CN102175914A

CN102175914A - 基于零线判断开关电源三相低功耗费控智能电能表

Info

Publication number: CN102175914A
Application number: CN2011100264097A
Authority: CN
Inventors: 李中泽
Original assignee: WUHAN SHENGFAN ELECTRONICS STOCK CO Ltd
Current assignee: WUHAN SHENGFAN ELECTRONICS STOCK CO Ltd
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2011-09-07

Abstract

本发明涉及一种三相电能表技术领域，提供一种基于零线判断开关电源的三相低功耗费控智能电能表，包括开关电源模块，所述开关电源模块包括整流电路、零线检测电路、带线路选通功能的稳压电路、零线判断电路、高频滤波抗干扰电路和开关稳压电源电路。本发明在使用开关电源供电的同时，电表的干扰抑制能力强且在缺少零线或者错相的情况下仍然可以正常工作。

Description

基于零线判断开关电源三相低功耗费控智能电能表

技术领域

本发明涉及一种三相电能表技术领域，特别是一种基于零线判断开关电源的三相低功耗费控智能电能表。

背景技术

现有的三相费控智能电能表一般采用变压器方案供电，其隔离抗干扰效果好，稳定可靠，但功耗较大，成本较高。随着开关电源技术的日趋成熟，技术开发人员开始尝试在三相费控智能电能表中使用体积小、重量轻、效率高、自身抗干扰性强的开关电源方案供电来解决变压器供电方案中存在的问题。但一方面由于开关电源的干扰抑制能力较差，另一方面，一般的三相开关电源电能表中如果缺少零线或者错相，电能表将不能正常工作，因此开关电源对三相费控智能电能表供电的方案还需要不断地完善。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足之处，而提供一种基于零线判断开关电源的三相低功耗费控智能电能表，其在使用开关电源供电的同时，电表的干扰抑制能力强且在缺少零线或者错相的情况下仍然可以正常工作。

本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：基于零线判断开关电源三相低功耗费控智能电能表，包括开关电源模块、单片机中央处理单元、通信模块和智能电能表基本功能模块，所述开关电源模块包括整流电路、零线检测电路、带线路选通功能的稳压电路、零线判断电路、高频滤波抗干扰电路和开关稳压电源电路；所述整流电路的输出端分别与高频抗干扰滤波电路的输入端和带线路选通功能的稳压电路的输入端相联，所述零线判断电路的输出端与带线路选通功能的稳压电路的输入端相连，所述带线路选通功能的稳压电路的输出端与零线检测电路的输入端相联，所述零线检测电路的输出端与高频滤波抗干扰电路的输入端相联，高频滤波抗干扰电路的输出端与开关稳压电源电路的输入端相联。

在上述技术方案中，所述开关电源模块中连接有开关电源保护电路。

在上述技术方案中，所述开关电源保护电路包括线绕电阻R1、线绕电阻R2、线绕电阻R3、压敏电阻ZR1、压敏电阻ZR2、压敏电阻ZR3、压敏电阻ZR4、复合热敏电阻RT1、二极管D16和二极管D17；所述电阻R1连接在所述整流电路中二极管D1的负极和第一相线JA1之间，电阻R2连接在所述整流电路中二极管D2的负极和第二相线JB1之间，电阻R3连接在所述整流电路中二极管D3的负极和第三相线JC1之间，压敏电阻ZR1连接在第一相线JA1和零线JN1之间，压敏电阻ZR2连接在第二相线JB2和零线JN1之间，压敏电阻ZR3连接在第三相线JC1和零线JN1之间，压敏电阻ZR4连接在所述整流电路中二极管D5的正极和二极管D12之间，复合热敏电阻RT1连接在D16的正极和所述整流电路中二极管D15的负极之间，二极管D16的负极和二极管D17的负极相联并接入高频滤波抗干扰电路的输入端。

在上述技术方案中，所述整流电路包括二极管D1~二极管D12、二极管D14和二极管D15；所述二极管D1的负极连接所述开关电源保护电路中电阻R1的一端，二极管D4的负极连接二极管D1的正极，二极管D2的负极连接所述开关电源保护电路中电阻R2的一端，二极管D6的负极连接二极管D2的正极，二极管D3的负极连接所述开关电源保护电路中电阻R3的一端，二极管D5的负极连接二极管D3的正极，二极管D4、二极管D5的正极连接二极管D6的正极，二极管D7的正极连接二极管D1的负极，二极管D10的正极连接二极管D7的负极，二极管D8的正极连接二极管D2的负极，二极管D11的正极连接二极管D8的负极，二极管D9的正极连接二极管D3的负极，二极管D12的正极连接二极管D9的负极，二极管D10、二极管D11、二极管D10的负极经所述开关电源保护电路中压敏电阻ZR4连接到二极管D6的正极，二极管D14的正极连接零线JN1，二极管D14的负极与二极管D15的正极相连。

在上述技术方案中，所述零线检测电路包括稳压二极管DZ1、电阻R10、电阻R11和光电耦合器OP1；所述稳压二极管DZ1的负极连接到所述带线路选通功能的稳压电路中场效应管Q1的源级，稳压二极管DZ1的正极经开关电源保护电路中的二极管D17与高频滤波抗干扰电路相联，电阻R11并联在光电耦合器OP1的输入端，光电耦合器OP1的输入端通过电阻R10、电阻R11接入稳压二极管DZ1的两端，光电耦合器OP1的输出端JI的输出信号连接到单片机中央处理单元。

在上述技术方案中，所述带线路选通功能的稳压电路包括电阻R4~电阻R9、场效应管Q1、电容C9和瞬态抑制器Z2；所述场效应管Q1的栅极经由串联的电阻R5~电阻R9连接到所述整流电路，场效应管Q1的漏极经由电阻R4连接到所述整流电路，场效应管Q1的源级和栅极之间连接瞬态抑制器Z2，电容C9并联在瞬态抑制器Z2的两端，场效应管Q1的源级与稳压二极管DZ1的负极相联。

在上述技术方案中，所述零线判断电路包括二极管D13、电阻R12~电阻R15、电容C5、场效应管Q2、瞬态抑制器Z1；所述场效应管Q2的栅极经由串联的电阻R14、电阻R13、电阻R12、二极管D13连接到零线JN1，场效应管Q2源级和栅极之间连接电容C5，电阻R15并联在电容C5的两端，场效应管Q2的源级和漏极之间连接瞬态抑制器Z1，场效应管Q2源级连接整流电路，场效应管Q2的漏极连接带线路选通功能的稳压电路。

在上述技术方案中，所述场效应管Q1和场效应管Q2优选MOS场效应管。

本发明通过在三相费控智能电能表中设置开关电源模块，使其功耗比普通三相电能表降低60%～70%，大大节约了能源，符合电能表节能降耗的发展趋势；且通过在开关电源模块中设置零线判断电路和带线路选通功能的稳压电路，使得三相费控智能电能表在缺少零线的情况也能正常工作，同时，由于在错相的时候复合热敏电阻的作用保护开关电源不受损坏，增强了基于零线判断开关电源三相低功耗费控智能电能表的实用性和可靠性。本发明还具有抑制传导干扰能力强、可靠性高、电源效率高、功耗低等优点。

附图说明

图1为本发明基于零线判断开关电源的三相低功耗费控智能电能表的电路框图。

图2为本发明实施例中开关电源模块的电路原理图。

图3为本发明实施例中开关电源模块的电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明基于零线判断开关电源的三相低功耗费控智能电能表，包括开关电源模块、单片机中央处理单元、通信模块和智能电能表基本功能模块。开关电源模块分别为单片机中央处理单元、通信模块和智能电能表基本功能模块供电，单片机中央处理单元与通信模块和智能电能表基本功能模块相联。

如图2所示，所述开关电源模块包括整流电路、零线检测电路、带线路选通功能的稳压电路、零线判断电路、高频滤波抗干扰电路和开关稳压电源电路；所述整流电路的输出端分别与高频抗干扰滤波电路的输入端和带线路选通功能的稳压电路的输入端相联，所述零线判断电路的输出端与带线路选通功能的稳压电路的输入端相连，所述带线路选通功能的稳压电路的输出端与零线检测电路的输入端相联，所述零线检测电路的输出端与高频滤波抗干扰电路的输入端相联，高频滤波抗干扰电路的输出端与开关稳压电源电路的输入端相联。所述零线检测电路用于将零线是否缺失的信号传递给单片机，并给出缺失零线的提示。零线判断电路用于控制带线路选通功能的稳压电路与高频滤波抗干扰电路之间的通断。

上述开关电源模块中还连接有开关电源保护电路用来防止雷击浪涌等冲击。

下面详述开关电源模块的电路连接关系：

上述开关电源保护电路包括线绕电阻R1、线绕电阻R2、线绕电阻R3、压敏电阻ZR1、压敏电阻ZR2、压敏电阻ZR3、压敏电阻ZR4、复合热敏电阻RT1、二极管D16和二极管D17。其中，电阻R1连接在所述整流电路中二极管D1的负极和第一相线JA1之间，电阻R2连接在所述整流电路中二极管D2的负极和第二相线JB1之间，电阻R3连接在所述整流电路中二极管D3的负极和第三相线JC1之间，压敏电阻ZR1连接在第一相线JA1和零线JN1之间，压敏电阻ZR2连接在第二相线JB2和零线JN1之间，压敏电阻ZR3连接在第三相线JC1和零线JN1之间，压敏电阻ZR4连接在所述整流电路中二极管D5的正极和二极管D12之间，复合热敏电阻RT1连接在D16的正极和所述整流电路中二极管D15的负极之间，二极管D17的正极连接零线检测电路，二极管D16的负极与二极管D17的负极相连后接入高频滤波抗干扰电路的输入端。开关电源保护电路用来防止上下电时产生的电压突变和雷击浪涌等冲击。二极管D16和二极管D17可防止电压反向时对前极元件造成损坏。

上述整流电路包括二极管D1~二极管D12、二极管D14和二极管D15。其中，二极管D1的负极连接所述开关电源保护电路中电阻R1的一端，二极管D4的负极连接二极管D1的正极，二极管D2的负极连接所述开关电源保护电路中电阻R2的一端，二极管D6的负极连接二极管D2的正极，二极管D3的负极连接所述开关电源保护电路中电阻R3的一端，二极管D5的负极连接二极管D3的正极，二极管D4、二极管D5的正极连接二极管D6的正极；二极管D7的正极连接二极管D1的负极，二极管D10的正极连接二极管D7的负极，二极管D8的正极连接二极管D2的负极，二极管D11的正极连接二极管D8的负极，二极管D9的正极连接二极管D3的负极，二极管D12的正极连接二极管D9的负极，二极管D10、二极管D11、二极管D10的负极经所述开关电源保护电路中压敏电阻ZR4连接到二极管D6的正极，二极管D14的正极连接零线JN1，二极管D14的负极与二极管D15的正极相连，二极管D15的负极连接高频滤波抗干扰电路。在有零线时，二极管D14~二极管D15与二极管D1~二极管D6组成半桥整流电路；缺零线时，二极管D1~二极管D12组成全桥整流电路。

上述零线检测电路包括稳压二极管DZ1、电阻R10、电阻R11和光电耦合器OP1。其中，所述稳压二极管DZ1的负极连接到所述带线路选通功能的稳压电路中场效应管Q1的源级，稳压二极管DZ1的正极经开关电源保护电路中的二极管D17与高频滤波抗干扰电路相联，电阻R11并联在光电耦合器OP1的输入端，光电耦合器OP1的输入端通过电阻R10、电阻R11接入稳压二极管DZ1的两端，光电耦合器OP1的输出端JI的输出信号连接到单片机中央处理单元。

上述带线路选通功能的稳压电路包括电阻R4~电阻R9、场效应管Q1、电容C9和瞬态抑制器Z2。其中，场效应管Q2的漏极经由串联的电阻R5~电阻R9连接到所述整流电路，场效应管Q1的漏极经由电阻R4连接到所述整流电路，场效应管Q1的源级和栅极之间连接瞬态抑制器Z2，电容C9并联在瞬态抑制器Z2的两端，场效应管Q1的源级与稳压二极管DZ1的负极相联。

上述零线判断电路包括二极管D13、电阻R12~电阻R15、电容C5、场效应管Q2、瞬态抑制器Z1。其中，场效应管Q2的栅极经由电阻R14、电阻R13、电阻R12、二极管D13连接到零线JN1，场效应管Q2源级和栅极之间连接电容C5，电阻R15并联在电容C5的两端，场效应管Q2的源级和漏极之间连接瞬态抑制器Z1，场效应管Q2源级连接整流电路，场效应管Q2的漏极连接带线路选通功能的稳压电路。瞬态抑制器Z1在有零线的情况下不工作，在没有零线的情况下主要起到限压的作用。

上述场效应管Q1和场效应管Q2优选MOS场效应管。

本实施例开关电源模块的缺零线判断工作原理为：当零线JN1接入正常时，零线判断电路中的场效应管Q2导通，场效应管Q2的漏极输出低电压，该低电压接入场效应管Q1的栅极使得场效应管Q1截止，稳压电路部分不工作，各个相线分别与零线JN1形成半桥整流电路，为用电设备供电，因采用半桥整流电路，输出电压较低，不需要再另外使用降压电路降压，减少了电路中不必要的电能损耗，大大提高了电源的利用率。当零线缺失时，零线判断电路中的Q2截止，相线的电压接入稳压电路中的场效应管Q1的栅极，使得场效应管Q1导通，各个相线之间形成电压较高的全桥整流电路，此时场效应管Q1工作在导通状态，源极电压随栅极电压增大而增大，同时，当栅极电压增高到一定值时，瞬态抑制器Z1将电压钳制在一个固定值，保证场效应管Q1输出电压不会过高而损坏后极元件，这时场效应管Q1工作在线性状态，超过固定值的电压主要加在场效应管Q1上，场效应管Q1起到降压作用，使输出电压稳定的为用电设备供电，保证其正常工作。此时零线检测电路中的光电耦合器OP1在缺失零线的情况下输出信号给单片机，单片机可通过指示灯或显示提示用户此时零线缺失。电源经零线判断电路和带线路选通功能的稳压电路后，接入高频滤波抗干扰电路，高频滤波抗干扰电路能有效抑制传导干扰，保证开关电源的稳定性。最后经过开关稳压电源电路，得到用电设备各部分所需的电源。

当各相线与零线发生错相时，所增加的电压大部分由复合热敏RT1所消耗，保护开关电源不因电压过高而损坏。

Claims

1.基于零线判断开关电源三相低功耗费控智能电能表，包括开关电源模块、单片机中央处理单元、通信模块和智能电能表基本功能模块，其特征是：所述开关电源模块包括整流电路、零线检测电路、带线路选通功能的稳压电路、零线判断电路、高频滤波抗干扰电路和开关稳压电源电路；所述整流电路的输出端分别与高频抗干扰滤波电路的输入端和带线路选通功能的稳压电路的输入端相联，所述零线判断电路的输出端与带线路选通功能的稳压电路的输入端相连，所述带线路选通功能的稳压电路的输出端与零线检测电路的输入端相联，所述零线检测电路的输出端与高频滤波抗干扰电路的输入端相联，高频滤波抗干扰电路的输出端与开关稳压电源电路的输入端相联。

2.根据权利要求1所述的基于零线判断开关电源三相低功耗费控智能电能表，其特征是：所述开关电源模块中连接有开关电源保护电路。

3.根据权利要求2所述的基于零线判断开关电源三相低功耗费控智能电能表，其特征是：所述开关电源保护电路包括线绕电阻R1、线绕电阻R2、线绕电阻R3、压敏电阻ZR1、压敏电阻ZR2、压敏电阻ZR3、压敏电阻ZR4、复合热敏电阻RT1、二极管D16和二极管D17；所述电阻R1连接在所述整流电路中二极管D1的负极和第一相线JA1之间，电阻R2连接在所述整流电路中二极管D2的负极和第二相线JB1之间，电阻R3连接在所述整流电路中二极管D3的负极和第三相线JC1之间，压敏电阻ZR1连接在第一相线JA1和零线JN1之间，压敏电阻ZR2连接在第二相线JB2和零线JN1之间，压敏电阻ZR3连接在第三相线JC1和零线JN1之间，压敏电阻ZR4连接在所述整流电路中二极管D5的正极和二极管D12之间，复合热敏电阻RT1连接在D16的正极和所述整流电路中二极管D15的负极之间，二极管D16的负极和二极管D17的负极相联并接入高频滤波抗干扰电路的输入端。

4.根据权利要求2所述的基于零线判断开关电源三相低功耗费控智能电能表，其特征是：所述整流电路包括二极管D1~二极管D12、二极管D14和二极管D15；所述二极管D1的负极连接所述开关电源保护电路中电阻R1的一端，二极管D4的负极连接二极管D1的正极，二极管D2的负极连接所述开关电源保护电路中电阻R2的一端，二极管D6的负极连接二极管D2的正极，二极管D3的负极连接所述开关电源保护电路中电阻R3的一端，二极管D5的负极连接二极管D3的正极，二极管D4、二极管D5的正极连接二极管D6的正极，二极管D7的正极连接二极管D1的负极，二极管D10的正极连接二极管D7的负极，二极管D8的正极连接二极管D2的负极，二极管D11的正极连接二极管D8的负极，二极管D9的正极连接二极管D3的负极，二极管D12的正极连接二极管D9的负极，二极管D10、二极管D11、二极管D10的负极经所述开关电源保护电路中压敏电阻ZR4连接到二极管D6的正极，二极管D14的正极连接零线JN1，二极管D14的负极与二极管D15的正极相连。

5.根据权利要求2所述的基于零线判断开关电源三相低功耗费控智能电能表，其特征是：所述零线检测电路包括稳压二极管DZ1、电阻R10、电阻R11和光电耦合器OP1；所述稳压二极管DZ1的负极连接到所述带线路选通功能的稳压电路中场效应管Q1的源级，稳压二极管DZ1的正极经开关电源保护电路中的二极管D17与高频滤波抗干扰电路相联，电阻R11并联在光电耦合器OP1的输入端，光电耦合器OP1的输入端通过电阻R10、电阻R11接入稳压二极管DZ1的两端，光电耦合器OP1的输出端JI的输出信号连接到单片机中央处理单元。

6.根据权利要求2所述的基于零线判断开关电源三相低功耗费控智能电能表，其特征是：所述带线路选通功能的稳压电路包括电阻R4~电阻R9、场效应管Q1、电容C9和瞬态抑制器Z2；所述场效应管Q1的栅极经由串联的电阻R5~电阻R9连接到所述整流电路，场效应管Q1的漏极经由电阻R4连接到所述整流电路，场效应管Q1的源级和栅极之间连接瞬态抑制器Z2，电容C9并联在瞬态抑制器Z2的两端，场效应管Q1的源级与稳压二极管DZ1的负极相联。

7.根据权利要求2所述的基于零线判断开关电源三相低功耗费控智能电能表，其特征是：所述零线判断电路包括二极管D13、电阻R12~电阻R15、电容C5、场效应管Q2、瞬态抑制器Z1；所述场效应管Q2的栅极经由串联的电阻R14、电阻R13、电阻R12、二极管D13连接到零线JN1，场效应管Q2源级和栅极之间连接电容C5，电阻R15并联在电容C5的两端，场效应管Q2的源级和漏极之间连接瞬态抑制器Z1，场效应管Q2源级连接整流电路，场效应管Q2的漏极连接带线路选通功能的稳压电路。