的特性。
[0011] 所稱"去耦"、"分壓"、"限流"、"整流"元件，只需要具備此種功能之一的元件即可， 并不要求必須采用電容、電阻等元件，也不要求主要作用是上述作用，只需要包括了上述作 用的元件，即可按照說明書實現(xiàn)技術(shù)效果。
[0012] 電化學(xué)電容器的特性，可以克服使用充電電池作為后備電源的缺點。電化學(xué)電容 器相對充電電池來說，可以滿足在更為極端的自然環(huán)境中工作的要求，并能實現(xiàn)長期的免 維護(hù)，而且可焊接，進(jìn)而解決接觸不牢的問題。
[0013] 該電路使充電與供電采用了同一電路，因此容易維護(hù)，檢測更簡單，生產(chǎn)成本也更 低。而該電路也可用于使用充電電池作為后備電源的情況，利于批量生產(chǎn)，增強(qiáng)通用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 附圖1為本發(fā)明電表后備電源電路的原理圖。
[0015] 附圖2為本發(fā)明電表后備電源電路具體實施例的電路圖。

【具體實施方式】
[0016] 如圖1所示，電表的后備電源包括正極端、負(fù)極端；控制模塊包括輸入端、輸出端、 控制端；直流升壓穩(wěn)壓模塊包括輸入端、輸出端、控制端；儲能模塊包括正極端、負(fù)極端；電 壓比較模塊包塊輸入端、輸出端。
[0017] 控制端的輸入端與后備電源的正極端連接，控制端的輸出端與儲能模塊的正極端 連接；直流升壓穩(wěn)壓模塊的輸入端與儲能模塊的正極端連接，輸出端與整流元件D1的陽極 連接；電壓比較模塊的輸入端與后備電源的正極端連接，輸出端與控制模塊的控制端、直流 升壓穩(wěn)壓模塊的控制端連接；整流元件D1的陰極與后備電源的正極端連接；后備電源的負(fù) 極端與儲能模塊的負(fù)極端接地。
[0018] 電壓比較模塊的輸出端將第一控制信號輸出到控制模塊，第二控制信號輸出到直 流升壓穩(wěn)壓控制模塊。
[0019] 如圖2所示，當(dāng)存在主供電電源時，VM為電表弱電模塊工作回路的工作電壓，也是 后備電源正極端的電壓，也就是充電的電壓；VCAP為后備電源儲能模塊正極端的電壓，也 就是后備電源的輸出電壓；R12及R8共同組成了第一分壓組，本實施例中，穩(wěn)壓二極管ZD3 與電容C5共同組成了參考電壓電路。R12為9. 1千歐，R12為12千歐，U1為第一比較器， U2為第二比較器，第一分壓組與第一、第二比較器、參考電壓電路、限流電阻R11共同構(gòu)成 了電壓比較模塊；直流升壓穩(wěn)壓模塊采用了 SX1308芯片，其SW引腳為直流升壓穩(wěn)壓模塊的 輸出端；R13-R15為第二分壓組，與SX1308芯片、L1共同構(gòu)成了直流升壓穩(wěn)壓模塊；穩(wěn)壓二 極管ZD3提供了基準(zhǔn)電壓VR，此處為2. 5伏，此時根據(jù)第一分壓組，可以計算出設(shè)置的閥值 電壓為：2.5X (R12+R8)+R8=2.5X (9.1+12) + 12=4.4(伏);Q4 為 P 型場效應(yīng)管，構(gòu)成控 制模塊；該方案采用了 4塊電化學(xué)電容器兩兩并聯(lián)作為后備電源的儲能器件；C1-C6均為旁 路或去耦電容、C5同時還是儲能電容，使停電等情況發(fā)生時，結(jié)合穩(wěn)壓二極管ZD3,在掉電 瞬間，儲能電容C5兩端還保持基準(zhǔn)電壓VR ;R1-R7、R9為限流電阻，R18為反饋電阻；C1-C6 中除C5外、R1-R7、R9、R18僅為優(yōu)化電路而存在，并非實現(xiàn)技術(shù)效果的必要條件。實施例 中，所述"去耦"、"儲能"、"分壓"、"限流"、"整流"元件，分別采用電容、電容、電阻、電阻、二 極管。
[0020] 以下為各元件的連接關(guān)系描述： 穩(wěn)壓二極管ZD3與電容C5并聯(lián)，其陽極接地，陰極與后備電源的正極端、第一比較器U1 的負(fù)輸入端和第二比較器U2的正輸入端連接；第一比較器U1的正輸入端與電阻R12的一 端連接，電阻R12的另一端與后備電源的正極端連接，第一比較器U1的正輸入端還與電阻 R8的一端連接，電阻R8的另一端接地；第一比較器U1的輸出端與第二比較器U2的負(fù)輸入 端連接；第二比較器U2的輸出端與直流升壓穩(wěn)壓芯片的控制端、場效應(yīng)管Q4的柵極連接。
[0021] 第二比較器U2的輸出端是電壓比較模塊的輸出端，限流元件R11連接后備電源正 極端的一端與分壓元件R12連接后備電源正極端的一端共同組成了電壓比較模塊的輸入 端。
[0022] 穩(wěn)壓二極管ZD3的陰極與后備電源的正極端之間還連接有電阻R11，電阻R11連接 后備電源正極端的一端還連接有電容C4,電容C4的另一端接地，所述第一比較器U1的正輸 入端還連接電容C3,電容C3的另一端接地，所述第一比較器U1的輸出端與后備電源的正極 端之間，還連接電阻R7。
[0023] 場效應(yīng)管Q4的源極是控制模塊的輸入端，其柵極是控制模塊的控制端，其漏極是 控制模塊的輸出端，柵極與第二比較器U2的輸出端之間還連接有電阻R5。
[0024] 二極管D1的陰極還連接電容C2,電容C2的另一端接地，直流升壓穩(wěn)壓芯片的輸入 端還連接電容C1，電容C1的另一端接地，直流升壓穩(wěn)壓芯片的控制端端還連接電阻R6,電 阻R6的另一端連接后備電源的正極端。
[0025] 電化學(xué)電容器E1、E2的陽極分別與穩(wěn)壓二極管ZD1、ZD2的陰極連接，穩(wěn)壓二極管 ZD1、ZD2的陽極分別與電阻Rl、R2連接，電阻Rl、R2的另一端分別連接電化學(xué)電容器E1、 E2的陰極，儲能模塊的正極端與場效應(yīng)管Q4的漏極之間還連接有電阻R3。電化學(xué)電容器 E3、E4分別與電化學(xué)電容器E1、E2并聯(lián)。
[0026] 當(dāng)存在主供電電源時，VM為電表的工作電壓，大致在5伏。由于VM大于閥值電壓， 所以第一比較器輸出高電平，電壓為5伏。由于VR2. 5小于第一比較器輸出電壓，所以第二 比較器輸出低電平，Q4的源極電壓大于柵極電壓，因而處于導(dǎo)通狀態(tài)，VM因此給后備電源 的電化學(xué)電容器充電。此時由于第二比較器輸出低電平，所以直流升壓穩(wěn)壓模塊并不工作。
[0027] 當(dāng)停電等情況出現(xiàn)，失去主供電電源的瞬間，由于VM小于閥值電壓，第一比較器 輸出低電平，VR2. 5大于第一比較器輸出電壓，因而輸出高電平到Q4的柵極，進(jìn)而令Q4截 止；同時第二比較器輸出的高電平令直流升壓穩(wěn)壓模塊開始工作，將后備電源的輸出電壓 提升到可供電表工作的程度。
[0028] 后備電源工作后，由于直流升壓穩(wěn)壓模塊輸出為4. 3伏，經(jīng)過R12分壓后，不能使 第一比較器輸出高電平，因此第二比較器輸出仍為高電平，令Q4截止和直流升壓穩(wěn)壓模塊 工作，形成穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
[0029] P型場效應(yīng)管Q4也可以使用PNP型三極管代替。采用PNP型三極管作為控制模塊 時，其基極、發(fā)射極、集電極分別與P型場效應(yīng)管的柵極、源極、漏極的連接方法對應(yīng)。
【權(quán)利要求】
1. 一種電表，包括后備電源，其特征在于，后備電源包括儲能模塊、直流升壓穩(wěn)壓模塊； 儲能模塊的儲能器件由電化學(xué)電容器構(gòu)成； 儲能模塊的正極端與直流升壓穩(wěn)壓模塊的輸入端相連接； 直流升壓穩(wěn)壓模塊的輸出端通過整流元件（D1)與后備電源的正極端相連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于，還包括電壓比較模塊、控制模塊； 電壓比較模塊的輸入端與所述后備電源的正極端連接，其輸出端與控制模塊的控制 端、所述直流升壓穩(wěn)壓模塊的控制端連接； 控制模塊的輸入端與后備電源的正極端連接，其輸出端與所述儲能模塊的正極端連 接； 電壓比較模塊，在后備電源的正極端電壓大于閥值電壓時，輸出第一控制信號到控制 模塊，使后備電源的正極端與儲能模塊的正極端連接； 在后備電源的正極端電壓小于閥值電壓時，輸出第二控制信號到所述直流升壓穩(wěn)壓模 塊，使直流升壓穩(wěn)壓模塊輸出端輸出小于閥值電壓的電壓。
3. 如權(quán)利要求2所述的電表，其特征在于，所述電壓比較模塊包括參考電壓電路、第一 比較器（U1)、第二比較器（U2)、限流元件（R11)、分壓元件（R8)、分壓元件（R12); 參考電壓電路的負(fù)極接地，其正極與限流元件（R11)的一端、第一比較器（U1)的負(fù)輸 入端和第二比較器（U2)的正輸入端連接；限流元件（R11)的另一端與所述后備電源的正極 端連接；第一比較器（U1)的正輸入端與分壓元件（R12)的一端連接，分壓元件（R12)的另一 端與后備電源的正極端連接，第一比較器（U1)的正輸入端還與分壓元件（R8)的一端連接， 分壓元件（R8)的另一端接地；第一比較器（U1)的輸出端與第二比較器（U2)的負(fù)輸入端連 接；第二比較器（U2)的輸出端與直流升壓穩(wěn)壓模塊的控制端、控制模塊的控制端連接。
4. 如權(quán)利要求3所述的電表，其特征在于，所述參考電壓電路包括穩(wěn)壓二極管（ZD3)、 電容（C5)，二者并聯(lián)，穩(wěn)壓二極管（ZD3)的陽極為參考電壓電路的負(fù)極，穩(wěn)壓二極管（ZD3) 的陰極為參考電壓電路的正極。
5. 如權(quán)利要求3所述的電表，其特征在于，所述限流元件（R11)連接后備電源正極端的 一端還連接有去耦元件（C4)，去耦元件（C4)的另一端接地，所述第一比較器（U1)的正輸入 端還連接去耦元件（C3)，去耦元件（C3)的另一端接地，所述第一比較器（U1)的輸出端與后 備電源的正極端之間還連接限流元件（R7 )。
6. 如權(quán)利要求3所述的電表，其特征在于，所述第一比較器（U1)的正輸入端與其輸出 端之間還連接有電阻（R18 )。
7. 如權(quán)利要求2所述的電表，其特征在于，所述控制模塊包括P型場效應(yīng)管或PNP型三 極管，其柵極或基極是所述控制模塊的控制端，其源極或發(fā)射極連接后備電源的正極端，其 漏極或集電極連接儲能模塊的正極端。
8. 如權(quán)利要求7所述的電表，其特征在于，所述控制模塊的控制端與所述電壓比較模 塊的輸出端之間還連接有限流元件（R5 )。
9. 如權(quán)利要求2所述的電表，其特征在于，所述直流升壓穩(wěn)壓模塊包括直流升壓穩(wěn)壓 芯片、分壓元件（R13)、分壓元件（R15); 直流升壓穩(wěn)壓芯片的輸入端與儲能模塊的正極端連接，其控制端是直流升壓穩(wěn)壓模 塊的控制端，其輸出端與所述整流元件（D1)連接，該端與輸入端之間還連接有電感性元 件（L1)，整流元件（D1)的另一端與后備電源的正極端連接，該端還連接有分壓元件（R13) 的一端，分壓元件（R13)的另一端連接直流升壓穩(wěn)壓芯片的反饋端，此端還連接分壓元件 (R15)，分壓元件（R15)的另一端接地，分壓元件（R13)與分壓元件（R15)結(jié)合，使分壓元件 (R13)連接整流元件（D1) -端的電壓在閥值電壓以下。
10. 如權(quán)利要求9所述的電表，其特征在于，所述整流元件（D1)為二極管，其陽極為連 接所述直流升壓穩(wěn)壓芯片輸出端的一端，其陰極為連接所述后備電源正極端的一端。
11. 如權(quán)利要求10所述的電表，其特征在于，所述二極管（D1)的陰極還連接去耦 元件（C2)，去耦元件（C2)的另一端接地，所述直流升壓穩(wěn)壓芯片的輸入端還連接去耦元 件（C1)，去耦元件（C1)的另一端接地，所述直流升壓穩(wěn)壓芯片的使能端還連接限流元件 (R6 )，限流元件（R6 )的另一端連接所述后備電源的正極端。
12. 如權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于，所述電化學(xué)電容器與穩(wěn)壓二極管（ZD1)并 聯(lián)，穩(wěn)壓二極管（ZD1)的陰極連接電化學(xué)電容器的陽極，穩(wěn)壓二極管（ZD1)的陽極連接電化 學(xué)電容器的陰極。
13. 如權(quán)利要求2所述的電表，其特征在于，所述電化學(xué)電容器的陽極與穩(wěn)壓二極管 (ZD1)的陰極連接，穩(wěn)壓二極管（ZD1)的陽極與限流元件（R1)連接，限流元件（R1)的另一 端連接電化學(xué)電容器的陰極，所述儲能模塊的正極端與控制模塊的輸出端之間還連接有限 流元件（R3)。
【文檔編號】H02J9/06GK104092289SQ201410382088
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】羅錫銘, 王大鵬, 李桂萍, 王冬梅, 賴漢偉, 周文瑜, 李瑞玲, 胡濤, 張懿, 李建華, 龐明軍 申請人:廣東電網(wǎng)公司珠海供電局, 廣東翰新科技有限公司