专利名称：一种三相智能电能表用开关电源电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三相智能电能表用开关电源电路，属于电子电能表技术领域。
背景技术：
目前我国绝大多数电能表均采用工频变压器为基础的线性整流电源来给表内部供电，这种电源效率很低，通常只有30%至40%。随着电能表智能化革新，电能表的功耗也大幅度增加，例如三相表的功耗从原来的不足一瓦增至数瓦，这对于即将推广的数以亿计的智能电能表来讲，电能表的总体功耗的增加将是十分惊人的；另一方面，开关电源技术运用功率半导体器件快速、高效地控制能量的转换，电能量转换效率可高达70%以上，具备很强的节能降耗优势，所以它是电子电能表电源的理想升级产品。但此项技术要得到大面积推广，还需解决如下几个难题
(1)、长期可靠性智能电能表需每天M小时、每年365天、10年不间断的可靠运行、准确计量和实时通信。因此它对电源的可靠性要求极高，远远超过了对一般的民用产品如电脑的可靠性要求。(2)、极强抗电磁干扰能力电网高压负载开关切换或遭雷电袭击时可引发强烈的电磁干扰。以半导体器件为核心的开关电源必须要能有效抵御此类干扰的能力，以确保智能电能表的长期准确计量。我国幅员辽阔，输电、用电环境非常复杂，此问题变得更具有挑战。(3)、抗谐波干扰能力我国电气化铁路和重工业设备经常向电网排放大量谐波干扰电流，可导致局部供电电压严重畸变。电能表电源必须要能有效抑制此类干扰、保持计量准确。(4)、成本具有竞争力开关电源的成本必须不高于现有线性电源的成本。中国专利CN201811993《三相四线低功耗开关电源电能表》、中国专利CN1410856A 《具有谐波抑制与稳压功能的电子电路的装置与其控制方法》和中国专利CN101533082A《一种电能表半波整流线路》等专利和文献从不同角度局部地提出了多种解决方案，但这些解决方案还不能完整地解决上述问题，这也是开关电源至今仍未在我国电能表行业得到推广的主要原因。因此，需要提供一种新的技术方案来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本、高可靠度、对强电磁干扰和极端谐波电流干扰具有有效抑制能力的三相智能电能表用开关电源电路。本发明采用的技术方案是
一种三相智能电能表用开关电源电路，它包括分布式负荷调节装置，半波整流兼滤波装置，零线、过压和电磁干扰监测及保护装置，以及负荷控制装置，所述分布式负荷调节装置由三相四线电源供电，所述分布式负荷调节装置与半波整流兼滤波装置一端连接，所述半波整流兼滤波装置另一端输出至DC/DC变换器，所述DC/DC变换器与电能表功能电路连接，所述零线、过压和电磁干扰监测及保护装置一端与半波整流兼滤波装置和DC/DC变换器连接，所述零线、过压和电磁干扰监测及保护装置另一端与负荷控制装置一端连接，所述负荷控制装置另一端与分布式负荷调节装置。所述分布式负荷调节装置包括功率电阻R0、R1、R2和R3，所述功率电阻RO连接输入侧电源零线，所述功率电阻Rl、R2和R3分别连接输入侧电源一相电压。所述半波整流兼滤波装置由高压二极管D1、D2、D3，电感Ll和高压电解电容Cl组成，所述高压二极管D1、D2、D3的阴极与电感Ll 一端相连，所述电感Ll另一端与高压电解电容Cl正极和DC/DC变换器输入端相连，所述高压电解电容Cl的负极与电阻RO相连。
所述零线、过压和电磁干扰监测及保护装置由采样电路和控制电路组成，所述采样电路由TVS Z1、电阻R7、二极管D9及电阻R6组成，所述控制电路由TVS Z2、电阻R5、二极管D7、二极管D8和P通道型MOSFET Ml组成，所述TVS Zl的阴极连接高压电解电容Cl 的正极，所述TVS Zl的阳极连接电阻R7 —端，所述电阻R7另一端连接至二极管D9的阳极，所述二极管D9的阴极与二极管D8的阴极、二极管D7的阴极、TVS Z2的阴极和P通道型 MOSFET Ml的源极相连，所述电阻R6 —侧与高压电解电容Cl正极相连，所述电阻R6另一侧与TVS Z2的阳极、P通道型MOSFET Ml的栅极和电阻R5 —侧相连，所述P通道型MOSFET Ml的漏极与二极管D7阳极、电阻R5另一侧、电感L2和电容C2 —侧相连。所述负荷控制装置由高压二极管D4、D5和D6，功率电阻R4，电感L2及电容C2组成，所述高压二极管D4、D5和D6的阳极与电阻R4 —侧相连，所述电阻R4另一侧与电感L2 一侧相连，所述电感L2另一侧与电容C2和电阻R5 —侧相连。所述分布式负荷调节装置中的功率电阻Rl、R2和R3的另一端分别与半波整流兼滤波装置输入侧高压二极管D1、D2、D3的阳极连接，及负荷控制装置输出侧高压二极管D4、 D5、D6的阴极连接。本发明的有益效果是通过对半波整流滤波输出直流电压、DC/DC变换器电压及零线电流的实时监控和调节，及时动态地对输入尖峰电压的分布式消耗，使得本电源电路能有效地抵御零线断开、电源输入侧所受过电压或脉冲、谐波电流等强电磁干扰，由于本方案的实现简洁而可靠，因而它具有非常强的成本优势和实用价值。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。图1是本发明的结构框图。图2是本发明的电路原理图。其中1、分布式负荷调节装置，2、半波整流兼滤波装置，3、DC/DC变换器，4、零线、过压和电磁干扰监测及保护装置，5、负荷控制装置，6、三相四线电源，7、电能表功能电路，8、采样电路，9、控制电路。
具体实施例方式如图1和2所示，本发明的一种三相智能电能表用开关电源电路，它包括分布式负荷调节装置1，半波整流兼滤波装置2，零线、过压和电磁干扰监测及保护装置4，以及负荷控制装置5，分布式负荷调节装置1由三相四线电源6供电，分布式负荷调节装置1与半波
4整流兼滤波装置2 —端连接，半波整流兼滤波装置2另一端输出至DC/DC变换器3，DC/DC 变换器3与电能表功能电路7连接，零线、过压和电磁干扰监测及保护装置4 一端与半波整流兼滤波装置2和DC/DC变换器3连接，零线、过压和电磁干扰监测及保护装置4另一端与负荷控制装置5 —端连接，负荷控制装置5另一端与分布式负荷调节装置5，零线、过压和电磁干扰监测及保护装置4从半波整流兼滤波装置2和DC/DC变换器3获取监测信号，并将监测信号输出至负荷控制装置5，进而对分布式负荷调节装置1进行控制。分布式负荷调节装置1包括功率电阻R0、R1、R2和R3，功率电阻RO连接输入侧电源零线，功率电阻Rl、R2和R3分别连接输入侧电源一相电压；半波整流兼滤波装置2由高压二极管Dl、D2、D3，电感Ll和高压电解电容Cl组成，高压二极管Dl、D2、D3的阴极与电感Ll 一端相连，电感Ll另一端与高压电解电容Cl正极和DC/DC变换器输入端相连，高压电解电容Cl的负极与电阻RO相连；零线、过压和电磁干扰监测及保护装置4由采样电路8 和控制电路9组成，采样电路8由TVS Z1、电阻R7、二极管D9及电阻R6组成，控制电路9 由TVS Z2、电阻R5、二极管D7、二极管D8和P通道型MOSFET Ml组成，TVS Zl的阴极连接高压电解电容Cl的正极，TVS Zl的阳极连接电阻R7—端，电阻R7另一端连接至二极管D9 的阳极，二极管D9的阴极与二极管D8的阴极、二极管D7的阴极、TVS Z2的阴极和P通道型MOSFET Ml的源极相连，电阻R6 —侧与高压电解电容Cl正极相连，电阻R6另一侧与TVS Z2的阳极、P通道型MOSFET Ml的栅极和电阻R5 —侧相连，P通道型MOSFET Ml的漏极与二极管D7阳极、电阻R5另一侧、电感L2和电容C2 —侧相连；负荷控制装置5由高压二极管D4、D5和D6，功率电阻R4，电感L2及电容C2组成，高压二极管D4、D5和D6的阳极与电阻R4 —侧相连，电阻R4另一侧与电感L2 —侧相连，电感L2另一侧与电容C2和电阻R5 — 侧相连；分布式负荷调节装置1中的功率电阻R1、R2和R3的另一端分别与半波整流兼滤波装置2输入侧高压二极管D1、D2、D3的阳极连接，及负荷控制装置5输出侧高压二极管D4、 D5、D6的阴极连接。当三相四线电源6输入电压正常时，半波整流兼滤波装置2将电源输入交流电压进行半波整流和低通滤波；与常用的全波整流方案相比，此方案输出至DC/DC变换器3的直流工作电压幅值被减半，使得DC/DC变换器3中的所用高压半导体器件的最大工作范围减半，从而设计成本得以降低、产品可靠性得到增强。当电源输入侧零线断开时，普通半波整流电路无法正常工作。本发明方案采用零线监测装置及时打开备用电流通道，从而确保输出至DC/DC变换3器电压正常。当电源输入侧受到过电压或脉冲、谐波电流等强电磁干扰时，零线、过压和电磁干扰监测及保护装置4能动态地对整流电源输出直流电压进行分压调节，并通过分布式负荷调节装置1对多余能量及时消耗，从而避免了整流输出侧直流电压因输入侧脉冲、谐波等电磁干扰形成的尖峰电压的持续累加而导致DC/DC变换器3上所受电压逐渐升高而损坏，这也避免了在DC/DC变换器3中使用昂贵的控制及高压半导体器件，并大大增强了电路的可靠性；本发明方案的另一特点在于上述功能的实现是基于简洁的电力电子电路，因而它具有非常强的成本优势和实用价值。
权利要求
1.一种三相智能电能表用开关电源电路，其特征在于它包括分布式负荷调节装置 (1)，半波整流兼滤波装置(2)，零线、过压和电磁干扰监测及保护装置(4)，以及负荷控制装置(5)，所述分布式负荷调节装置(1)由三相四线电源(6)供电，所述分布式负荷调节装置(1)与半波整流兼滤波装置(2) —端连接，所述半波整流兼滤波装置(2)另一端输出至 DC/DC变换器(3 )，所述DC/DC变换器(3 )与电能表功能电路(7 )连接，所述零线、过压和电磁干扰监测及保护装置(4 ) 一端与半波整流兼滤波装置(2 )和DC/DC变换器(3 )连接，所述零线、过压和电磁干扰监测及保护装置(4)另一端与负荷控制装置(5) —端连接，所述负荷控制装置(5)另一端与分布式负荷调节装置(1)。
2.根据权利要求1所述的一种三相智能电能表用开关电源电路，其特征在于所述分布式负荷调节装置(1)包括功率电阻(R0)、(Rl)、(R2)和(R3)，所述功率电阻(RO)连接输入侧电源零线，所述功率电阻(Rl)、( R2 )和(R3 )分别连接输入侧电源一相电压。
3.根据权利要求1所述的一种三相智能电能表用开关电源电路，其特征在于所述半波整流兼滤波装置(2)由高压二极管(01)、(02)、(03)，电感仏1)和高压电解电容((1)组成，所述高压二极管(D1)、(D2)、(D3)的阴极与电感(Li) 一端相连，所述电感(Li)另一端与高压电解电容(Cl)正极和DC/DC变换器(3)输入端相连，所述高压电解电容(Cl)的负极与电阻(RO)相连。
4.根据权利要求1所述的一种三相智能电能表用开关电源电路，其特征在于所述零线、过压和电磁干扰监测及保护装置(4 )由采样电路(8 )和控制电路(9 )组成，所述采样电路(8)由TVS (Z1)、电阻(R7)、二极管(D9)及电阻(R6)组成，所述控制电路(9)由TVS (Z2)、 电阻(R5 )、二极管(D7 )、二极管(D8 )和P通道型MOSFET (Ml)组成，所述TVS (Z1)的阴极连接高压电解电容(Cl)的正极，所述TVS (Zl)的阳极连接电阻(R7) —端，所述电阻(R7)另一端连接至二极管(D9)的阳极，所述二极管(D9)的阴极与二极管(D8)的阴极、二极管(D7) 的阴极、TVS (Z2 )的阴极和P通道型MOSFET (Ml)的源极相连，所述电阻(R6 ) —侧与高压电解电容(Cl)正极相连，所述电阻(R6)另一侧与TVS (Z2)的阳极、P通道型MOSFET (Ml) 的栅极和电阻(R5) —侧相连，所述P通道型MOSFET (Ml)的漏极与二极管(D7)阳极、电阻 (R5)另一侧、电感(L2)和电容(C2)—侧相连。
5.根据权利要求1所述的一种三相智能电能表用开关电源电路，其特征在于所述负荷控制装置(5)由高压二极管(D4)、(D5)和(D6)，功率电阻(R4)，电感(L2)及电容(C2)组成，所述高压二极管(D4)、(D5)和(D6)的阳极与电阻(R4)—侧相连，所述电阻(R4)另一侧与电感(L2) —侧相连，所述电感(L2)另一侧与电容(C2)和电阻(R5) —侧相连。
6.根据权利要求2所述的一种三相智能电能表用开关电源电路，其特征在于所述分布式负荷调节装置(1)中的功率电阻(R1)、(R2)和(R3)的另一端分别与半波整流兼滤波装置(2)输入侧高压二极管(D1)、(D2)、(D3)的阳极连接，及负荷控制装置(5)输出侧高压二极管(D4)、(D5)、(D6)的阴极连接。
全文摘要
本发明公开了一种三相智能电能表用开关电源电路，它包括分布式负荷调节装置(1)，半波整流兼滤波装置(2)，零线、过压和电磁干扰监测及保护装置(4)，以及负荷控制装置(5)，分布式负荷调节装置(1)由三相四线电源(6)供电，分布式负荷调节装置(1)与半波整流兼滤波装置(2)一端连接，半波整流兼滤波装置(2)另一端输出至DC/DC变换器(3)，DC/DC变换器(3)与电能表功能电路(7)连接，零线、过压和电磁干扰监测及保护装置(4)一端与半波整流兼滤波装置(2)和DC/DC变换器(3)连接，所述零线、过压和电磁干扰监测及保护装置(4)另一端与负荷控制装置(5)一端连接，负荷控制装置(5)另一端与分布式负荷调节装置(1)。本发明的优点低成本、高可靠度、对强电磁干扰和极端谐波电流干扰具有有效抑制能力。
文档编号H02M1/32GK102237809SQ20111019083
公开日2011年11月9日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者张磊, 徐文辉, 朱德省, 杨金土 申请人:江苏林洋电子股份有限公司