CN106685211A - 开关电源及电气隔离方法、电表 - Google Patents

Abstract

一种开关电源及电气隔离方法、电表，其中，开关电源包括：第一变压器和第二变压器；外部电源与第一变压器的原边线圈耦合，第一变压器的副边线圈与第二变压器的原边线圈耦合，第二变压器的副边线圈与负载耦合。第一变压器用于通过第一变压器的原边线圈和副边线圈的电磁效应将外部电源的输入电压调节为第一电压信号，并将第一电压信号输入第二变压器的原边线圈，以使外部电源与第二变压器电气隔离；第二变压器用于通过第二变压器的原边线圈和副边线圈的电磁效应将第一电压信号调节为第二电压信号，并将第二电压信号输出到负载，以使第一变压器与负载电气隔离。通过第一变压器和第二变压器串联实现外部输入电源和负载之间10KV的电气隔离。

Description

开关电源及电气隔离方法、电表

技术领域

本发明涉及电气技术领域，具体而言，涉及一种开关电源及电气隔离方法、电表。

背景技术

随着科学技术的发展和提高，电表已经实现智能化。智能电表仍需人员进行一定的操作和维护，其中，利用电能表的RS-485接口对其数据抄读是一项基本功能。在现有技术的智能电表中，RS-485接口与电网之间最大能够承受国家电网所要求的6KV脉冲电压隔离。但随着社会的发展和用电量的激增，电力***对于智能电表安全性和可靠性的要求也越来越高。因此，现有技术中所能够承受的6KV脉冲电压隔离已经逐渐不能满足安全性和可靠性的要求，从而人员通过RS-485接口对智能电表进行操作和维护时，现有智能电表存在安全隐患。而现有技术中，可通过增大变压器尺寸或在变压器绕组之间增加绝缘材料以提高智能电表的绝缘性。增大变压器造成了智能电表尺寸过大，不便于使用；而增加绝缘材料造成了智能电表的生产成本过高。因此，如何有效的提高智能电表承受更高的脉冲电压隔离是目前业界一大难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关电源及电气隔离方法、电表，其能够使电表承受更高的脉冲电压。

第一方面，本发明实施例提供了一种开关电源，包括：第一变压器和第二变压器；外部电源与所述第一变压器的原边线圈耦合，所述第一变压器的副边线圈与所述第二变压器的原边线圈耦合，所述第二变压器的副边线圈与负载耦合。所述第一变压器用于通过所述第一变压器的原边线圈和所述第一变压器的副边线圈的电磁效应将所述外部电源的输入电压调节为第一电压信号，并将所述第一电压信号输入所述第二变压器的原边线圈，以使所述外部电源与所述第二变压器电气隔离。所述第二变压器用于通过所述第二变压器的原边线圈和所述第二变压器的副边线圈的电磁效应将所述第一电压信号调节为第二电压信号，并将所述第二电压信号输出到所述负载，以使所述第一变压器与所述负载电气隔离。

进一步的，还包括：脉冲控制电路和开关模块，所述开关模块包括：第一触点、第二触点和控制端，所述脉冲控制电路的输出端与所述控制端耦合，所述第一触点与所述第一变压器的原边线圈耦合，所述第二触点与参考电压端耦合。

进一步的，所述第一变压器的所述原边线圈包括：第一原边线圈和第二原边线圈，所述第一原边线圈的一端与所述外部电源耦合，所述第一原边线圈的另一端与所述第一触点耦合，所述第二原边线圈的一端与所述第二触点耦合，所述第二原边线圈的另一端与所述脉冲控制电路的电源端耦合。

进一步的，所述开关模块包括场效应管，所述场效应管的栅极为所述控制端，所述场效应管的漏极为所述第一触点，所述场效应管的源极为所述第二触点。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电表，包括：计量模块、通信模块、控制模块以及开关电源，所述计量模块的输入端和所述控制模块的输入端均与所述第一变压器的副边线圈耦合；所述第二变压器的副边线圈与所述通信模块耦合，所述通信模块与所述控制模块耦合。

进一步的，所述第一变压器的副边线圈包括：第一副边线圈和第二副边线圈，所述第一副边线圈和所述第二副边线圈均与所述第一变压器的所述原边线圈耦合，所述计量模块的输入端与所述第一副边线圈耦合，所述控制模块的输入端与所述第二副边线圈耦合，所述第二副边线圈与所述第二变压器的原边线圈耦合。

进一步的，所述通信模块与所述控制模块通过第一光电耦合器和第二光电耦合器耦合，所述第一光电耦合器包括：第一发光二极管和第一光敏三极管；所述第一发光二极管的两端均与所述控制模块的输出端耦合，所述第一光敏三极管的集电极端和发射极端均与所述通信模块的输入端耦合；所述第二光电耦合器包括：第二发光二极管和第二光敏三极管；所述第二发光二极管的两端均与所述通信模块的输出端耦合，所述第二光敏三极管的集电极端和发射极端与所述控制模块的输入端耦合。

进一步的，还包括：检测电路，所述检测电路的输入端与所述控制模块的输入端耦合，所述检测电路的输出端与所述脉冲控制电路的输入端耦合。

进一步的，还包括：整流模块和稳压模块，所述整流模块的输入端与所述第二变压器的副边线圈耦合，所述整流模块的输出端与所述稳压模块的输入端耦合，所述稳压模块的输出端与所述通信模块耦合。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电气隔离方法，所述方法包括：第一变压器用于通过所述第一变压器的原边线圈和所述第一变压器的副边线圈的电磁效应将外部电源的输入电压调节为第一电压信号，并将所述第一电压信号输入第二变压器的原边线圈，以使所述外部电源与所述第二变压器电气隔离。所述第二变压器用于通过所述第二变压器的原边线圈和所述第二变压器的副边线圈的电磁效应将所述第一电压信号调节为第二电压信号，并将所述第二电压信号输出到负载，以使所述第一变压器与所述负载电气隔离。

本发明实施例的有益效果是：通过外部电源与第一变压器的原边线圈耦合，第一变压器的副边线圈与第二变压器的原边线圈耦合，第二变压器的副边线圈与负载耦合。

由于第一变压器和第二变压器串联，输入的电压便能够被分配到第一变压器和第二变压器。第一变压器的原边线圈和第一变压器的副边线圈设有的绝缘材料能够保证第一变压器的原边线圈和第一变压器的副边线圈之间的绝缘强度达到6KV，即能够实现6KV的电气隔离。而第二变压器的原边线圈和第二变压器的副边线圈设有的绝缘材料能够保证第二变压器的原边线圈和第二变压器的副边线圈之间的绝缘强度也能够达到6KV，即也能够实现6KV的电气隔离。第一变压器和第二变压器串联后，外部电源输入的电压便能够被分配到第一变压器和第二变压器。进而第一变压器和第二变压器串联后能够承受12KV以内的电压，并实现电气隔离。

第一变压器和第二变压器的串联结构应用在电表中，电表通过第一变压器和第二变压器的串联而实现外部的输入电源和电表之间至少10KV电压等级的电气隔离，进而大幅的提高了电表的绝缘值，使电表承受更高的脉冲电压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供一种开关电源的模块图；

图2为本发明实施例提供一种开关电源的电路图；

图3为本发明实施例提供一种应用于该电气隔离方法；

图4为本发明实施例提供一种应用于该开关电源的电表的模块图；

图5为本发明实施例提供一种应用该开关电源的电表的电路图

图中：开关电源100、整流装置110、电磁干扰处理电路111、整流滤波112、开关模块120、脉冲控制电路130、电表200、第一整流稳压装置210、计量模块220、第二整流装置230、控制模块240、第三整流稳压装置250、通信模块260、检测电路270。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，图1示出了本发明实施例提供的开关电源100模块图。开关电源100包括：整流装置110、第一变压器T1、第二变压器T2、开关模块120和脉冲控制电路130。

请参阅图2所示出的本发明实施例提供的开关电源100的电路图。整流装置110用于将外部电源输入端口AA’输入的电源进行消除电磁干扰和整流。通过整流装置110将外部电源输入的交流电整流为直流，并输入第一变压器T1的原边线圈。优选地，整流装置110包括：电磁干扰处理电路111和整流滤波112电路。电磁干扰处理电路111的输入端与外部电源输入端口AA’耦合，电磁干扰处理电路111的输出端与整流滤波112电路的输入端耦合。在由端口AA’输入的交流高压电源中，交流高压电源中存在电磁干扰，进而对设备造成干扰。电磁干扰处理电路111能够用于将输入的外部电源的电磁干扰滤除，从而避免了对设备的干扰。与此同时，电磁干扰处理电路111还可将开关电源自身产生的干扰信号滤除，以防止开关电源自身产生的干扰信号流入到电网，对电网的其他设备的运行造成干扰。可选的，本实施可采用EMC(Electro Magnetic Compatibility)处理电路通过滤波和屏蔽的方式以消除输入的外部电源存在的电磁干扰。整流滤波112电路通过与电磁干扰处理电路111耦合，整流滤波112电路能够接收到电磁干扰处理电路111处理后的电信号。整流滤波112电路用于将输入的交流信号通过整流和滤波转换为直流后将其输出到第一变压器T1的原边线圈。

第一变压器T1用于通过所述第一变压器T1的原边线圈和T1第一变压器T1的副边线圈的电磁效应将外部电源的输入电压调节为第一电压信号。优选地，第一变压器T1的原边线圈包括：第一原边线圈aa’，第二原边线圈bb’。第一变压器T1的副边线圈包括：第一副边线圈cc’，第二副边线圈dd’。第一原边线圈aa’之间设有保护电路，保护电路包括：第一电容C1、第一电阻R1和第一二极管D1。第一原边线圈aa’的输入端与整流滤波112电路的输出端耦合，第一电容C1的一端和第一电阻R1的一端均和第一原边线圈aa’的输入端耦合。第一电容C1的另一端和第一电阻R1的另一端均和第一二极管D1的阴极端耦合，第一二极管D1的阳极端与第一原边线圈aa’的输出端耦合。可选的，本实施例的保护电路为RCD吸收电路。通过第一二极管D1的单向导通，以及第一电容C1的储能从而对场效应管Q1形成保护。

开关模块120用于进行通断第一变压器的原边线圈与参考电压端之间的连接，以改变第一变压器的原边线圈两端的电压。优选地，所述开关模块包括：第一触点、第二触点，所述第一触点与所述第一变压器的原边线圈耦合，所述第二触点与参考电压端耦合。

另外，为了便于通过脉冲信号等具有高低电平的信号控制开关模块的第一触点和第二触点的通断和闭合，该开关模块还包括控制端，该控制端用于接收输入的脉冲信号，以控制第一触点和第二触点的通断。

优选地，开关模块120可以为：场效应管Q1。由于开关模块120包括：第一触点、第二触点和控制端，从而场效应管Q1栅极可以为控制端，场效应管Q1的漏极可以为第一触点，场效应管Q1的源极可以为第二触点。

于本发明实施例中，开关电源100还包括脉冲控制电路130，脉冲控制电路130用于控制开关模块120的开断，从而通过脉冲控制电路130控制开关模块120以一定频率进行开断，便能够将整流滤波电路112输出的直流信号改变为脉冲信号。第一变压器T1原边线圈的脉冲信号能够使第一变压器T1的副边线圈通过电磁感应而产生相同频率的第一电压信号，而第一电压信号为降压脉冲电压。通过第一变压器T1副边线圈分别与输出端口BB’和输出端口CC’耦合，以使第一变压器T1副边线圈将降压脉冲电压分别通过输出端口BB’和输出端口CC’输出。

优选地，脉冲控制电路130包括：控制芯片U1、第二二极管D2、第二电阻R2、第二电容C2和第三电容C3。

第一原边线圈aa’的输出端与场效应管Q1的漏极耦合。场效应管Q1的栅极与控制芯片U1的输出控制端(PWM-OUT)耦合，场效应管Q1的源极与第二原边线圈bb’的一端耦合。由于场效应管Q1的源极还与参考电压端耦合，从而第二原边线圈bb’的一端可以为参考电压端，即第二原边线圈bb’的一端为参考地电位点。第二原边线圈bb’的另一端与第二二极管D2的阳极耦合,第二二极管D2的阴极与第二电阻R2的一端耦合。第二电阻R2的另一端与第二电容C2的一端耦合，第二电容C2的另一端与场效应管Q1源极耦合。控制芯片U1的电源电压端VDD与第二电阻R2的另一端耦合以提供控制芯片U1的工作电压。控制芯片U1的输出欠压保护端BR与第二电容C2的另一端耦合。控制芯片U1的反馈电压端FB与第三电容C3的一端耦合，第三电容C3的另一端与第二电容C2的另一端耦合。

通过第一变压器T1的第一原边线圈aa’与场效应管Q1的漏极耦合和第二原边线圈bb’与场效应管Q1的源极耦合，而控制芯片U1通过与场效应管Q1的栅极耦合，从而控制芯片U1能够控制场效应管Q1的开断。控制芯片U1控制场效应管Q1间隙性导通，从而整流滤波电路112输出的直流信号被切断为脉冲信号。第一原边线圈aa’通过脉冲信号能够使第一原边线圈aa’产生交变磁场，从而能够使第二原边线圈bb’产生频率与脉冲信号相同的第三降压脉冲电压。第二原边线圈bb’输出的第三降压脉冲电压信号通过第二二极管D2、第二电阻R2和第二电容C2组成的第一整流电路，将该第三降压脉冲电压信号整流为直流信号。而直流信号通过输入控制芯片U1的电源电压端VDD以提供控制芯片U1的供电。可选的，在本实施例中，由第二二极管D2、第二电阻R2和第二电容C2组成的第一整流电路可以为半波整流电路。

第一原边线圈aa’通过脉冲信号能够使第一原边线圈aa’产生交变磁场，从而能够使第一副边线圈cc’和第二副边线圈dd’通过电磁感应而产生电压。可选的，本实施例中，第一变压器T1将开关电源100输入的电压信号降压。因此，第一副边线圈cc’能够产生频率与脉冲信号相同的第一降压脉冲电压，第二副边线圈dd’也能够产生频率与脉冲信号相同的第二降压脉冲电压。第一降压脉冲电压通过输出端口BB’与第一副边线圈cc’的耦合便能够输出到外部负载，而第二降压脉冲电压通过输出端口CC’与第二副边线圈dd’的耦合便也能够输出到外部负载。

第二变压器T2用于通过第二变压器T2的原边线圈和第二变压器T2的副边线圈的电磁效应将第一电压信号调节为第二电压信号，并将所述第二电压信号输出到负载，以使第一变压器T1与负载电气隔离。

第二变压器T2的原边线圈与第一变压器T1的第二副边线圈dd’耦合，从而第二副边线圈dd’能够将产生的第二降压脉冲电压输入第二变压器T2的原边线圈。第二变压器T2的副边线圈通过与第二变压器T2的原边线圈电磁感应而产生与第二降压脉冲电压相同频率的降压脉冲信号。通过第二变压器T2的副边线圈与输出端口DD’的耦合，便可以将降压脉冲信号输出到外部负载。

因此，本实施例提供的开关电源100，开关电源100工作时，第一变压器T1通过第一变压器T1的原边线圈和第一变压器T1的副边线圈之间的电磁效应，能够将外部电源的输入电压调节为降压脉冲电压，降压脉冲电压即为第一电压信号。降压脉冲电压包括：第一降压脉冲电压、第二降压脉冲电压和第三脉冲降压电压。第一降压脉冲电压输入外部负载，第二降压脉冲电压输入第二变压器T2的原边线圈，而第三降压电压提供控制芯片U1供电电压。通过第一变压器T1的电磁效应进行传输从而能够使外部电源与第二变压器T2和外部负载实现电气隔离。第二变压器T2通过第二变压器T2的原边线圈和第二变压器T2的副边线圈之间的的电磁效应，能够将输入的第二降压脉冲电压调节为降压脉冲信号，可以理解的，降压脉冲信号即为第二电压信号。第二变压器T2将降压脉冲信号输入到外部负载，通过第二变压器T2的电磁效应进行传输从而能够使第一变压器T1和外部负载实现电气隔离。

开关电源100工作时，即第一变压器T1和第二变压器T2在电磁传输时。第一变压器T1和第二变压器T2能够承受一定强度的电压，即第一变压器T1的原边线圈和副边线圈之间与第二变压器T2的原边线圈和副边线圈之间均需要承受一定强度的电压。第一变压器T1的原边线圈和副边线圈之间与第二变压器T2的原边线圈和副边线圈之间在承受电压的强度均有一个最大电压承受值。第一变压器T1的原边线圈和副边线圈之间与第二变压器T2的原边线圈和副边线圈之间所承受的电压在最大电压承受值以内时，第一变压器T1的原边线圈和副边线圈之间与第二变压器T2的原边线圈和副边线圈之间均能以电磁效应进行传输，即第一变压器T1的原边线圈和副边线圈之间与第二变压器T2的原边线圈和副边线圈之间均无电性连接，从而实现电气隔离。但当第一变压器T1的原边线圈和副边线圈之间与第二变压器T2的原边线圈和副边线圈之间所承受的电压高于最大电压承受值时，第一变压器T1的原边线圈和副边线圈之间与第二变压器T2的原边线圈和副边线圈之间的进行电磁效应传输被破坏，即第一变压器T1的原边线圈和副边线圈之间与第二变压器T2的原边线圈和副边线圈之间均被击穿，从而电气隔离被破坏，并形成电性连接。

本实施例中，第一变压器T1的原边线圈和第一变压器T1的副边线圈设有的绝缘材料不仅能够保证第一变压器T1的原边线圈和第一变压器T1的副边线圈之间的绝缘强度达到6KV，还能够保证第一变压器T1的副边线圈与副边线圈之间绝缘强度达到6KV，即能够实现第一变压器T1的第一副边线圈cc’和第二副边线圈dd’之间6KV的电气隔离。第二变压器T2的原边线圈和第二变压器T2的副边线圈设有的绝缘材料能够保证第二变压器T2的原边线圈和第二变压器T2的副边线圈之间的绝缘强度也能够达到6KV，即也能够实现6KV的电气隔离。第一变压器T1和第二变压器T2串联，开关电源100工作时所输入的电压便能够被分配到第一变压器T1和第二变压器T2。而第一变压器T1和第二变压器T2的结构材料相近，从而由开关电源100输入的电压便能够均匀的分配到第一变压器T1和第二变压器T2。第一变压器T1能够承受6KV以内的电压，并实现电气隔离，而第二变压器T2也能够承受6KV以内的电压，并也实现电气隔离，进而第一变压器T1和第二变压器T2串联后能够承受12KV以内的电压，并实现电气隔离。

因此，在本实施例的开关电源100中，开关电源100能够通过第一变压器T1和第二变压器T2的串联而实现外部的输入电源和第二变压器T2所耦合的负载之间至少10KV电压等级的电气隔离。

请参图3所示出的本发明实施例提供的一种电气隔离方法的流程图。所述方法包括：步骤S101和步骤S102。

步骤S101：第一变压器用于通过所述第一变压器的原边线圈和所述第一变压器的副边线圈的电磁效应将外部电源的输入电压调节为第一电压信号，并将所述第一电压信号输入第二变压器的原边线圈，以使所述外部电源与所述第二变压器电气隔离；

步骤S102：所述第二变压器用于通过所述第二变压器的原边线圈和所述第二变压器的副边线圈的电磁效应将所述第一电压信号调节为第二电压信号，并将所述第二电压信号输出到所述负载，以使所述第一变压器与所述负载电气隔离。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述装置中的对应过程，在此不再赘述。

请参阅图4所示出的本发明实施例提供一种电表200的模块图。上述的开关电源100应用于该电表200。电表200包括：第一整流稳压装置210、第二整流装置230、第三整流稳压装置250、计量模块220、通信模块260、控制模块240、检测电路270、第一光电耦合器OC1、第二光电耦合器OC2、第三光电耦合器OC3和第四光电耦合器OC4。

请参阅图5所示出的本发明实施例提供一种电表200的电路图。

第一整流稳压装置210用于将通过输出端口BB’输出第一降压脉冲电压进行整流和稳压，从而将第一降压脉冲电压转换为直流信号输出到计量模块220。优选地，第一整流稳压装置210的输入端通过输出端口BB’与第一副边线圈cc’耦合，第一副边线圈cc’产生的第一降压脉冲电压能够输入第一整流稳压装置210。第一整流稳压装置210对输入的第一降压脉冲电压进行整流和稳压，从而能够将输入的第一降压脉冲电压转换为直流信号并输出到计量模块220中。计量模块220通过与控制模块240的耦合将其测量的电路的电能数据输出到控制模块240。第二整流装置230的输入端通过输出端口CC’与第二副边线圈dd’耦合，第二整流装置230可用于将通过输出端口CC’输出第二降压脉冲电压进行整流，从而将第二降压脉冲电压转换为直流信号输出到控制模块240，以提供控制模块240的供电。控制模块240用于通过和计量模块220的耦合，从而将接收到的电路的工作状态数据进行整合。控制模块240能够将整合后电路的工作状态数据传输到通信模块260，从而实现和通信模块260之间的数据交互。优选地，第二整流装置230包括：第三二极管D3、第四电容C4、第一电感L1和第五电容C5。第三二极管D3的阳极与第二副边线圈dd’的一端耦合，第三二极管D3的阴极与第四电容C4的一端耦合，第四电容C4的另一端与第二副边线圈dd’的另一端耦合并接地。第一电感L1的一端与第四电容C4的一端耦合，第一电感L1的另一端与第五电容C5的一端耦合。第五电容C5的另一端与第四电容C4的另一端的耦合，第五电容C5的两端均和控制模块240的耦合。

通过第三二极管D3、第四电容C4和第五电容C5的整流与第一电感L1的滤波，从而可以将第二降压脉冲电压转换为直流信号输入控制模块240，以提供控制模块240的供电。

第三整流稳压装置250的输入端通过输入端口DD’与第二变压器T2的副边线圈耦合，第三整流稳压装置250可用于将通过输出端口DD’输出降压脉冲信号进行整流和稳压，从而将降压脉冲信号转换为直流信号输入到通信模块260，以提供通信模块260的供电。通信模块260可用于将电路的工作状态数据进行传输，从而能够实现对电表200的操控以及远程监控。可选的，通信模块260可以为RS-485通信模块。在本实施例中，通过第一变压器T1和第二变压器T2的串联，以使RS-485通信模块和电网之间达到10KV电气隔离。从而有效提高了人员通过RS-485通信模块进行操作和维护时的安全性。而RS-485通信模块和电网之间达到10KV电气隔离也能够使电表工作的稳定性和可靠性有效提高。

优选地，第三整流稳压装置250包括：整流电路和稳压电路。整流电路包括：第四二极管D4、第六电容C6，稳压电路可以为稳压芯片U2。第四二极管D4的阳极与第二变压器T2副边线圈的一端耦合，第四二极管D4的阴极与第六电容C6的一端耦合。第六电容C6的另一端与第二变压器T2副边线圈的另一端耦合并接地。稳压芯片U2的输入端Vin与第六电容C6的一端耦合，稳压芯片U2的接地端GND与第六电容C6的另一端共地。稳压芯片U2的输出端Vout与第七电容C7的一端耦合，第七电容C7的另一端接地。第七电容C7的两端均与通信模块260耦合。

第二变压器T2副边线圈输出的降压脉冲信号能够通过第四二极管D4的整流而转换直流信号。直流信号通过输入稳压芯片U2以将其稳压后输出到通信模块260，以提供通信模块260的供电。

在本实施例中，控制模块240分别与计量模块220和通信模块耦合，为以保证控制模块240分别与计量模块220和通信模块260之间的数据形成交互的同时，还需保证控制模块240分别与计量模块220和通信模块260之间良好的电气隔离。作为一种方式，控制模块240与通信模块260可通过第一光电耦合器OC1和第二光电耦合器OC2实现耦合。第一光电耦合器OC1和第二光电耦合器OC2能够用于将控制模块240处理后的电路的工作状态数据以光电的方式和通信模块260进行交互传输。第一光电耦合器OC1包括：第一发光二极管D5和第一光敏三极管T1。第一发光二极管D5的阳极和阴极均和控制模块240的输出端耦合。第一光敏三极管T1的发射极和集电极均与通信模块260的输入端耦合。而第二光电耦合器OC2包括：第二发光二极管D6和第二光敏三极管T2。第二发光二极管D6的阳极和阴极均与通信模块260的输出端耦合。第二光敏三极管T2的发射极和集电极均与控制模块240的输入端耦合。

控制模块240的输出端通过第一光电耦合器OC1与通信模块260的输入端耦合，从而控制模块240将处理后的电路的工作状态数据的数字信号转换为模拟信号输入第一发光二极管D5，第一发光二极管D5通过发光将输入的电信号转换为光信号。第一光敏三极管T1通过接收第一发光二极管D5发出的光信号，从而再将光信号转换为电信号后输入通信模块260。通信模块260将输入的模拟信号再次转换为数字信号后，通信模块260将电路的工作状态数据进行传输，从而能够实现对电表200的操控以及远程监控。与此同时，通信模块260工作产生的数据转换为的电信号后，也可通过第二发光二极管D6转换为光信号。第二光敏三极管T2通过接收第二发光二极管D6发出的光信号，从而再将光信号转换为电信号后输入控制模块240。

第一光电耦合器OC1具有光电传输效应，从而通过第一光电耦合器OC1对信号传输的同时，也实现了控制模块240和通信模块260之间的电气隔离。通过第二光电耦合器OC2的光电传输效应，从而实现通信模块260能够将信号反馈到控制模块240的同时，也再次实现了控制模块240和通信模块260之间的电气隔离。

作为另一种方式，控制模块240与计量模块220可通过第三光电耦合器OC3和第四光电耦合器OC4实现耦合。第三光电耦合器OC3和第四光电耦合器OC4能够用于将控制模块240接收和处理的电路的电能数据以光电的方式和计量模块220进行交互传输。第三光电耦合器OC3包括：第三发光二极管D7和第三光敏三极管T3。第三发光二极管D7的阳极和阴极均和计量模块220的输出端耦合。第三光敏三极管T3的发射极和集电极均与控制模块240的输入端耦合。而第四光电耦合器OC4包括：第四发光二极管D8和第四光敏三极管T4。第四发光二极管D8的阳极和阴极均与控制模块240的输出端耦合。第四光敏三极管T4的发射极和集电极均与计量模块220的输入端耦合。

通过第三光电耦合器OC3和第四光电耦合器OC4所具有光电传输效应，从而可以将计量模块220和控制模块240之间的信号以光电的形式进行交互，进而能够实现计量模块220和控制模块240之间的电气隔离。

本实施例还设有检测电路270，检测电路270用于对第二整流装置230输出的直流信号进行采集，并将其输入到控制芯片U1，以使控制芯片U1根据输入的信号值调节场效应管Q1的开断频率。为保证检测电路270与控制芯片U1耦合的同时，还具有良好的电气隔离，检测电路270与控制芯片U1之间可设有第五光电耦合器OC5。第五光电耦合器OC5用于将检测电路270输入的直流信号以光电的方式进行传输，并将其输入到控制芯片U1。

优选地，检测电路270包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电容C8和三端稳压器U3。第五光电耦合器OC5包括：第五发光二极管D9和第五光敏三极管T5。

第三电阻R3的一端与第一电感L1的一端耦合，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端耦合。第四电阻R4的另一端与第五电容C5的另一端耦合。第四电阻R4的一端还与第五电阻R5的一端耦合，第五电阻R5的另一端与第八电容C8的一端耦合。第八电容C8的另一端与三端稳压器U3的阴极耦合。三端稳压器U3的参考电压端与第四电阻R4的一端耦合。三端稳压器U3的阳极与第四电阻R4的另一端耦合。三端稳压器U3的阴极还与第六电阻R6的一端耦合，第六电阻R6的另一端分别与第一电感L1的一端和第七电阻R7的一端耦合。第七电阻R7的另一端与第五发光二极管D9的阳极耦合，第五发光二极管D9的阴极与三端稳压器U3的阴极耦合。第五光敏三极管T5的集电极与第三电容C3的一端耦合，而第五光敏三极管T5的发射极与第三电容C3的参考地电位端耦合。

第二整流装置230输出的直流信号能够输出到检测电路270中。通过三端稳压器U3的稳压，从而将稳压后的直流信号输入第五发光二极管D9。第五发光二极管D9通过发光将输入的电信号转换为光信号，可选的，第五发光二极管D9可以为红外发光二极管。第五光敏三极管T5通过接收第五发光二极管D9发出的光信号，从而再将光信号转换为电信号后输出到控制芯片U1的反馈电压端FB。控制芯片U1根据反馈的电信号的大小便可控制场效应管Q1的通断时间，从而调节输出端口BB’、输出端口CC’和输出端口DD’输出脉冲信号的频率形成稳定的信号输出，从而给计量模块220、控制模块240和通信模块260提供稳定直流信号，进而稳定的进行工作。

在本实施例的提供的电表200中，上述的开关电源100应用于该电表200。由于第一变压器T1的每个副边线圈之间都具有6KV的电气隔离，且第二变压器T2的原边线圈和第二变压器T2的副边线圈之间也具有6KV的电气隔离，从而计量模块220和通信模块260相互之间便能够具有至少10KV的电气隔离。第一变压器T1的第二副边线圈dd’耦合第二整流装置230，而第二整流装置230又同控制模块240耦合，进而通过第一变压器T1实现了外部电源和控制模块240之间6KV的电气隔离。在本实施例的电表200中，通信模块260为人员直接操控或远程操控的接触性模块。通过将第一变压器T1的第二副边线圈dd’和第二变压器T2的原边线圈耦合后，第二变压器T2的副边线圈与第三整流稳压装置250耦合，第三整流稳压装置250再与通信模块260耦合，进而能够实现外部电源和通信模块260之间10KV的电气隔离，最大限度的提高了人员对其操控的安全。再者，由于控制模块240分别与计量模块220和通信模块260耦合，从而通信模块260和控制模块240之间可以通过第一光电耦合器OC1和第二光电耦合器OC2实现耦合。通过第一光电耦合器OC1和第二光电耦合器OC2的光电传输效应，实现了控制模块240与通信模块260之间数据交互的同时，由于其光电传输效应，也实现了控制模块240和通信模块260之间的电气隔离。进而提高了操控通信模块260安全性。而计量模块220和控制模块240之间，则可以通过第三光电耦合器OC3和第四光电耦合器OC4实现耦合。通过第三光电耦合器OC3和第四光电耦合器OC4的光电传输效应，实现了控制模块240与计量模块220之间数据交互的同时，由于其光电传输效应，也实现了控制模块240和计量模块220之间的电气隔离。进而能够效提高电路的可靠性和安全性。

综上所述，本发明提供了一种开关电压100及应用该开关电源100的电表200，通过外部电源与第一变压器T1的原边线圈耦合，第一变压器T1的副边线圈与第二变压器T2的原边线圈耦合，第二变压器T2的副边线圈与负载耦合。

第一变压器T1用于通过第一变压器T1的原边线圈和第一变压器T1的副边线圈的电磁效应进行传输，将外部电源的输入电压调节为第一电压信号，并将第一电压信号输入第二变压器的原边线圈。以使第一变压器T1的原边线圈和第一变压器T1的副边线圈承受电压的同时，外部电源和第二变压器T2电气隔离。

第二变压器T2用于通过第二变压器T2的原边线圈和第二变压器T2的副边线圈的电磁效应进行传输，将第一电压信号调节为第二电压信号，并将第二电压信号输入负载，以使第二变压器T2的原边线圈和第二变压器T2的副边线圈承受电压的同时，第一变压器与负载电气隔离。

第一变压器T1和第二变压器T2串联，输入的电压便能够被分配到第一变压器T1和第二变压器T2。第一变压器T1的原边线圈和第一变压器T1的副边线圈设有的绝缘材料能够保证第一变压器T1的原边线圈和第一变压器T1的副边线圈之间的绝缘强度达到6KV，即能够实现6KV的电气隔离。而第二变压器T2的原边线圈和第二变压器T2的副边线圈设有的绝缘材料能够保证第二变压器T2的原边线圈和第二变压器T2的副边线圈之间的绝缘强度也能够达到6KV，即也能够实现6KV的电气隔离。第一变压器T1和第二变压器T2串联后，输入的电压便能够被分配到第一变压器T1和第二变压器T2。进而第一变压器T1和第二变压器T2串联后能够承受12KV以内的电压，并实现电气隔离。

第一变压器T1和第二变压器T2的串联结构应用在电表200中，电表200通过第一变压器T1和第二变压器T2的串联而实现外部的输入电源和电表200的之间至少10KV电压等级的电气隔离，进而大幅的提高了电表200的绝缘值，以使电表200承受更高的脉冲电压。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关电源，其特征在于，包括：第一变压器和第二变压器；外部电源与所述第一变压器的原边线圈耦合，所述第一变压器的副边线圈与所述第二变压器的原边线圈耦合，所述第二变压器的副边线圈与负载耦合；

所述第一变压器用于通过所述第一变压器的原边线圈和所述第一变压器的副边线圈的电磁效应将所述外部电源的输入电压调节为第一电压信号，并将所述第一电压信号输入所述第二变压器的原边线圈，以使所述外部电源与所述第二变压器电气隔离；

所述第二变压器用于通过所述第二变压器的原边线圈和所述第二变压器的副边线圈的电磁效应将所述第一电压信号调节为第二电压信号，并将所述第二电压信号输出到所述负载，以使所述第一变压器与所述负载电气隔离。

2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，还包括：脉冲控制电路和开关模块，所述开关模块包括：第一触点、第二触点和控制端，所述脉冲控制电路的输出端与所述控制端耦合，所述第一触点与所述第一变压器的原边线圈耦合，所述第二触点与参考电压端耦合。

3.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述第一变压器的所述原边线圈包括：第一原边线圈和第二原边线圈，所述第一原边线圈的一端与所述外部电源耦合，所述第一原边线圈的另一端与所述第一触点耦合，所述第二原边线圈的一端与所述第二触点耦合，所述第二原边线圈的另一端与所述脉冲控制电路的电源端耦合。

4.根据权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述开关模块包括场效应管，所述场效应管的栅极为所述控制端，所述场效应管的漏极为所述第一触点，所述场效应管的源极为所述第二触点。

5.一种电表其特征在于，包括：计量模块、通信模块、控制模块以及如权利要求1-4任一项所述的开关电源，所述计量模块的输入端和所述控制模块的输入端均与所述第一变压器的副边线圈耦合；所述第二变压器的副边线圈与所述通信模块耦合，所述通信模块与所述控制模块耦合。

6.根据权利要求5所述的电表，其特征在于，所述第一变压器的副边线圈包括：第一副边线圈和第二副边线圈，所述第一副边线圈和所述第二副边线圈均与所述第一变压器的所述原边线圈耦合，所述计量模块的输入端与所述第一副边线圈耦合，所述控制模块的输入端与所述第二副边线圈耦合，所述第二副边线圈与所述第二变压器的原边线圈耦合。

7.根据权利要求5所述的电表，其特征在于，所述通信模块与所述控制模块通过第一光电耦合器和第二光电耦合器耦合，所述第一光电耦合器包括：第一发光二极管和第一光敏三极管；所述第一发光二极管的两端均与所述控制模块的输出端耦合，所述第一光敏三极管的集电极端和发射极端均与所述通信模块的输入端耦合；所述第二光电耦合器包括：第二发光二极管和第二光敏三极管；所述第二发光二极管的两端均与所述通信模块的输出端耦合，所述第二光敏三极管的集电极端和发射极端与所述控制模块的输入端耦合。

8.根据权利要求5所述的电表，其特征在于，还包括：检测电路，所述检测电路的输入端与所述控制模块的输入端耦合，所述检测电路的输出端与所述脉冲控制电路的输入端耦合。

9.根据权利要求5所述的电表，其特征在于，还包括：整流模块和稳压模块，所述整流模块的输入端与所述第二变压器的副边线圈耦合，所述整流模块的输出端与所述稳压模块的输入端耦合，所述稳压模块的输出端与所述通信模块耦合。

10.一种电气隔离方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4任一项所述的开关电源，所述方法包括：

第一变压器用于通过所述第一变压器的原边线圈和所述第一变压器的副边线圈的电磁效应将外部电源的输入电压调节为第一电压信号，并将所述第一电压信号输入第二变压器的原边线圈，以使所述外部电源与所述第二变压器电气隔离；

所述第二变压器用于通过所述第二变压器的原边线圈和所述第二变压器的副边线圈的电磁效应将所述第一电压信号调节为第二电压信号，并将所述第二电压信号输出到负载，以使所述第一变压器与所述负载电气隔离。