CN201955393U

CN201955393U - 单相导轨式载波电能表

Info

Publication number: CN201955393U
Application number: CN2011200665670U
Authority: CN
Inventors: 李中泽
Original assignee: WUHAN SHENGFAN ELECTRONICS STOCK CO Ltd
Current assignee: WUHAN SHENGFAN ELECTRONICS STOCK CO Ltd
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-03-15

Abstract

本实用新型涉及一种单相载波电能表，提供一种使用开关电源方案的单相导轨式载波电能表，包括电源模块、单片机中央处理单元、电能计量模块、载波通信电源切换控制模块、电力线载波通信模块。本实用新型采用导轨式电能表的外形和开关电源供电方案，使电能表具有小体积、高可靠性、低功耗等优点。

Description

单相导轨式载波电能表

技术领域

本实用新型涉及一种单相载波电能表，特别是一种使用开关电源方案的单相导轨式载波电能表。

背景技术

现有的带载波通信模块的普通单相电子式电能表，体积普遍较大，造成了原材料的严重浪费，也因其占用面积过大的问题给安装施工带来了一定的困难。针对上述问题，人们提出了导轨式电能表的方案，导轨式电能表相对于普通的电子式电能表具有体积小，安装方便等优点。但是现有的导轨式电能表由于体积的限制，不能将普通变压器放置其中，又因载波通信功能对电能表电源的耐压和抗干扰要求较高，阻碍了载波通信技术在单相导轨式电能表上的应用。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术的不足之处，而提供一种单相导轨式载波电能表，其在保证电能表原有性能条件下，能有效降低电能表的自身功耗，满足节能环保的要求，并能实现通过电力线载波方式的集中抄表。

本实用新型的目的是通过如下技术措施来实现的：单相导轨式载波电能表，包括电源模块、单片机中央处理单元、电能计量模块、载波通信电源切换控制模块、电力线载波通信模块，所述电源模块包括高频滤波抗干扰电路、开关电源电路和整流滤波稳压电路，其中高频滤波抗干扰电路的输出端与开关电源电路的输入端相联，开关电源电路的输出端与整流滤波稳压电路的输入端相联，整流滤波稳压电路的输出端分别与单片机中央处理单元、电能计量模块和载波通信电源切换控制模块的电源输入端相联，单片机中央处理单元的控制输出端与载波通信电源切换控制模块的控制信号端相联，载波通信电源切换控制模块的输出端与电力线载波通信模块的电源端相联。

在上述技术方案中，所述开关电源电路由耦合变压器电路、脉宽调制驱动电路、脉宽调制驱动电路和耦合变压器电路之间接有的反馈采样及其控制电路组成；所述耦合变压器电路由耦合变压器T1、稳压二极管D3、二极管D1和二极管D2组成；所述脉宽调制驱动电路由滤波电容C1和集成MOS管的脉宽调制芯片U1组成；所述反馈采样及其控制电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、光耦OP1和三端稳压管D4组成；所述耦合变压器T1的1、5两端接高频滤波抗干扰电路的输出端，耦合变压器T1的2、5端分别连接到脉宽调制芯片U1的脉宽调制输出端、GND端，耦合变压器T1的4端通过稳压二极管D3连接到脉宽调制芯片U1的工作电压端，耦合变压器T1的1端接二极管D1的正极，耦合变压器T1的2端接二极管D2的正极，二极管D1的负极与二极管D2的负极相连，所述耦合变压器T1次级输出端接整流滤波稳压电路；所述脉宽调制驱动电路中电容C1连接在脉宽调制芯片U1的工作电压端和GND端之间；所述反馈采样及其控制电路的电阻R1一端接脉宽调制驱动电路中脉宽调制芯片U1的工作电压端，一端接在光耦OP1的输出端4端，光耦OP1的输出端3端连接到脉宽调制驱动电路中脉宽调制芯片U1的反馈输入端，光耦OP1的输入端接三端稳压管D4及其匹配电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；所述反馈采样及其控制电路中三端稳压管D4的阳极接地，三端稳压管D4的阴极经电阻R3接其工作电源，三端稳压管D4的阴极接反馈采样及其控制电路中光耦OP1的输入端2端，三端稳压管D4的参考极经电阻R4接地，三端稳压管D4的参考极经电阻R5接其工作电源，电阻R2连接在反馈采样及其控制电路中光耦OP1的输入端1端和其工作电源之间。

在上述技术方案中，所述脉宽调制芯片U1型号为VIPER12A，集成有MOS管。

在上述技术方案中，所述高频滤波抗干扰电路包括复合热敏R6、电容C2、电容C3、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、整流桥DT, 外部交流电通过火线输入L端和零线输入N端接入电路，复合热敏电阻R6并联在火线输入L端和零线输入N端之间，电容C2并联在火线输入L端和零线输入N端之间；火线输入L端经电感L1、电感L3连接到整流桥DT的输入端，火线输入N端经电感L2、电感L4连接到整流桥DT的另一输入端；整流桥DT的输出端与开关电源电路相联，电容C3并联在整流桥DT的输出端和开关电源电路之间。

在上述技术方案中，所述载波通信电源切换控制模块包括电阻R7、电阻R8、电容C4、电容C5、三极管BG1、三极管BG2、三端稳压管IC1和复合二极管D5，所述控制信号端P1与单片机中央处理单元的控制输出端相联，控制信号端P1经电阻R7连接到三极管BG1的基极，三极管BG1的发射极连接到GND端，三极管BG1的集电极经电阻R8连接到三极管BG2的基极，三极管BG2的集电极连接到复合二极管D5的第一输入端，三极管BG2的发射极连接到三端稳压管IC1的输入端，三端稳压管IC1的输出端连接到复合二极管D2的第二输入端，电容C4连接在三端稳压管IC1的输入端和GND端之间，电容C5连接在三端稳压管IC1的输出端和GND端之间；所述三端稳压管IC1的输入端与开关电源电路的输出端相联，复合二极管D5的输出端与电力线载波通信模块的电源端相联。

本实用新型的优点在于：采用导轨式电能表的外形和开关电源供电方案，使电能表具有小体积、高可靠性、低功耗等特点。单相导轨式载波电能表使用的外壳材料仅为普通表的1/4左右，端子使用的锰铜也只有普通单相电子式电能表的1/3左右，大大降低了原材料的消耗；同时将电力线载波通信技术应用在单相导轨式电能表中，有利于导轨式电能表的推广和普及。

附图说明

图1为本实用新型单相导轨式载波电能表的电路框图。

图2为本实用新型实施例中开关电源电路的电路连接图。

图3为本实用新型实施例中高频滤波抗干扰电路的电路连接图。

图4为本实用新型实施例中载波通信电源切换控制模块的电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的描述。

如图1所示，本实用新型单相导轨式载波电能表，包括电源模块、单片机中央处理单元、电能计量模块、载波通信电源切换控制模块、电力线载波通信模块，所述电源模块包括高频滤波抗干扰电路、开关电源电路和整流滤波稳压电路，其中高频滤波抗干扰电路的输出端与开关电源电路的输入端相联，开关电源电路的输出端与整流滤波稳压电路的输入端相联，整流滤波稳压电路的输出端分别与单片机中央处理单元、电能计量模块和载波通信电源切换控制模块的电源输入端相联，单片机中央处理单元的控制输出端与载波通信电源切换控制模块的控制信号端相联，载波通信电源切换控制模块的输出端与电力线载波通信模块的电源端相联。

如图2所示，本实施例中所述的电源模块接入电能表后，首先经由整流电路整流，再经过高频滤波抗干扰电路滤除高频杂波，后经由开关电源电路进行AC-DC变换，再进行整流滤波稳压，得到稳定可靠的直流电源，给电能表各个模块供电。所述开关电源电路包括耦合变压器电路、脉宽调制驱动电路，脉宽调制驱动电路和耦合变压器电路之间接有反馈采样及其控制电路；所述耦合变压器电路由耦合变压器T1、稳压二极管D3、二极管D1和二极管D2组成；所述脉宽调制驱动电路包括滤波电容C1和集成MOS管的脉宽调制芯片U1；所述反馈采样及其控制电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、光耦OP1和三端稳压管D4组成。

上述稳压二极管D3、二极管D1、二极管D2的作用主要是将耦合变压器T1的输入电压钳制在一定范围内，以保护脉宽调制芯片U1能正常工作；所述脉宽调制电路根据电路电流的增减来调整输入耦合变压器T1的脉冲宽度，通过负反馈的方式调整输出电流的大小，保证负载电路工作稳定；所述耦合变压器T1次级输出端接有整流滤波稳压电路，用以提供电能表各部分电路的工作电压。

上述耦合变压器T1的1、5两端接高频滤波抗干扰电路的输出端，耦合变压器T1的2、5端分别连接到脉宽调制芯片U1的脉宽调制输出端、GND端，耦合变压器T1的4端通过稳压二极管D3连接到脉宽调制芯片U1的电压输入端，耦合变压器T1的1端接二极管D1的正极，耦合变压器T1的2端接二极管D2的正极，二极管D1的负极与二极管D2的负极相连；所述脉宽调制驱动电路中电容C1连接在脉宽调制芯片U1的电压输入端和GND端之间；所述反馈采样及其控制电路的电阻R1一端接脉宽调制驱动电路中脉宽调制芯片U1的电压输入端，一端接在光耦OP1的输出端4端，光耦OP1的输出端3端连接到脉宽调制驱动电路中脉宽调制芯片U1的反馈输入端，光耦OP1的输入端接三端稳压管D4及其匹配电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；所述反馈采样及其控制电路中三端稳压管D4的阳极接地，三端稳压管D4的阴极经电阻R3接VDD，三端稳压管D4的阴极接反馈采样及其控制电路中光耦OP1的输入端2端，三端稳压管D4的参考极经电阻R4接地，三端稳压管D4的参考极经电阻R5接VDD，电阻R2连接在反馈采样及其控制电路中光耦OP1的输入端1端和VDD之间。

上述脉宽调制芯片U1型号为VIPER12A，集成有MOS管。

如图3所示，上述实施例中的高频滤波抗干扰电路包括复合热敏R6、电容C2、电容C3、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、整流桥DT, 外部交流电通过火线输入L端和零线输入N端接入电路，电容C2并联在火线输入L端和零线输入N端之间；火线输入L端经电感L1、电感L3连接到整流桥DT的输入端，火线输入N端经电感L2、电感L4连接到整流桥DT的另一输入端；整流桥DT的输出端与开关电源电路相联，电容C3并联在整流桥DT的输出端和开关电源电路之间。上述技术方案中，复合热敏电阻R6并联在火线输入L端和零线输入N端之间，当输入电压为420V时复合热敏电阻R6中的压敏电阻将电压钳制在保护电压，其发热产生的热量传给复合热敏电阻R6中的热敏电阻，热敏电阻阻值增大，分压也增大，使输出电压下降，保证电能表的正常工作；电感L1、电感L2、电感L3和电感L4用来抑制传导干扰，减少开关电源工作过程中对电网的影响。

如图4所示，上述实施例中的载波通信电源切换控制模块包括电阻R7、电阻R8、电容C4、电容C5、三极管BG1、三极管BG2、三端稳压管IC1和复合二极管D5，所述控制信号端P1与单片机中央处理单元的控制输出端相联，控制信号端P1经电阻R7连接到三极管BG1的基极，三极管BG1的发射极连接到GND，三极管BG1的集电极经电阻R8连接到三极管BG2的基极，三极管BG2的集电极连接到复合二极管D5的第一输入端，三极管BG2的发射极连接到三端稳压管IC1的输入端，三端稳压管IC1的输出端连接到复合二极管D2的第二输入端，电容C4连接在三端稳压管IC1的输入端和GND端之间，电容C5连接在三端稳压管IC1的输出端和GND端之间；所述三端稳压管IC1的输入端与开关电源电路的输出端相联，复合二极管D5的输出端与电力线载波通信模块的电源端相联。

当电力线载波通信正常时，说明载波通信模块的发射功率足够大，能满足载波通信成功率的要求，此时单片机中央处理单元的控制信号端P1输出为低电平，三极管BG1、三极管BG2均截止，电源模块输出的15V电压信号经三端稳压管IC1稳压后输出的9V电压经复合二极管D5后作为载波通信的电源，以降低载波通信的功耗；当载波通信模块发射功率不足时，单片机中央处理单元的控制信号端P1输出高电平，三极管BG1、三极管BG2导通，电源模块输出的15V电压经三极管BG2和复合二极管D5后作为载波通信的电源，以提高载波通信的成功率。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.单相导轨式载波电能表，包括电源模块、单片机中央处理单元、电能计量模块、载波通信电源切换控制模块、电力线载波通信模块，其特征是：所述电源模块包括高频滤波抗干扰电路、开关电源电路和整流滤波稳压电路，其中高频滤波抗干扰电路的输出端与开关电源电路的输入端相联，开关电源电路的输出端与整流滤波稳压电路的输入端相联，整流滤波稳压电路的输出端分别与单片机中央处理单元、电能计量模块和载波通信电源切换控制模块的电源输入端相联，单片机中央处理单元的控制输出端与载波通信电源切换控制模块的控制信号端相联，载波通信电源切换控制模块的输出端与电力线载波通信模块的电源端相联。

2.根据权利要求1所述的单相导轨式载波电能表，其特征是：所述开关电源电路由耦合变压器电路、脉宽调制驱动电路、脉宽调制驱动电路和耦合变压器电路之间接有的反馈采样及其控制电路组成；所述耦合变压器电路由耦合变压器T1、稳压二极管D3、二极管D1和二极管D2组成；所述脉宽调制驱动电路由滤波电容C1和集成MOS管的脉宽调制芯片U1组成；所述反馈采样及其控制电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、光耦OP1和三端稳压管D4组成；所述耦合变压器T1的1、5两端接高频滤波抗干扰电路的输出端，耦合变压器T1的2、5端分别连接到脉宽调制芯片U1的脉宽调制输出端、GND端，耦合变压器T1的4端通过稳压二极管D3连接到脉宽调制芯片U1的工作电压端，耦合变压器T1的1端接二极管D1的正极，耦合变压器T1的2端接二极管D2的正极，二极管D1的负极与二极管D2的负极相连，所述耦合变压器T1次级输出端接有整流滤波稳压电路；所述脉宽调制驱动电路中电容C1连接在脉宽调制芯片U1的工作电压端和GND端之间；所述反馈采样及其控制电路的电阻R1一端接脉宽调制驱动电路中脉宽调制芯片U1的工作电压端，一端接在光耦OP1的输出端4端，光耦OP1的输出端3端连接到脉宽调制驱动电路中脉宽调制芯片U1的反馈输入端，光耦OP1的输入端接三端稳压管D4及其匹配电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；所述反馈采样及其控制电路中三端稳压管D4的阳极接地，三端稳压管D4的阴极经电阻R3接其工作电源，三端稳压管D4的阴极接反馈采样及其控制电路中光耦OP1的输入端2端，三端稳压管D4的参考极经电阻R4接地，三端稳压管D4的参考极经电阻R5接其工作电源，电阻R2连接在反馈采样及其控制电路中光耦OP1的输入端1端和其工作电源之间。

3.根据权利要求2所述的单相导轨式载波电能表，其特征是：所述脉宽调制芯片U1型号为VIPER12A，集成有MOS管。

4.根据权利要求1所述的单相导轨式载波电能表，其特征是：所述高频滤波抗干扰电路包括复合热敏R6、电容C2、电容C3、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、整流桥DT, 外部交流电通过火线输入L端和零线输入N端接入电路，复合热敏电阻R6并联在火线输入L端和零线输入N端之间，电容C2并联在火线输入L端和零线输入N端之间；火线输入L端经电感L1、电感L3连接到整流桥DT的输入端，火线输入N端经电感L2、电感L4连接到整流桥DT的另一输入端；整流桥DT的输出端与开关电源电路相联，电容C3并联在整流桥DT的输出端和开关电源电路之间。

5.根据权利要求1所述的单相导轨式载波电能表，其特征是：所述载波通信电源切换控制模块包括电阻R7、电阻R8、电容C4、电容C5、三极管BG1、三极管BG2、三端稳压管IC1和复合二极管D5，所述控制信号端P1与单片机中央处理单元的控制输出端相联，控制信号端P1经电阻R7连接到三极管BG1的基极，三极管BG1的发射极连接到GND，三极管BG1的集电极经电阻R8连接到三极管BG2的基极，三极管BG2的集电极连接到复合二极管D5的第一输入端，三极管BG2的发射极连接到三端稳压管IC1的输入端，三端稳压管IC1的输出端连接到复合二极管D2的第二输入端，电容C4连接在三端稳压管IC1的输入端和GND端之间，电容C5连接在三端稳压管IC1的输出端和GND端之间；所述三端稳压管IC1的输入端与开关电源电路的输出端相联，复合二极管D5的输出端与电力线载波通信模块的电源端相联。