专利名称：三相计量电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电表系统，尤其涉及一种三相电表。
背景技术：
在电表系统中，计量电路是最重要的电路部分，在传统的三相电表中，三相计量电 路一般采用CT(电流互感器)进行电流测量，CT存在成本较高，体积庞大以及较易受外界 磁场干扰的缺陷。为了克服采用CT进行电流测量的缺陷，一般可以采用三相全锰铜进行电 流测量以取代CT，它是通过三路传感芯片采集电流和电压的模拟信号并转换为数字信号， 然后通过隔离元件传输给三相计量芯片。其中，可以通过开关电源提供的三路隔离电源，或 者，通过三路线性变压器提供的三路隔离电源，分别为这三路传感芯片提供隔离工作电源； 三路传感芯片的输出采用三路磁耦作为隔离元件处理后传输给三相计量芯片。可见，在现有的三相计量电路中，采用开关电源提供三路隔离工作电源的话，存在 电源变压器体积较大、绕线复杂并且PCB布板为满足三相隔离的要求必须占用较大面积的 缺陷；采用三路线性变压器提供三路隔离工作电源的话，存在体积较大、成本较高并且占用 电表较大空间位置的缺陷；而采用磁耦作为隔离元件，当磁耦失效时会出现短路，则可能会 导致烧毁电表。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种体 积较小、成本较低的三相计量电路。本实用新型针对上述技术问题而提出的技术方案包括，提出一种三相计量电路， 包括三路计量通道单元、一计量芯片单元以及一电源单元，每一路计量通道单元包括与一 根相线相连的一锰铜电流采样电路和一分压电阻电压采样电路、与该电流采样电路及电压 采样电路相连的一传感芯片以及与该传感芯片相连的一隔离器件，该电源单元包括一受控 开关电路、三个耦合变压器、三个整流电路和三个稳压电路，所述三个耦合变压器的初线端 依次串联后再与该受控开关电路串联形成的电路的两端分别与一输入直流电源的正极和 负极相连，每个耦合变压器的次线端各自依次连接一个整流电路和一个稳压电路后为一路 计量通道单元提供一隔离工作电源。在本实用新型的一个优选实施例中，所述三个耦合变压器的初线端依次串联后形 成的电路具有一头端和一尾端，该头端与该输入直流电源的正极相连，该尾端与该受控开 关电路串联后与该输入直流电源的负极相连。该受控开关电路包括MOS管，该MOS管的源极与该输入直流电源的负极相连，该 MOS管的漏极与所述三个耦合变压器的初线端依次串联后形成的电路的尾端相连，该MOS 管的栅极与一输入控制信号相连。该输入控制信号的频率为50KHZ。所述三个耦合变压器的性能一致，每个耦合变压器的匝数比为1 1或1 2，电感量为0. 5MH至2MH。该隔离器件为光藕器件。与现有技术相比，本实用新型的三相计量电路，通过全新的电源单元设计来为这 三路计量通道单元提供隔离工作电源，可以使整个计量电路体积较小并且成本较低；通过 选用光藕器件做隔离器件，可提高电表的安全性。
图1是本实用新型的三相计量电路实施例的整体结构框图。图2是本实用新型的三相计量电路实施例中电源单元的电原理图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型予以进一步地详尽阐述。图1是本实用新型的三相计量电路实施例的整体结构框图。其包括三路计量通道 单元、一计量芯片单元以及一电源单元，每一路计量通道单元包括与一根相线R、S或T相连 的一锰铜电流采样电路和一分压电阻电压采样电路、与该电流采样电路及电压采样电路相 连的一传感芯片以及与该传感芯片相连的一隔离器件。该电源单元包括一受控开关电路、三个耦合变压器、三个整流电路和三个稳压电 路，这三个耦合变压器的初线端依次串联后形成的电路具有一头端和一尾端，该头端与一 输入直流电源的正极相连，该尾端与该受控开关电路串联后与该输入直流电源的负极相 连，每个耦合变压器的次线端各自依次连接一个整流电路和一个稳压电路后为一路计量通 道单元提供一隔离工作电源。需要说明的是，该受控开关电路也可以是串联在这三个耦合变压器的初线端依次 串联后形成的电路的头端，并使所述三个耦合变压器的初线端依次串联后再与该受控开关 电路串联后形成的电路的两端分别与该输入直流电源的正极和负极相连。图2是本实用新型的三相计量电路实施例中电源单元的电原理图。该电源单元可 以通过一低压电源提供三路隔离电源分别供给R、S、T三相传感芯片。该电源单元的工作原 理大致包括采用一个固定频率的控制信号驱动受控开关，也就是MOS管Ql，使MOS管Ql受控 闭合/断开，在三个串联耦合变压器Tl、T2和T3的初级上分别产生输入波形，该输入波形 经过耦合变压器Tl、T2或T3耦合到次级，再通过D2、D3、D4构成的整流电路和Ul、U2、U3 构成的稳压电路，可以得到三路稳定的隔离电源R路电源、S路电源和T路电源。其中，电容Cl、二极管Dl和电阻Rl构成一毛刺吸收电路，主要起到吸收信号毛刺 的作用，对电磁干扰可以起扼制作用。保护电容C3可以使控制信号电压切换变得平滑，MOS 管Ql不用瞬间开闭，有利于保护MOS管Q1，也可以减少信号的毛刺。保护电阻R3，当控制 信号一直输出高电平时，可以起分压和限流作用，防止MOS管Ql烧毁。其中，控制信号的频率脉宽范围可以从低频到高频，频率越高，转换效率越高，但 频率越高产生的噪声越多，优选值可以是50KHZ。这三个耦合变压器Tl、T2和T3的性能一致，匝数比为1 1或1 2，主要取决 于低压电源的电压值，电感量为0. 5MH至2MH，漏感量要求越小越好。
4[0023]输入直流电源的典型电压值为12V，隔离工作电源的典型电压值为3. 3V。该计量芯片单元可以包括型号为STPMCl的计量芯片。该传感芯片的型号可以是STPMSl。该隔离器件为光藕器件，比如型号为6N135的高速光藕器件，其可以把传感芯片 STPMSl输出信号通过隔离完整地传输给计量芯片STPMC1，从而当上述电源单元正常时，传 感芯片STPMSl能够正常工作，传感芯片STPMSl采集到模拟信号后，经过内部处理后输出数 字信号，当传感芯片STPMSl的输出为高电平时光耦截止，计量芯片STPMCl接收引脚为高电 平；当传感芯片STPMSl的输出为低电平时光耦导通，计量芯片STPMCl接收引脚为低电平。需要说明的是，本实用新型中的受控开关的实现，除了采用上述的MOS管，也可以 采用其它能够实现类似功能的器件来替代，比如晶体管或光藕器件等。与现有技术相比，本实用新型的三相计量电路，具有的有益效果包括1.能够提供稳定的三路隔离电源；2.能够提供可靠的数据信号传输、提高电表的安全性；3.电路简单，体积较小，成本较低；4. PCB布板比较容易，所占面积小；5.受磁场、环境温度等影响小，工作稳定、可靠；以及6.较易满足EMC和/或EMI要求。上述内容，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限制本实用新型的实施方案， 本领域普通技术人员根据本实用新型的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通 或修改，故本实用新型的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
权利要求一种三相计量电路，包括三路计量通道单元、一计量芯片单元以及一电源单元，每一路计量通道单元包括与一根相线相连的一锰铜电流采样电路和一分压电阻电压采样电路、与该电流采样电路及电压采样电路相连的一传感芯片以及与该传感芯片相连的一隔离器件，其特征在于，该电源单元包括一受控开关电路、三个耦合变压器、三个整流电路和三个稳压电路，所述三个耦合变压器的初线端依次串联后再与该受控开关电路串联形成的电路的两端分别与一输入直流电源的正极和负极相连，每个耦合变压器的次线端各自依次连接一个整流电路和一个稳压电路后为一路计量通道单元提供一隔离工作电源。
2.如权利要求1所述的三相计量电路，其特征在于，所述三个耦合变压器的初线端依 次串联后形成的电路具有一头端和一尾端，该头端与该输入直流电源的正极相连，该尾端 与该受控开关电路串联后与该输入直流电源的负极相连。
3.如权利要求2所述的三相计量电路，其特征在于，该受控开关电路包括MOS管，该 MOS管的源极与该输入直流电源的负极相连，该MOS管的漏极与所述三个耦合变压器的初 线端依次串联后形成的电路的尾端相连，该MOS管的栅极与一输入控制信号相连。
4.如权利要求3所述的三相计量电路，其特征在于，该输入直流电源的正极是串联一 保护电阻后与所述三个耦合变压器的初线端依次串联后形成的电路的头端相连。
5.如权利要求3所述的三相计量电路，其特征在于，该MOS管的源极与栅极之间串接一 保护电容。
6.如权利要求3所述的三相计量电路，其特征在于，该电源单元还包括一毛刺吸收电 路，该毛刺吸收电路包括一个二极管、与该二极管串联的一电阻以及与该电阻并联的一电 容，其中，该二极管的正极与所述三个耦合变压器的初线端依次串联后形成的电路的尾端 相连，该二极管的负极与该电阻的一端相连，该电阻的另一端与该输入直流电源的正极相 连。
7.如权利要求3所述的三相计量电路，其特征在于，该输入控制信号的频率为50KHZ。
8.如权利要求1所述的三相计量电路，其特征在于，所述三个耦合变压器的性能一致， 每个耦合变压器的匝数比为1 1或1 2，电感量为0. 5MH至2MH。
9.如权利要求1所述的三相计量电路，其特征在于，该输入直流电源的电压值为12V， 该隔离工作电源的电压值为3. 3V。
10.如权利要求1至9任一所述的三相计量电路，其特征在于，该隔离器件为光藕器件。
专利摘要一种三相计量电路，包括三路计量通道单元、一计量芯片单元以及一电源单元，每一路计量通道单元包括与一根相线相连的一锰铜电流采样电路和一分压电阻电压采样电路、与该电流采样电路及电压采样电路相连的一传感芯片以及与该传感芯片相连的一隔离器件，该电源单元包括一受控开关电路、三个耦合变压器、三个整流电路和三个稳压电路，所述三个耦合变压器的初线端依次串联后再与该受控开关电路串联形成的电路的两端分别与一输入直流电源的正极和负极相连，每个耦合变压器的次线端各自依次连接一个整流电路和一个稳压电路后为一路计量通道单元提供一隔离工作电源。体积较小并且成本较低。
文档编号G01R15/00GK201732121SQ20102029723
公开日2011年2月2日 申请日期2010年8月18日 优先权日2010年8月18日
发明者孙奉健, 方佰其 申请人:深圳长城开发科技股份有限公司