一种用电信息采集系统模组化终端的电源交采模块的制作方法

文档序号:10265044
一种用电信息采集系统模组化终端的电源交采模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种用电信息采集系统,具体讲涉及一种用电信息采集系统模组 化终端的电源交采模块。
【背景技术】
[0002] 用电信息采集终端是智能用电设备中的重要组成部分,根据应用环境的不同可划 分为专变采集终端以及集中抄表终端两类。由于用电信息采集终端是构成用电信息采集系 统基础性产品,所以研发了种类繁多的终端产品,功能强大,运行稳定,但同时也存在诸多 不足和弊端:
[0003] 目前,一般将用电信息采集系统的电源电路与交采电路分开设计成两个单独的模 块,电源电路输入部分与交采电路采集部分电路相连,由于用电信息采集系统的输入电压 很高,如是两个模块,就需分别考虑两个模块绝缘性,这不仅造成用电信息采集终端空间上 的浪费,故障率也随之升高一倍。
[0004] 用电信息采集系统电源具有输入电压高,负载范围宽的特点。通常用电信息采集 系统使用的是电力线上提供的三线或四线制交流电压,经整流后直流电压高达540V。用电 信息采集系统使用多种通讯模块,如通用分组无线业务(GPRS)模块,载波模块等。这些通讯 模块特点是通讯时瞬时功率大,为保证这些通讯模块运行可靠,通常将电源输出功率设计 为大于10W。普通的用电信息采集系统电源采用单端反激的拓扑结构,为满足输出功率,要 求具有15~25uF的整流后的滤波电容容量。
[0005] 在用电信息采集系统正常工作时,平均功耗只有2~3W。由于滤波电容容量大、输 出功率小,输入电压高使得输入电流严重畸变,造成功率因数只有不到0.5,例如集中器设 备中,一般有载波模块,模块内的差模电容会增加无功损耗,使得功率因数更低,通常不到 0.4。这将造成宝贵的电能资源极大地浪费。
[0006] 用电信息采集系统通常安装在电线杆高处变压器旁,在雷雨天,极容易受到雷击 浪涌影响,在打雷时,在电源输入端会感应出很高的电压,如果用电信息采集系统电源初级 侧电路与次级侧的电路隔离耐压不够,势必会造成初次级电路间放电击穿,损坏电路,影响 正常计量功能,造成损失。
[0007] 交采电压采集回路的一次侧回路常使用限流电阻与电压互感器串联的方式,采用 的限流电阻数量少,这就使得电阻两端的电压高,容易发热损坏。若想降低功耗只能提高电 阻值,这使得采样回路的电流值过小,容易造成相对误差大。传统交采电路与接线端子无法 做到紧密的一体化,这给生产安装带来了不便。 【实用新型内容】
[0008] 针对现有技术的不足,本实用新型提供一种用电信息采集系统模组化终端的电源 交采模块,开关电源采用主动式功率因数校正技术,大幅度提高终端功率因数,减小无功损 耗,提高了电能利用率;电源初级侧电路与次级侧电路之间采用高耐压等级设计,提高了产 品的可靠性;电源交采模块在交流电供电或后备电池供电时均可正常工作;使得用户使用 灵活性强且更加高效可靠。
[0009] 本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的:
[0010] -种用电信息采集系统模组化终端的电源交采模块,其改进之处在于,所述模块 包括:开关电源单元、三相交流电采集模块和接线端子;
[0011] 所述开关电源单元和所述三相交流电采集模块分别连接所述接线端子;
[0012] 所述三相交流电采集模块通过本地接口模块接口分别与所述电信息采集模块模 组化终端的本地接口模块和所述电信息采集模块模组化终端的处理显示模块连接;
[0013] 优选的,所述开关电源单元由带有功率因数校正电路的三相滤波整流器组成,其 中所述三相滤波整流器的初级电路包括:二极管整流桥、依次串联的电阻R1、电阻R2、电阻 R3、电阻R4、滤波电感L、功率因数校正控制器、开关管Q1、二极管D1、电容C1和串联的控制电 路和高隔离变压器的初级侧;所述三相滤波整流器的次级电路包括:高隔离变压器的次级 侦U、二极管D2、电容C2。
[0014] 进一步的,所述二极管整流桥依次与所述依次串联的电阻R1、电阻R2、电阻R3、电 阻R4、所述开关管Q1、所述电容C1、所述串联的控制电路和高隔离变压器的初级侧并联,所 述电阻R1与所述二极管整流桥的连接点与所述滤波电感L的一端连接,所述滤波电感L的另 一端连接与所述二极管整流桥并联的所述开关管Q1,所述电阻R3和所述电阻R4的连接点与 所述功率因数校正控制器的一端连接,所述功率因数校正控制器的另一端连接所述开关管 Q1,所述开关管Q1与所述滤波电感L的连接点与所述二极管D1的一端连接,所述二极管D1的 另一端连接与所述二极管整流桥并联的所述电容C1;所述高隔离变压器的次级侧经所述二 极管D2与所述电容C2并联。
[0015]进一步的,所述二极管整流桥具有4个桥臂,即第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第 四桥臂。
[0016] 进一步的,所述功率因数校正控制器的开关频率为250kHz。
[0017] 进一步的,所述高隔离变压器包括:变压器骨架、初级侧和次级侧;其中所述初级 侧包括:初级绕组和辅助绕组,所述次级侧包括:次级绕组;所所述辅助绕组与所述初级绕 组之间设置一层绝缘胶带,所述初级绕组与所述次级绕组之间设置三层绝缘胶带;所述次 级绕组通过三重绝缘漆包线绕制,外侧设置两层绝缘胶带;所述初级绕组、辅助绕组和所述 次级绕组的两端分别增加5_挡墙,每层所述绝缘胶带能够耐高压3kv。
[0018] 优选的,所述三相交流电采集模块包括:交采互感器、计量芯片、Μ⑶、本地接口模 块接口单元、本地通信模块接口单元和处理显示模块接口单元;所述交采互感器与所述计 量芯片和所述MCU依次连接;所述计量芯片与所述本地接口模块接口单元连接;所述MCU与 所述处理显示模块接口单元连接。
[0019] 进一步的,所述交采互感器由三相电流互感器和精密电阻组成,每7个精密电阻与 所述交采互感器的一次侧回路串联,组成采样回路;所述交采互感器的二次侧回路与所述 计量芯片连接。
[0020] 进一步的,所述本地接口模块接口单元包括:正向有功脉冲接口、正向无功脉冲接 口和接地接口。
[0021] 进一步的,所述本地通信模块接口单元分别与接线端子和电信息采集模块模组化 终端的本地通信模块连接。
[0022] 进一步的,所述处理显示模块接口单元包括:电源VDD接口、地GND接口、接收RXD接 口和发送TXD接口。
[0023] 与最接近的现有技术比,本实用新型提供的技术方案具有以下有益效果:
[0024] 1)本实用新型提供的技术方案,将电源电路与三相交流电采集电路合并为一个模 块,减小了用电信息采集终端的体积,优化了生产,提高了可靠性;
[0025] 2)开关电源使用了三相功率因数校正电路,三相电经整流电路之后,引入三相功 率因数校正器;采样三相整流后的输入电压波形,通过开关管控制输入电流波形的方式,同 时功率因数校正控制器开关频率为250kHz,远远高于输入频率50Hz,提高用电信息采集系 统的功率因数,使得三相交流输出功率2~3W时功率因数高于0.8,减小无功损耗,提高了电 能利用率;
[0026] 3)使用高隔离度变压器,该变压器包含三个绕组,每层绕组两边都使用了 5mm挡 墙,使得绕组间爬电距离大于l〇mm,从而的保证了耐压高于8kv的标准;
[0027] 4)当没有外部电流接入时,电源交采模块能够通过MCU及接口的控制,将用电信息 采集系统模组化终端后备电池
再多了解一些
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