CN102946088A - 一种电表继电器拉合闸控制电路以及智能电表 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电表继电器拉合闸控制电路，包括阻容降压电路、功率控制电路、恒流充电电路、均压电路和开关电路，其中电网零线N和火线L电压信号接入阻容降压电路的输入端，所述阻容降压电路的输出端电连接至功率控制电路，所述功率控制电路电连接至恒流充电电路，所述恒流充电电路电连接至相互耦合的均压电路和开关电路，所述开关电路通过其继电器进行拉合闸动作。本发明还公开了一种智能电表，它包括处理器和显示电路、供电电源VCC，以及如前所述的继电器拉合闸控制电路。本发明拉合闸电路能够有效避免因拉合闸电压过压或不足而造成的故障隐患，电路结构简单，同时提供了一种有效利用供电电压的电源方案。
Description
技术领域
本发明主要涉及一种应用于电表的拉合闸控制电路，以及一种具有此控制电路的智能电表。
背景技术
随着智能电网的发展需要，预付费、载波通讯、远程抄表、远程控制等功能逐渐应用于电表上。电表的拉合闸功能成为控制供电的必备电路。传统的拉合闸电路由变压器供电，H桥控制拉合闸，存在着以下几个问题：在低电压输入时拉合闸电压不够导致拉合闸动作失败；H桥电路复杂，防护设计不当容易被关断时的反向电动势击穿三极管；变压器电源内阻小，上下桥臂一起导通会烧三极管导致拉合闸电路失效等问题。
发明内容
本发明旨在解决现有技术存在的缺陷，设计一种应用于电表的拉合闸控制电路，能有效避免拉合闸电路中电流过大而导致失效或损坏的情况出现，并提供一种具有节能降耗电源方案的电表。
为了实现上述设计目的，本发明通过以下技术方案来实现：
技术方案1：一种电表继电器拉合闸控制电路，包括阻容降压电路、功率控制电路，进一步包括恒流充电电路、均压电路和开关电路，其中电网零线N和火线L电压信号接入阻容降压电路的输入端，所述阻容降压电路的输出端电连接至功率控制电路，所述功率控制电路电连接至恒流充电电路，所述恒流充电电路进一步电连接至相互耦合的均压电路和开关电路，所述开关电路通过其继电器进行拉合闸动作。
进一步地，在本发明的优选实施例中，所述阻容降压电路是由电阻MOV1,R1、安规电容C1、二极管D1,D3,D4以及电解电容E1组成，其中在阻容降压电路的零线N和火线L线路之间，接设有电阻MOV1，所述电阻MOV1为压敏电阻；进一步接设有二极管D3,D4，所述二极管D3，D4为稳压二极管，用于对阻容降压电路外接的供电电源设定钳位电压；进一步接设有电解电容E1。
进一步地，在本发明的优选实施例中，所述功率控制电路是由电阻R2,R3,R4,R5，三极管Q1,Q5，二极管D2组成，其中电阻R2为电流采样电阻，其并接于稳压二极管D4，当一个外接供电电源通过阻容降压电路对电表进行供电外，剩余电流通过所述电阻R2流回至阻容降压电路；电阻R3通过稳压二极管D3，D4之间连接于三极管Q5，三极管Q1,Q5之间接设电阻R4,R5。
进一步地，在本发明的优选实施例中，所述均压电路是由稳压二极管D5,D6、电阻R8,R9以及拉合闸电容E2,E3组成，其中所述拉合闸电容E2，E3外接至一个外接供电电源；所述二极管D5,D6并接于拉合闸电容E2,E3以使得拉合闸电容E2，E3的充电电压均等和mA级电流损耗；所述电阻R8,R9进一步并接于拉合闸电容E2，E3且外接至电表处理器的ADC采样端口。
进一步地，在本发明的优选实施例中，所述恒流充电电路是由电阻R7,R6和三极管Q2,Q3组成，其中电阻R7并接于三极管Q2的发射极与基极之间，电阻R6并接于三极管Q3的基极与集电极之间，所述三极管Q2，Q3相互耦合以组成一个横流电路。
进一步地，在本发明的优选实施例中，所述开关电路是由电阻R10,R11,R12,R13,R14,R15、三极管Q4,Q6,Q7和继电器组成，其中电阻R13，R14组成下拉电阻；三极管Q4,Q6与电阻R10，R11，R12耦合连接以控制继电器闭合；三极管Q7与电阻R15耦合连接以控制继电器断开。
进一步地，在本发明的优选实施例中，当电阻R2两端的电压达到三极管Q5的导通电压时，电阻R2两端的电压通过电阻R3使所述三极管Q5导通，从而又通过电阻R5使得三极管Q1导通，所述三极管Q1对后级电路进行供电。当后级电路供电电流增加时，流过电阻R2的电流减小最终使得三极管Q5处于放大状态，三极管Q1通过电阻R4上拉至放大状态以限制对后级电路的供电电流。当电表所需工作电流增加时，电阻R2调节后使后级电路的电流减小。当电表电路需要瞬态大电流供电时，存储在所述拉合闸电容E2，E3中的电能通过二极管D2提供瞬态放电电流；功率控制电路优先保证电表功能电路部分的常态供电和瞬态大电流供电需求，多余的电能再对后端的非常态工作电路进行供电。当拉合闸电容E2,E3未充满电时，电阻R6对三极管Q3下拉使其导通，电流通过电阻R7和三极管Q3对后端拉合闸电容E2，E3充电，电流流过电阻R7产生的电压降使得三极管Q2导通，三极管Q2导通又限制了三极管Q3的导通，同时限制电阻R7的电流从而形成一个横流电路。当所述拉合闸电容E2，E3充满电时，所述横流电路本身不再消耗电流，提高了电源效率。恒流充电电路相比串电阻限流充电整个充电环节电流恒定，减小了上电时的冲击电流，缩短了充电时间。
技术方案2：一种智能电表，它包括处理器和显示电路，进一步包括供电电源VCC，以及如前所述的继电器拉合闸控制电路，其中阻容降压电路连接供电电源VCC并通过其二极管D3,D4将供电电源VCC的电压值钳位为24V；所述供电电源VCC进一步连接至显示电路、处理器及均压电路并为之提供工作电压；所述处理器通过ADC采样端口连接至均压电路（4）并判断其拉合闸电容E2,E3是否充电完毕以进行拉合闸操作。
进一步地，在本发明的优选实施例中，处理器可以通过ADC采样端口判断拉合闸电容E2,E3是否充电完毕可以进行拉合闸操作，提高了每次拉合闸操作的可靠性。
进一步地，在本发明的优选实施例中，电阻R13,R14组成的下拉电阻保证处理器在完成I/O初始化前不会对继电器进行误操作。在合闸操作时，处理器的合闸信号通过R12,Q6,R11使得Q4导通,E2中存储的电能通过Q4对继电器供电使继电器吸合；在拉闸操作时，处理器的拉闸信号通过R15使Q7导通，E3中存储的电能通过Q7对继电器供电使继电器拉闸。
本发明的有益效果是显而易见的，本发明拉合闸电路能够有效避免因拉合闸电压过压或不足而造成的故障隐患，电路结构简单，同时提供了一种有效利用供电电压的电源方案。本发明的技术方案适用范围极广泛，并能够对电表内部电路设计降低成本。
附图说明
本发明的优选实施方式将在以下通过参照附图的方式加以详细体现，图中的相同功能组件/模块以相同符号加以标记，其中的
图1为本发明电表继电器拉合闸控制电路的优选实施例的电路原理图；
图2为本发明智能电表的结构原理图。
具体实施方式
参照图1，本发明电表继电器拉合闸控制电路的优选实施例包括阻容降压电路1、功率控制电路2，进一步包括恒流充电电路3、均压电路4和开关电路5，其中电网零线N和火线L电压信号接入阻容降压电路1的输入端，所述阻容降压电路1的输出端电连接至功率控制电路2，所述功率控制电路2电连接至恒流充电电路3，所述恒流充电电路3进一步电连接至相互耦合的均压电路4和开关电路5，所述开关电路5通过其继电器K进行拉合闸动作。
在本发明的优选实施例中，阻容降压电路1是由电阻MOV1,R1、安规电容C1、二极管D1,D3,D4以及电解电容E1组成，其中在阻容降压电路1的零线N和火线L线路之间接设有电阻MOV1，所述电阻MOV1为压敏电阻；进一步接设有二极管D3,D4，所述二极管D3，D4为稳压二极管，用于对阻容降压电路（1）外接的供电电源VCC设定钳位电压；进一步接设有电解电容E1。通过D3与D4的钳位使得VCC电压为24V。VCC电路除为电表的计量芯片，MCU，液晶驱动等供电外还负责为拉合闸电容充电。
在本发明的优选实施例中，功率控制电路2是由电阻R2,R3,R4,R5，三极管Q1,Q5，二极管D2组成，其中电阻R2为电流采样电阻，其并接于稳压二极管D4，当一个外接供电电源VCC通过阻容降压电路1对电表进行供电外，剩余电流通过所述电阻R2流回至阻容降压电路1；电阻R3通过稳压二极管D3，D4之间连接于三极管Q5，三极管Q1,Q5之间接设电阻R4,R5。
其中，R2为电流采样电阻，由阻容降压电路1组成的恒流源除给电表功能电路供电流外，剩下的电流通过R2流回恒流源电路。当R2两端的电压达到Q5的导通电压时，R2两端的电压通过R3使Q5导通,Q5导通又通过R5使得Q1导通，Q1对后端电路进行供电，当后端电路供电电流增加时，流过R2的电流减小最终Q5处于放大状态，Q1通过R4上拉处于放大状态限制了对后端电路的供电电流。当电表功能电路部分电流需求增加时，通过R2调节后给后端电路的电流减小。当功能电路需要瞬态大电流供电时，存储在拉合闸电容中的电能又可以通过D2提供瞬态放电电流。功率控制电路优先保证电表功能电路部分的常态供电和瞬态大电流供电需求，多余的电能再对后端的非常态工作电路进行供电。
参照图2，在本发明的优选实施例中，均压电路4是由稳压二极管D5,D6、电阻R8,R9以及拉合闸电容E2,E3组成，其中所述拉合闸电容E2，E3外接至一个外接供电电源VCC；所述二极管D5,D6并接于拉合闸电容E2,E3以使其充电电压均等且为mA级电流损耗；所述电阻R8,R9进一步并接于拉合闸电容E2，E3且外接至电表处理器10的ADC采样端口。D5,D6保证了2个串联的拉合闸电容充电电压相等，同时又避免常规电容分压电阻带的mA级电流损耗。R8和R9组成的分压电阻连处理器的ADC采样口，处理器可以通过ADC采样判断拉合闸电容是否充电完毕可以进行拉合闸操作，提高了每次拉合闸操作的可靠性。
参照图1和图2，在本发明的优选实施例中，恒流充电电路3是由电阻R7,R6和三极管Q2,Q3组成，其中电阻R7并接于三极管Q2的发射极与基极之间，电阻R6并接于三极管Q3的基极与集电极之间，所述三极管Q2，Q3相互耦合以组成一个横流电路。当拉合闸电容E2,E3未充满电时，R6对Q3下拉导致Q3导通，电流通过R7,Q3对后端拉合闸电容充电，电流流过R7产生的电压降使得Q2导通，Q2导通又限制了Q3的导通，反过来又限制了R7的电流从而形成一个横流电路，当后端拉合闸电容充满电时，横流电路本身不再消耗电流，提高了电源效率。恒流充电电路相比串电阻限流充电整个充电环节电流恒定，减小了上电时的冲击电流，缩短了充电时间。
在本发明的优选实施例中，开关电路5是由若干个电阻R10,R11,R12,R13,R14,R15、三极管Q4,Q6,Q7和继电器K组成，其中电阻R13，R14组成下拉电阻；三极管Q4,Q6与电阻R10，R11，R12耦合连接以控制继电器K闭合；三极管Q7与电阻R15耦合连接以控制继电器K断开。R13,R14组成的下拉电阻保证处理器在完成I/O初始化前不会对继电器进行误操作。合闸操作时，处理器的合闸信号通过R12,Q6,R11使得Q4导通,E2中存储的电能通过Q4对继电器供电使继电器吸合。拉闸操作时，处理器的拉闸信号通过R15使Q7导通，E3中存储的电能通过Q7对继电器供电使继电器拉闸。
当电阻R2两端的电压达到三极管Q5的导通电压时，电阻R2两端的电压通过电阻R3使所述三极管Q5导通，从而又通过电阻R5使得三极管Q1导通，所述三极管Q1对后级电路进行供电；当后级电路供电电流增加时，流过电阻R2的电流减小直至三极管Q5处于放大状态，三极管Q1通过电阻R4上拉至放大状态以限制对后级电路的供电电流；当电表所需工作电流增加时，电阻R2调节后使后级电路的电流减小；当电表电路需要瞬态大电流供电时，存储在所述拉合闸电容E2，E3中的电能通过二极管D2提供瞬态放电电流；当拉合闸电容E2,E3未充满电时，电阻R6对三极管Q3下拉使其导通，电流通过电阻R7和三极管Q3对后端拉合闸电容E2，E3充电，电流流过电阻R7产生的电压降使得三极管Q2导通，三极管Q2导通又限制了三极管Q3的导通，同时限制电阻R7的电流从而形成一个横流电路。
图2绘示出一种智能电表，它包括处理器10和显示电路20，其特征在于：进一步包括供电电源VCC，以及如权利要求1所述的继电器拉合闸控制电路30，其中阻容降压电路1连接供电电源VCC并通过其二极管D3,D4将供电电源VCC的电压值钳位为24V；所述供电电源VCC进一步连接至显示电路20、处理器10及均压电路4并为之提供工作电压；所述处理器10通过ADC采样端口连接至均压电路4并判断其拉合闸电容E2，E3是否充电完毕以进行拉合闸操作。以上仅为本发明的优选实施方式，旨在体现本发明的突出技术效果和优势，并非是对本发明的技术方案的限制。本领域技术人员应当了解的是，一切基于本发明技术内容所作出的修改、变化或者替代技术特征，皆应当涵盖于本发明所附权利要求主张的技术范畴内。
Claims (8)
1.一种电表继电器拉合闸控制电路，包括阻容降压电路（1）、功率控制电路（2），其特征在于：进一步包括恒流充电电路（3）、均压电路（4）和开关电路（5），其中电网零线N和火线L电压信号接入阻容降压电路（1）的输入端，所述阻容降压电路（1）的输出端电连接至功率控制电路（2），所述功率控制电路（2）电连接至恒流充电电路（3），所述恒流充电电路（3）进一步电连接至相互耦合的均压电路（4）和开关电路（5），所述开关电路（5）通过其继电器（K）进行拉合闸动作。
2.如权利要求1所述的电表继电器拉合闸控制电路，其特征在于：所述阻容降压电路（1）是由电阻MOV1,R1、安规电容C1、二极管D1,D3,D4以及电解电容E1组成，其中在阻容降压电路（1）的零线N和火线L线路之间，接设有电阻MOV1，所述电阻MOV1为压敏电阻；进一步接设有二极管D3,D4，所述二极管D3，D4为稳压二极管，用于对阻容降压电路（1）外接的供电电源VCC设定钳位电压；进一步接设有电解电容E1。
3.如权利要求1或2所述的电表继电器拉合闸控制电路，其特征在于：所述功率控制电路（2）是由电阻R2,R3,R4,R5，三极管Q1,Q5，二极管D2组成，其中电阻R2为电流采样电阻，其并接于稳压二极管D4，当一个外接供电电源VCC通过阻容降压电路（1）对电表进行供电外，剩余电流通过所述电阻R2流回至阻容降压电路（1）；电阻R3通过稳压二极管D3，D4之间连接于三极管Q5，三极管Q1,Q5之间接设电阻R4,R5。
4.如权利要求1所述的电表继电器拉合闸控制电路，其特征在于：所述均压电路（4）是由稳压二极管D5,D6、电阻R8,R9以及拉合闸电容E2,E3组成，其中所述拉合闸电容E2，E3外接至一个外接供电电源VCC；所述二极管D5,D6并接于拉合闸电容E2,E3以使其充电电压均等且为mA级电流损耗；所述电阻R8,R9进一步并接于拉合闸电容E2，E3且外接至电表处理器（10）的ADC采样端口。
5.如权利要求1所述的电表继电器拉合闸控制电路，其特征在于：所述恒流充电电路（3）是由电阻R7,R6和三极管Q2,Q3组成，其中电阻R7并接于三极管Q2的发射极与基极之间，电阻R6并接于三极管Q3的基极与集电极之间，所述三极管Q2，Q3相互耦合以组成一个横流电路。
6.如权利要求1所述的电表继电器拉合闸控制电路，其特征在于：所述开关电路（5）是由若干个电阻R10,R11,R12,R13,R14,R15、三极管Q4,Q6,Q7和继电器（K）组成，其中电阻R13，R14组成下拉电阻；三极管Q4,Q6与电阻R10，R11，R12耦合连接以控制继电器（K）闭合；三极管Q7与电阻R15耦合连接以控制继电器（K）断开。
7.如权利要求1至6中任一项所述的电表继电器拉合闸控制电路，其特征在于：当电阻R2两端的电压达到三极管Q5的导通电压时，电阻R2两端的电压通过电阻R3使所述三极管Q5导通，从而又通过电阻R5使得三极管Q1导通，所述三极管Q1对后级电路进行供电；当后级电路供电电流增加时，流过电阻R2的电流减小直至三极管Q5处于放大状态，三极管Q1通过电阻R4上拉至放大状态以限制对后级电路的供电电流；当电表所需工作电流增加时，电阻R2调节后使后级电路的电流减小；当电表电路需要瞬态大电流供电时，存储在所述拉合闸电容E2，E3中的电能通过二极管D2提供瞬态放电电流；当拉合闸电容E2,E3未充满电时，电阻R6对三极管Q3下拉使其导通，电流通过电阻R7和三极管Q3对后端拉合闸电容E2，E3充电，电流流过电阻R7产生的电压降使得三极管Q2导通，三极管Q2导通又限制了三极管Q3的导通，同时限制电阻R7的电流从而形成一个横流电路。
8.一种智能电表，它包括处理器（10）和显示电路（20），其特征在于：进一步包括供电电源VCC，以及如权利要求1所述的继电器拉合闸控制电路（30），其中阻容降压电路（1）连接供电电源VCC并通过其二极管D3,D4将供电电源VCC的电压值钳位为24V；所述供电电源VCC进一步连接至显示电路（20）、处理器（10）及均压电路（4）并为之提供工作电压；所述处理器（10）通过ADC采样端口连接至均压电路（4）并判断其拉合闸电容E2，E3是否充电完毕以进行拉合闸操作。
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