專利名稱：智能電表的電源電路及具有此電源電路的三相智能電表的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于儀器儀表技術領域，更特定言之，本實用新型是關于一種智能電表的新穎電源配置，并進一步關于具有此類電源配置的三相智能電表。
背景技術：
目前，電表制造企業在電表的實際設計和應用中，一般采用變壓器+整流橋+穩壓芯片的方式(以下簡稱變壓器電源方案)對電表進行供電，此種電源方案也是目前電能表制造企業反復研究和改進的最成熟的電源方案。但是，變壓器電源方案存在著體積大、消耗銅材多、重量大、電壓頻率規格多、變壓器不通用等缺點。同時，在電表設計時，為了滿足709Tll5%Un的正常工作范圍要求，電能表整表的 功率需求PIN應小于電源部分電路在輸入電壓為70%Un時能提供的最大功率，因此就造成電能表的輸入電壓在70%Un以上時，電源提供的剩余電流需要使用穩壓二極管進行分流，否則這部分電流就完全浪費掉，沒有得到任何有效利用。
實用新型內容本實用新型旨在解決現有技術中存在的缺陷，提出一種新穎電源方案，并且提出一種降壓電路，同時利用一種帶功率輸出控制的降壓電源方案來繼承傳統電源方案的特性，即利用恒流源性質的電源，并具有功率輸出控制，因此可以在保證電表一直在工作電路正常工作時所需的電流同時，最大化地利用電源電路提供的每毫安電流。本實用新型又在所主張的電源方案基礎上實現一種三相智能電表，此電表在有效利用電源的同時，省卻了供電電池，簡化了電表內部電路接線，以進一步縮小整表的體積和成本。本實用新型的技術效果是通過以下技術方案來實現的一種智能電表的電源電路，其特征在于包括功率輸出控制電路、降壓電路、開關控制電路和充電電路，所述降壓電路的輸入端和輸出端分別連接于電表的接線端和開關控制電路的輸入端，所述開關控制電路的輸出端接入功率輸出控制電路。進一步地，所述降壓電路包括自輸入端至輸出端相互并聯的RC電路，自輸入端分別與這些電路并接的壓敏電阻和抑制二極管，以及連接于RC電路與輸出端之間的穩壓電路；或者所述降壓電路包括自輸入端至輸出端依次電連接的RC電路、對流二極管和電容，自輸入端至輸出端依次電連接的TVS管、電阻、三極管和對流二極管。進一步地，所述開關控制電路包括一個控制芯片，它電連接至降壓電路的輸出端，并包括一個充電電路，所述充電電路的輸出端接入功率輸出控制電路；或者 所述開關控制電路包括一個控制芯片和與之電連接的一個隔離輸出電路，并進一步包括一個充電電路，所述充電電路的輸出端接入功率輸出控制電路。進一步地，所述功率輸出控制電路包括相互并接的脈沖輸出電路、抑制電路和泄流電路。進一步地，所述電表電源電路所產生的功率滿足關系式PMAx=UTVS · IMAX，其中UTVS為降壓經過抑制電路鉗位后的輸出電壓，PMAX為降壓在外部交流電壓輸入下最大輸出電流IMAX時的最大輸出功率。進一步地，IMAX=I1+I2+I3+I4+ID，其中Il為電表的工作電流，12為分配至拉合閘電容的充電電流，13為分配至充電電路的充電電流，14為泄流電流，且ID為電表電源電路的旁路電流。進一步地，當拉合閘電容充滿電后，12為零，當充電電路充電結束后，13為零。同時,本實用新型提出一種三相智能電表，它包括一個電表本體，在所述電表本體內部設有若干個接線端、處理器、顯示電路、通訊電路和存儲器，并通過所述接線端來接設于電網供電線與電網用戶負載之間，其特征在于進一步設有如權利要求I所述的電表電·源電路、3個采集電路和3個計量芯片，其中所述接線端分別連接至采集電路和電表電源電路，所述采集電路電連接至計量芯片，所述處理器分別與計量芯片、電源電路、顯示電路、通訊端和存儲器電連接。進一步地，所述接線端是以對稱式接線方式加以設置。進一步地，所述采集電路包括錳銅分流電路和隔離傳感器，所述接線端連接至錳銅分流電路的輸入端，所述錳銅分流電路的輸出端接入隔離傳感器。進一步地，所述電表本體包括相互配合封圍的上殼體和下殼體，所述上殼體和下殼體界定了用于連接電網電力線和電網用戶負載的接線端。進一步地，所述上殼體和下殼體分別設有相互吻合的鋸齒狀配合部。進一步地，所述鋸齒狀配合部的鋸齒夾角為113°。進一步地,所述鋸齒狀配合部的鋸齒橫向長度為4. 5mm,縱向寬度為I. 5_。本實用新型可以在保證電表一直在工作電路正常工作時所需的電流同時，最大化地利用電源電路提供的每毫安電流。
本實用新型的有益效果將通過參照附圖的方式加以詳盡描述，圖中的相同或相似標記代表相同功能元器件，其中圖I為作為本實用新型電源電路的第一優選實施例的電路示意圖；圖2為作為本實用新型電源電路的第二優選實施例的電路示意圖；圖3為本實用新型電源電路的功率輸出控制電路的電路示意圖；圖4為本實用新型三相智能電表的電路結構原理圖；圖5為本實用新型三相智能電表的接線端結構原理圖；圖6為本實用新型三相智能電表的外部結構原理示意圖；圖7為作為本實用新型優選實施例的上表殼與下表殼間的連接關系示意圖；圖8為圖3左半側部分放大圖；圖9為圖3中右半側部分放大圖。
具體實施方式
[0034]參照圖I，在本實用新型智能電表的電源電路的第一實施例中，電源電路100包括功率輸出控制電路、降壓電路110和開關控制電路120，所述降壓電路的輸入端UA、UB、UC、UN和輸出端VIN分別連接于電表的接線端和開關控制電路的輸入端，所述開關控制電路的輸出端接入功率輸出控制電路。進一步地，所述降壓電路110包括自輸入端UA、UB、UC至輸出端DCVIN相互并聯的RC電路111，自輸入端UN分別與這些RC電路并接的壓敏電阻M0V1、M0V2、M0V3和抑制二極管D13、D17、D18，以及連接于RC電路與輸出端VIN之間的穩壓電路112。進一步地，所述開關控制電路120包括一個控制芯片121，優選為一個MP2451芯片，它電連接至降壓電路110的輸出端DCVIN，并包括一個充電電路122，所述充電電路122的輸出端V3P3S接入功率輸出控制電路。參照圖2，在本實用新型智能電表的電源電路的第二實施例中，以一種單相智能電表為例，電源電路100包括功率輸出控制電路、降壓電路110’和開關控制電路120’，所述降壓電路的輸入端UA、UB、UC、UN和輸出端VIN分別連接于電表的接線端和開關控制電路的 輸入端，所述開關控制電路的輸出端接入功率輸出控制電路。進一步地，所述降壓電路包括自輸入端UA至輸出端DCVIN依次電連接的RC電路111’、對流二極管D4和電容E1，自輸入端UN至輸出端DCVIN依次電連接的TVS管D6、電阻R8、三極管Ql和對流二極管D5。進一步地，所述開關控制電路包括一個控制芯片121’(優選為MP2451芯片)和與之電連接的一個隔離輸出電路123’，并進一步包括一個充電電路122’，所述充電電路122’的輸出端V3P3S接入功率輸出控制電路。進一步參照圖I和圖2，在本實用新型智能電表的電源電路的第三實施例中，電源電路100包括功率輸出控制電路、降壓電路110和開關控制電路120，所述降壓電路的輸入端UA、UB、UC、UN和輸出端VIN分別連接于電表的接線端和開關控制電路的輸入端，所述開關控制電路的輸出端接入功率輸出控制電路。進一步地，所述降壓電路110包括自輸入端UA、UB、UC至輸出端DCVIN相互并聯的RC電路111，自輸入端UN分別與這些RC電路并接的壓敏電阻M0V1、M0V2、M0V3和抑制二極管D13、D17、D18，以及連接于RC電路與輸出端VIN之間的穩壓電路112。進一步地，所述開關控制電路包括一個控制芯片121’(優選為MP2451芯片)和與之電連接的一個隔離輸出電路123’，并進一步包括一個充電電路122’，所述充電電路122’的輸出端V3P3S接入功率輸出控制電路。在本實用新型智能電表的電源電路的第四實施例中，在本實用新型智能電表的電源電路的第一實施例中，電源電路100包括功率輸出控制電路、降壓電路110和開關控制電路120，所述降壓電路的輸入端UA、UB、UC、UN和輸出端VIN分別連接于電表的接線端和開關控制電路的輸入端，所述開關控制電路的輸出端接入功率輸出控制電路。進一步地，所述降壓電路包括自輸入端UA至輸出端DCVIN依次電連接的RC電路111’、對流二極管D4和電容E1，自輸入端UN至輸出端DCVIN依次電連接的TVS管D6、電阻R8、三極管Ql和對流二極管D5。進一步地，所述開關控制電路120包括一個控制芯片121，優選為一個MP2451芯片，它電連接至降壓電路110的輸出端DCVIN，并包括一個充電電路122，所述充電電路122的輸出端V3P3S接入功率輸出控制電路。[0045]參照圖3，本實用新型電源電路的功率輸出控制電路包括脈沖輸出電路810、抑制電路I 820、抑制電路II 830和泄流電路840，所述脈沖輸出電路810分別與抑制電路I820、抑制電路II 830和泄流電路840電連接。如圖3、圖8和圖9所示，脈沖輸出電路810通過其輸入端U5V連接至充電電路122’的輸出端V3P3S，且通過一個功能控制端ISENSE接入一個電表的一個處理器，優選為一個單片機電路。單片機對電路的電流流向及電流大小會進行控制。在圖3中，脈沖輸出電路通過三極管Q2和一個輸出端UTVS連接至泄流電路840，并通過三極管Q5和另一個輸出端U0UT2分接至抑制電路I 820、抑制電路II 830。功能控制輸入電壓優選地通過兩個放大器UlA和UlB輸入至三極管Q2。進一步地，抑制電路I 820包括相互連接的兩個三極管Q3和Q4，抑制電路I 820主要用于對電表的繼電器拉合閘電容是否進行充電和放電進行判斷和控制。進一步地，抑制電路II 830優選地設有單片機U2，并利用一個二極管D10、電容C7 和一個限流電容E3主要作為緩沖電路，即兩個抑制電路820與830之間是非同時工作的。進一步地，泄流電路840優選地包括四個放大器U1D、U1E、UlF和UlC以及兩個三極管Q6和Q7，并通過其輸出端MVDD進行泄流。進一步地，所述電表電源電路所產生的功率滿足關系式Pmm=Utvs · Imp其中Utvs為降壓經過抑制電路I 820、抑制電路II 830鉗位抑制后的輸出電壓，Pmax為降壓電路在外部交流電壓輸入下最大輸出電流Imax時的最大輸出功率。進一步地，IiAfL+IdWlD，其中I1為電表的工作電流，I2為分配至電表繼電器的拉合閘電容的充電電流，I3為分配至充電電路122的充電電流，I4為泄流電路840產生的泄流電流，且Id為電表電源電路的旁路電流(圖中未繪示出)。進一步地，如前所述的，抑制電路I和II是異步工作的，即當拉合閘電容充滿電后，I2為零，當充電電路充電結束后，I3為零。參照圖4，本實用新型進一步在電表電源電路的基礎上提出一種三相智能電表，它包括一個電表本體，在所述電表本體內部設有若干個接線端、處理器400、顯示電路500、通訊電路600和存儲器700，并通過所述接線端來接設于電網供電線與電網用戶負載之間，并進一步設有如前述技術方案所述的電表電源電路100、3個采集電路201、202和203和3個計量芯片301、302和303，其中所述接線端分別連接至三個采集電路201、202、203的輸入端IAP、IAN、IBP、IBN, ICP、ICN和電表電源電路，所述每一相采集電路201、202和203電連接至計量芯片301、302和303，處理器400分別與計量芯片301、302和303、電表電源電路100、顯示電路500、通訊電路600和存儲器700電連接。進一步地，通訊電路600可優選為一個485通訊電路，它能夠與一個外部光通訊或無線通訊設備，例如PDA設備進行數據傳輸和交換。進一步地，參照圖5，所述接線端是以對稱式接線方式加以設置。即，電網電力線的進線端LA、LB、LC和零線N與電表本體接出至用戶負載的出線端0A、OB、OC和零線N是以中心軸電表本體中心軸線P對稱的方式加以設置，這樣可以達到節省材料和縮小電表本體體積和重量的技術效果。進一步地，參照圖4，所述采集電路201、202和203包括錳銅分流電路和隔離傳感器U5、U6、U7，所述接線端連接至錳銅分流電路的輸入端IAP、IAN、IBP、IBN, ICP、ICN，所述錳銅分流電路的輸出端接入隔離傳感器U5、U6、U7。進一步地，參照圖6，所述電表本體包括相互配合封圍的上殼體10和下殼體20，所述上殼體10和下殼體20界定了用于連接電網電力線和電網用戶負載的接線端。進一步地，所述上殼體和下殼體分別設有相互吻合的鋸齒狀配合部11和21。進一步地，參照圖7，在本實用新型三相智能電表的優選實施例中，所述鋸齒狀配合部11或21的鋸齒夾角為113°。 進一步地，所述鋸齒狀配合部11或21的鋸齒橫向長度為4. 5mm,縱向寬度為
I.5mm。本實用新型所主張的這種鋸齒狀的技術方案是根據在技術實施過程中經過反復試驗和測試得出的，首先，本實用新型的鋸齒狀配合部11和21的鋸齒夾角設為90°至130°之間,鋸齒狀配合部11和21的鋸齒橫向長度設為3mm至6mm之間，縱向寬度設為Imm至3mm之間。采用這種技術方案的電表本體，在收到外界竊電行為時，其上下表殼10與20之間接合部分所受到的應力最小，且此種設計最為節省材料成本，同時避免了表殼接合部分的變形和磨損。一般來說，在保證電表單片機部分有足夠的輸入電流I1滿足正常工作要求后，降壓電源剩下的僅有十幾毫安甚至幾毫安的電流，那么如何利用這部分電流則是一個技術難題。這些看似無用的電流在經過本實用新型優選電路設計后，可以被有效利用起來。在本實用新型的一個優選實施例中，本方案采用采樣電阻+74HC14非門電路芯片+DC/DC開關電源實現。74HC14 (或74HC04)非門電路芯片是最常用，最適用的數字電路芯片，自身功耗在uA級，有6個非門；因其本身的高/低判斷電壓為常數的特性(比三極管的B級電壓要好用)，且輸出功率可以達到20mA，可代替三極管(省去限流電阻)。此外成本很低，可以為整個電能表的降成本設計做貢獻；使用此非門芯片后，在設計電源后端穩壓電路時，可以使用其中剩下的幾個非門電路代替常規的穩壓芯片MC34063，節省更多成本。以下將以具體表型為例，詳細描述前述技術方案的若干種帶功率輸出控制的降壓電源方案如何最大化利用每一毫安電流完成一些復雜功能。現有一款電能表，具備遠程控制拉合閘(繼電器)功能，并使用超級電容代替鋰電池實現停電顯示的供電。因此本實用新型降壓電源方案的供電就分為四個部分，Pmax-Utvs · (Utvs為降壓經過TVS鉗位后的輸出電壓。Pmax為降壓在外部交流輸入U下最大輸出電流為Imax時的最大輸出功率。Piax-Imax · UtvsId為米樣電阻和74HC14本身消耗的電流，屬于固定損耗。電源供電首先保證電表單片機部分正常工作所需的輸入電流1工。使用恒流I2對繼電器拉合閘電路中的供電電容進行充電，充滿電后即可根據單片機指令實現繼電器拉合閘功能；在實際應用中花IOS充滿跟O. Is充滿沒有顯著區別，充電時間略長不影響電能表拉合閘功能的實現，當前國際標準亦未要求電表一上電就立刻進行拉/合繼電器；另外，當供電電容充滿電后，則I2為O。毫安級恒流充電是使用三極管+采樣電阻的方式來實現的，不僅充電速度比直接加限流電阻的方式快；且不會像使用限流電阻一樣隨著電容電壓的升高，充電電流會越來越小而造成原來分ImA或2mA給電容充電而最后只有O. ImA在充的情況，充電效率更高。本表中采用超級電容代替鋰電池實現電表的停電輪顯供電。因電表不會長期處于停電狀態，根據相關標準要求，超級電容充滿電的時間可以長達2小時。電源供電將除前兩部分用電外的所有剩余電流(I3=Imax-I1-Id)都分配給了超級電容充電電路，同樣是毫安級充電。為了充電效率更高和節約成本，本表采用了最常見的MC33063 (或MC34063 )DC/DC芯片+電感的方式組成降壓電路實現對超級電容的充電。待超級電容充滿電后，I3也為O。第四部分是TVS泄流電路，用于在超級電容和拉合閘供電電容都充滿電時將多余電流I4消耗掉，以免電壓上升燒毀電源前端的穩壓芯片。通過以上的詳細描述，可以看出此種帶功率輸出控制的降壓電源方案可以在實現傳統的降壓電源方案為電能表單片機供電功能的同時，還可實現以下功能 I、還可為拉合閘繼電器的供電電容充電；且比起變壓器電源方案為供電電容充電的情況，可實現在輸入電壓低至O. 5Un時還能正常拉合閘繼電器(變壓器電源方案在O. 5Un時無法正常拉合閘繼電器)。2、為超級電容充電，代替鋰電池，傳統的降壓電源方案無法實現此功能。此種帶功率輸出控制的降壓電源方案在多功能電能表中可廣泛應用，且是非常有效的降成本電源方案。本實用新型降壓電路的第一實施例即一種降壓型DC-DC電路。DC-DC電路輸出功率P-=PinX效率。降壓電路為恒流源形式，最大輸出功率為IXU，其中I為恒流源的電流。比如常用的390nF電容，在230V，50Hz時輸出電流為13mA。假如使用傳統的線性穩壓芯片，比如78L05 (靜態功耗2mA)在230V時可以獲得5V，IImA的功率。HT7533 (靜態功耗2uA)可以獲得3. 3V 13mA的最大輸出功率。效率η滿足關系式
VgIl-(P+ PD+PLi+Pl2)η =—-
V I其中Vg為供給電表單片機的工作電壓，Pd為旁路消耗功率。本實用新型降壓電路的另一個特點為輸出電流同電壓成正比，例如230V時輸出13mA。70%Un 電壓時輸出 9. 1mA。本實用新型71M6543的3錳銅采樣方案消耗功率大約為3. 3V，20mA。當使用傳統的降壓+線性電源已經無法滿足在84V AC下正常工作的需求。在84V，60Hz時可以輸出
5.7mA。本方案采用芯片MP2451。靜態電流遠小于O. 5mA，遠優于傳統的MC33063系列芯片的2mA。芯片最大工作電壓36V，極限電壓40V。為了獲的最大輸出功率，穩壓二極管箝位電壓取32V。芯片在20mA輸出時可以獲得85%效率。計算84V，60Hz下最大輸出電流(輸出
3.3V)32X (5. 7-0. 5) X0. 85/3. 3=43mA。完全滿足20mA的需求。最低輸入電壓可以達到45V AC。71M6103隔離傳感器在沒用RS485需求情況下，降壓相對變壓器的優勢I、輸出電壓和穩壓二極管有關，而變壓器和輸入電壓呈正比，在做I. 9倍耐壓試驗中輸出電壓增加，往往需要增加穩壓二極管箝位。當變壓器輸出功率大時輸出能量大容易燒穩壓二極管。變壓器在上述要求中84V輸出3. 3V,20mA的情況下，230V輸出達到9V以上，45V可以工作的話230V電壓需要達到17V。而2、輸出功率和電壓呈正比，而變壓器輸出功率Ptjut和電壓U的平方呈正比P-、。上述情況下84V輸出3. 3V,20mA的情況下，230V時輸出20mA電壓比9V高的多得多。3、器件規格少在非隔離電表中，這個降壓電路可以使用在45V — 240V，50Hz和60Hz電路中。而變壓器每個電壓，頻率規格都需要幾種變壓器來使用，通用性基本為O。按照成本對比降壓方案單相表穩壓二極管+電容+電阻+ MP2451 +電感，三相表穩壓二極管+3 (電容+電阻)+ MP2451 +電感 變壓器單相表變壓器+線性穩壓芯片三相表3個變壓器+線性穩壓芯片。降壓方案成本遠低于變壓器，當相數多時，變壓器方案需要增加變壓器，而降壓方案只需要增加前級阻容，成本差距明顯。擴展針對非隔離性祖榮降壓電路來說。前面使用的為普通型的DC-DC電路中使用的芯片。耐壓一般低于36V。另外還有72V耐壓的IXDC芯片，經過降壓后可以輸出更高的電流。前述已經描述在非隔離電路中使用降壓電路。在現在常規使用的降壓電路芯片中，部分的效率在IOmA左右已經可以達到80%以上。因為電表方案中功耗一般在IOmA左右，一般能在IOmA輸出情況下能達到80&以上效率的芯片不多，很多芯片往往要IOOmA以上才能達到80%以上，已經失去了意義。本實用新型降壓電路的另一種降壓電路實施例其拓撲輸入電壓可以高于輸出電壓，也可以等于或低于輸出電壓。而在降壓這種輸入電流有限，需要使用高輸入電壓經過DC-DC輸出大電流的應用中只需要輸入電壓高于輸出電壓的應用。本實用新型降壓電路的技術方案同樣適用于反激式電路(FLYBACK)。反激式電路在電表中主要使用的開關電源模塊上和隔離電源上。適用本實用新型技術方案的反激式電路具有線路簡單，輸入范圍寬的優點。使用另一種降壓電路作為隔離電源而非反激式這種已經很成熟的電路應用于降壓中的隔離電源，主要的原因在于使用反激式電路在輸出3. 3V, 10MA，485路輸出5V，I-IOmA的情況下效率只能達到30%左右。輕載效率，這個是令本領域技術人員使用電感的開關電源頭痛的問題，至少在現有的半導體工藝和開關知識很難做到90%以上。本著盡量使用降壓得到的每ImA的原則，使用另一種降壓電路來做隔離電源在3. 3V, 10ΜΑ,485路輸出5V，I-IOmA (取5mA)的情況下效率可以達到65%。按使用390nF電容，2倍流電路，即為50Hz, 230V情況下輸出26mA的設計，箝位電壓16V設計，最低工作電壓可以達到50V，實際遠優于使用IW左右的變壓器(一般只能達到120V左右)。使用更高的箝位電壓還可以達到更大的輸出功率。使用MP1542，看重其帶EN引腳，可以做到控制輸入電壓達到一定電壓時再啟動，傳統的MC33063不帶EN引腳。最高頻率可以達到I. 3M，使用的高頻變壓器需要的匝數很少，有利于降低高頻變壓器的成本。但是其最大24V輸入的有點低，要是使用36V最大輸入的芯片可以得到的輸出功率更大。降壓方案單相表電容+電阻+2倍流電路+ MP1542 +高頻變壓器，[0099]三相表3 (電容+電阻)+ MP1542 +高頻變壓器。變壓器單相表變壓器+整理+2路線性穩壓芯片三相表3個變壓器+整理+2路線性穩壓芯片。可見降壓方案成本比變壓器低，當相數多時，變壓器方案需要增加變壓器，而降壓方案只需要增加前面的阻容，成本差距明顯。繼電器作為一個負載的一些特點I :正常情形下不工作，需要拉閘時才進行動作。平時消耗的電流為0，拉閘時的電流可以達到100mA, 200ms。2 :對輸入電壓有要求,例如9V的動作電壓,若輸入電壓低于6V時便不能正常動作。最大電壓一般情形下正常穩定。·再進一步描述變壓器和降壓在繼電器拉閘電路中的特點變壓器優點在額定電壓時輸出功率相對降壓要大些，對儲能電容的充電時間短。繼電器動作時的電流由變壓器和儲能電容一起提供。缺點輸出電壓隨輸入電壓變化，當輸入電壓降低時輸出電壓降低的更快(考慮單片機功率要求不變，變壓器有內阻)，需要寬范圍拉閘時往往因為電壓不夠而不能順利拉閘。降壓優點輸出電壓不隨輸入電壓變化。只要單片機能工作就能拉閘。比如以上的2個設計都可以設計到輸入在45V時都可以拉閘，而變壓器假如要在這個電壓下也能拉閘電路就比較復雜。需要升壓。給降壓電路加上485，繼電器。降壓作為恒流源性質的電路。電流I是恒定的，未被電表使用掉的電流通過穩壓二極管或TVS白白浪費掉了。那么如何利用這部分電流，同時又要保證自身必須要一直工作的電路得到足夠的電流。這就要采用功率輸出控制電路。本實用新型功率控制控制電路是利用好降壓電路提供的每一毫安電流。使用采樣電阻+比較器+開關來實現。但比較器常用的LM393又要浪費掉ImA電流，而且芯片本身需要成本，因此使用74HC14 (或74HC04)，這種具有非門特性的電路可以是最能體現優勢的數字電路芯片。成本較低，自身功耗在uA級，有6個非門，可以代替三極管(同時省卻了限流電阻)。利用本身的開啟/關閉電壓穩定(比三極管的B級電壓要好用)，輸出功率可以達到20mA。波形發生電路可以使用74HC14。而在本實用新型的優選實施例中，可以進一步使用三極管來替代多余的非門，以使得占用空間更小，本身價格可以進一步降低。如何分配降壓得到的十幾毫安甚至幾毫安的電流，首先必須保證單片機部分需要足夠的輸入電流來工作。繼電器拉閘電路中的充電電容可以充的慢點，花IOS充滿跟O. Is充滿實際使用時沒什么區別。若要加快充電電容的充電速度，串聯電阻較為復雜，因為隨著電容電壓的升聞，充電電流會越來越小，充電時間就變長了。而這時設計初的例如分ImA或2mA給電容充電的最好發現只有O. ImA在用于充電。而把恒流充電電路設計連接則較為復雜。因此本實用新型使用三極管+采樣電阻的方式進行恒流。這樣使得充電速度明顯加快，并且沒浪費任何ImA的電流。[0115]再通過加載超級電容(IF的或更高)，充電時間如何可控，使用壽命如何更長？小電流橫流充電是較好方法。前面的橫流電路把除系統使用的電流都分配給了超級電容充電電路。為了充電最經濟可靠，使用降壓電路對超級電容進行充電，為了節約成本是使用常用的MC33063+電感。同時，本實用新型基于之前詳細描述的技術方案，提出一種具有新穎電源方案的三相智能電表，本實用新型的三相智能電表的優選實施方式為使用計度器代替傳統的LCD或電子式顯示器，這種方案成本最低，使用時間最長。計度器表在當前的技術領域需求兩仍然較大。ADE7755和ADE7752是較為常用的單相電表和三相計度器式電表方案的計量芯片。單相計度器式電表，使用錳銅取樣+7755類芯片+降壓供電。三相計度器式電表，使用3個CT+ADE7752類芯片+降壓供電。當電流要求100A 以上，并且需要抗直流分量時，CT顯然不是首選的技術方案。那使用3個錳銅是國內成本最低的米樣方案。錳銅方案是不隔離的。如何在三相表中使用。本實用新型利用71M6543給出一個解決方案電流采樣使用獨立的ADC電路，并且中間使用脈沖變壓器供電加通訊。但是驅動計度器必須要5V驅動，那么還需要再增加5V電源和非門芯片。增個計度器方案成本比液晶方案還聞。采用3路計量芯片采集3路錳銅采樣測得的功率，在通過隔離發給單片機是一個可行的方案。這里采用7021C類芯片。硬件上3路錳銅采樣+3路7021C+3個光耦傳輸高頻脈沖+1的單片機做脈沖均勻化后發脈沖并驅動計度器。通過單片機本身的串口實現軟件校表。首先要解決計量的問題，A、B、C三相電流電壓傳輸過來的是高頻脈沖，η個高頻脈沖累加后輸出脈沖，m個脈沖后驅動計度器動作。若JA表示A相JA個脈沖后輸出I個脈沖，同理有存在JB、JC0則合相的情況下就是(假如這時A、B、C的脈沖數分別為a、b、c個)a/JA+b/JB+c/JC=l ;涉及到浮點數對8位的單片機來說運算量太大。面對240V,120A的情況根本無法計算，需要一種適合8位單片機的算法。a/JA+b/JB+c/JC=l。兩邊都乘以 JA* JB*JC 得到aJBJC+bJAJC+cJAJB=JAJBJC這樣就沒有浮點數的運算了。得到A相的一個脈沖就累加上JBJC，依次類推。當累加數超過JAJBJC時輸出一個脈沖。這樣當單片機為SM時運算依次在10us，可以跟的上。采用這樣累加后的另一個好處是做補償極為方便，僅需要向累加值中加補償量即可。補償量通過ADC電路采集，為了更快的計算，補償量為8位數。可以針對電壓，溫度進行補償。本方案深入研究了傳統另一種降壓電路的特點和帶隔離輸出改造的可能性，將另一種降壓電路中的一個續流電感改為隔離變壓器、增加了一路隔離輸出電路，從而實現了另一種降壓電路帶隔離的電壓輸出，實現了在帶RS485通訊電能表中采用降壓電源方案。經過調試和反復試驗，采用此種方案的帶RS485通訊電能表在70V-400V寬范圍輸入時正常工作，并通過了國標和IEC相關標準的EMI和EMC兩項重量級試驗。[0131]采用此種降壓電源方案的帶RS485通訊電能表具有成本低、占用空間小、高度低、使用銅材少、重量輕、節省金屬材料、抗強磁效果好、有功功耗低、寬范圍電壓輸入、低電壓拉合閘等優點，具體描述如下I、對于帶485通訊電能表，此種降壓電源方案成本遠低于變壓器+整流橋+穩壓芯片電源方案(且變壓器因使用大量的銅線和硅鋼片受有色金屬漲價影響大)和基于FLYBACK的AC/DC開關電源方案。應用于單相表中，此電源方案的成本約為變壓器方案的2/3，約為FLYBACK方案的1/3 ;應用于三相表中，此電源方案的成本約為變壓器方案的2/5，約為FLYBACK (反激式)方案的1/5。2、此種降壓電源方案高度和占PCB面積、重量均小于變壓器方案和FLYBACK方案，可以使電能表的出結構更加緊湊、簡潔和美觀。3、寬范圍電壓輸入，可在70-400V電壓輸入條件下正常工作。變壓器方案需針對不同頻率、電壓電流規格采用不同規格的變壓器；FLYBACK方案需采用高耐壓的MOS管，不能采用常規的芯片。 4、本降壓電源方案采用的隔離變壓器僅需2組線圈即可，頻率可高達IMHz以上，與變壓器方案相比，更小的線圈和磁芯節省了金屬材料。5、本降壓電源方案的隔離變壓器在開關關斷時不需要像FLYBACK方案存儲電能量供RS485通訊使用，而是直接在開關閉合的同時為RS485供電，避免了在強磁干擾下因磁芯飽和造成的不能存儲能量的問題，因此抗強磁效果優于FLYBACK方案。6、本降壓電源方案有功功耗約等于另一種降壓前端的輸入功率，無類似變壓器方案存在的中間鐵芯損耗；同時，本降壓電源方案的直流側，輸入、輸出壓差小，與FLYBACK方案相比，開關損耗小；基于以上兩點，本降壓電源方案具有有功功耗低的優點。7、變壓器方案中，輸出電壓與輸入電壓成正比，在輸入電壓等于或低于50%Un時因輸出電壓過低而無法完成拉閘動作；本降壓電源方案因輸出電壓不隨輸入電壓變化，因此在電能表的全工作范圍均能完成拉閘動作。與常規變壓器方案相比，本降壓電源方案具有決定性的優勢。以上僅為本實用新型的優選實施方式，并非是對本實用新型技術方案的限定，且本實用新型的降壓電源方案適用于任何電子式，包括智能式電表應用。同時，附圖中僅將涉及到本實用新型詳細技術方案的功能單元繪示出，并非表述整個電路的所有元件。應當理解的是，一切基于本實用新型技術方案所作出的修改、替代或者變化，均應涵蓋于本實用新型所附權利要求限定的技術精神內。
權利要求1.智能電表的電源電路，其特征在于包括功率輸出控制電路、降壓電路、開關控制電路和充電電路，所述降壓電路的輸入端和輸出端分別連接于電表的接線端和開關控制電路的輸入端，所述開關控制電路的輸出端接入功率輸出控制電路。
2.如權利要求I所述的智能電表的電源電路，其特征在于所述降壓電路包括自輸入端至輸出端相互并聯的RC電路，自輸入端分別與這些RC電路并接的壓敏電阻和抑制二極管，以及連接于RC電路與輸出端之間的穩壓電路；或者所述降壓電路包括自輸入端至輸出端依次電連接的RC電路、對流二極管和電容，自輸入端至輸出端依次電連接的TVS管、電阻、三極管和對流二極管。
3.如權利要求I所述的智能電表的電源電路，其特征在于所述開關控制電路包括一個控制芯片，它電連接至降壓電路的輸出端，并包括一個充電電路，所述充電電路的輸出端接入功率輸出控制電路；或者 所述開關控制電路包括一個控制芯片和與之電連接的一個隔離輸出電路，并進一步包括一個充電電路，所述充電電路的輸出端接入功率輸出控制電路。
4.如權利要求I所述的智能電表的電源電路，其特征在于所述功率輸出控制電路包括脈沖輸出電路、抑制電路I、抑制電路II和泄流電路，所述脈沖輸出電路分別與抑制電路I、抑制電路II和泄流電路電連接。
5.如權利要求I至4之任一項所述的智能電表的電源電路，其特征在于所述電表電源電路所產生的功率滿足關系式PMAx=UTVS · IMAX，其中UTVS為降壓電路經過抑制電路I和抑制電路II鉗位后的輸出電壓，PMAX為降壓電路在外部交流電壓輸入下最大輸出電流IMAX時的最大輸出功率。
6.如權利要求5所述的智能電表的電源電路，其特征在于IMAX=I1+I2+I3+I4+ID，其中Il為電表的工作電流，12為分配至電表的拉合閘電容的充電電流，13為分配至充電電路的充電電流，14為泄流電流，且ID為電表電源電路的旁路電流。
7.如權利要求6所述的智能電表的電源電路，其特征在于當拉合閘電容充滿電后，12為零，當充電電路充電結束后，13為零。
8.三相智能電表,它包括一個電表本體,在所述電表本體內部設有若干個接線端、處理器、顯示電路、通訊電路和存儲器，并通過所述接線端來接設于電網供電線與電網用戶負載之間，其特征在于進一步設有如權利要求I至7中任意一項所述的電表電源電路、3個采集電路和3個計量芯片，其中所述接線端分別連接至采集電路和電表電源電路，所述采集電路電連接至計量芯片，所述處理器分別與計量芯片、電表電源電路、顯示電路、通訊電路和存儲器電連接。
9.如權利要求8所述的三相智能電表，其特征在于所述接線端是以對稱式接線方式加以設置。
10.如權利要求8所述的三相智能電表，其特征在于所述采集電路包括錳銅分流電路和隔離傳感器，所述接線端連接至錳銅分流電路的輸入端，所述錳銅分流電路的輸出端接入隔離傳感器。
11.如權利要求8所述的三相智能電表，其特征在于所述電表本體包括相互配合封圍的上殼體和下殼體，所述上殼體和下殼體界定了用于連接電網電力線和電網用戶負載的接線端。
12.如權利要求11所述的三相智能電表，其特征在于所述上殼體和下殼體分別設有相互吻合的鋸齒狀配合部。
13.如權利要求12所述的三相智能電表，其特征在于所述鋸齒狀配合部的鋸齒夾角設為90°至130。之間。
14.如權利要求12或13所述的三相智能電表，其特征在于所述鋸齒狀配合部的鋸齒橫向長度設為3mm至6mm之間，縱向寬度設為Imm至3mm之間。
專利摘要本實用新型公開了一種智能電表的電源電路，包括功率輸出控制電路、降壓電路、開關控制電路和充電電路，所述降壓電路的輸入端和輸出端分別連接于電表的接線端和開關控制電路的輸入端，所述開關控制電路的輸出端接入功率輸出控制電路。本實用新型還公開了具有此電源電路的三相智能電表，三相智能電表利于上述電源電路可以在保證電表一直在工作電路正常工作時所需的電流同時，最大化地利用電源電路提供的每毫安電流。
文檔編號H02M3/04GK202693675SQ201220314060
公開日2013年1月23日 申請日期2012年6月27日 優先權日2012年6月27日
發明者錢海波, 陳凱, 閆閏 申請人:華立儀表集團股份有限公司