专利名称：一种用于低温环境下的电能表加热电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电测量仪器仪表技术，更特定言之，本实用新型涉及一种用于低温环境下的电能表加热电路。
背景技术：
随着电能表技术的发展，液晶显示电能表已经成为主流。但是因为液晶在低温环境下显示速度慢的特性导致常规液晶表不适合用于东北，西伯利亚等严寒环境。传统的液晶加热方案缺乏温度控制电路，一直加热缩短了液晶的使用寿命。功耗较大，不满足电能表功耗小于2W的要求。缺乏对整个系统的功率控制，当输入电压低时，对液晶加热会导致更重要的计量和MCU部分因为输入电压被拉低而工作不正常。针对液晶显示器的加热方法，中国专利CN101510020A公开了一种ITO加热器及液晶显示器的加热方法，采用ITO玻璃基板加热的方法，根据靠近边缘的区域发热量大于中间而边缘散热快，两者相互抵消的原理使得液晶表面发热均匀。然而，针对此种先进方案，其技术问题主要有:1、所述方法本身缺乏温度控制电路，采用ITO玻璃基板自身的发热和散热特性达到热平衡，导致液晶一直处于加热状态大大缩短了液晶屏的使用寿命；2、没有根据电源的输出能力来控制加热，低电压供电情况时容易因为拉低电源电压导致MCU和计量等重要单元复位。本实用新型提出的目的是解决上述问题，提供了一种符合IEC62053-21标准要求，简单可靠的液晶加热技术方案。
实用新型内容本实用新型旨在解决现有技术存在的缺陷，设计一种应用于低温环境下电能表的液晶加热电路，包括电源电路，加热电路，温度控制电路，电压比较电路。本实用新型电路解决了液晶显示单元在低温环境下显示刷新速度慢的固有问题，可满足例如东北，西伯利亚等严寒地区使用液晶电能表的显示要求。本电路可以保证在_40°C情况下液晶正常显示的要求。本电路可在整表功耗小于2W，电能表输入电压低至70%Un工作前提下对液晶进行加热。本电路加热效率高，工作可靠，低温显示效果好，电路简单实用，具有较高性价比。为了实现上述设计目的，本实用新型的技术方案，一种用于低温环境下的电能表加热电路，它包括电源电路和加热电路，进一步包括温度控制电路和电压比较电路。其中，电力系统电力线接入所述电源电路，所述电源电路接入电压比较电路和加热电路并为之供电，所述温度控制电路与电压比较电路耦合电连接，且接入所述加热电路。进一步地，在本实用新型的优选实施例中，所述电源电路由压敏电阻M0V1、变压器Tl、整流桥D1、电容Cl，C2、电解电容El, E2和稳压芯片Ul组成，其中电力系统电力线经过压敏电阻MOVl和变压器Tl转换为低压交流电，所述低压交流电通过整流桥Dl整流以及电容Cl，El滤波后得出直流电压VCC，所述直流电压VCC通过稳压芯片Ul降压为降压电压+3V3，所述降压电压+3V3通过电容C2，E2滤波后对电表的单片机和计量芯片加以供电，且所述直流电压对加热电路供电。[0008]进一步地，在本实用新型的优选实施例中，所述加热电路是由电阻R6、三极管Ql和加热片TH组成，其中降压电压+3V3通过电阻R6对三极管Ql加以供电，所述三极管Ql进一步连接至加热片TH和接地端GND。进一步地，在本实用新型的优选实施例中，所述加热片TH上产生的热量为VCC2/R，其中R为加热片TH的阻抗值。进一步地，在本实用新型的优选实施例中，所述加热片TH的一个表面紧贴液晶显示屏的背面对其进行加热，另一表面使用隔热材料加以包裹，在所述加热片TH的中心位置处嵌入有PTC热敏电阻RT。进一步地，在本实用新型的优选实施例中，所述温度控制电路是由电阻Rl, R2, R5, R7、比较器U2B、热敏电阻RT组成，其中所述电源电路的降压电压+3V3是通过电阻Rl，R2分压后得出比较电压VREF，电阻R5、R7、RT串联至电表单片机的I/O 口得出另一比较电压。进一步地，在本实用新型的优选实施例中，电压比较电路是由电阻R3，R4和比较器U2A组成。当电表上电时，直流电压VCC和+3V3同步上升，电压VCC通过电阻R3，R4分压得到比较器U2A的3脚电压。U2A的3脚电压小于VREF电压，U2A输出低电平。当VCC电压继续上升，3脚电压继续上升，+3V3通过Ul稳定在3.3V，VREF稳定。当系统上电时，I/O 口 MCU_10默认为输入状态，被电阻R7上拉为3.3V电压。比较器U2B的反向输入端6脚始终比正向输入端5脚的电压VREF高，比较器输出低电平，三极管Ql截止，此时加热片TH不工作。当系统完成初始化开始工作后，I/O 口 MCU_10输出低电平，U2B的6脚电压为[3.3/ (R5+RT) ]*RT。在本实用新型的优选实施例中，液晶温度降低时电阻RT的阻值降低，比较器U2B的6脚电压随之降低，当液晶温度低于0°C时，所述6脚电压低于VREF，U2B输出截止。在U2A输出也截止的情况下，三极管Ql通过R6供电导通，加热片TH工作，温度上升，RT的阻值增加，比较器U2B的6脚电压上升。当温度上升到高于0°C以上时，比较器U2B的6脚电压高于5脚电压，U2B输出低电平，三极管Ql停止导通，加热片TH停止加热。在本实用新型的优选实施例中，当VCC电压上升到系统正常工作电压时，比较器U2A的3脚电压大于VREF，U2A输出截止，停止对三极管Ql的B级进行短路。当电表在70%Un低电压情况下工作时，变压器Tl输出最大功率只有Un时的0.49倍。若温度低于0°C时Ql导通加热片TH工作会导致VCC下降到最小值(+3V3与稳压芯片最小压差之和)以下，电压比较电路使得VCC电压下降到最小值之前U2A输出低电平，关断三极管Ql，VCC电压最终稳定在VREF* (R3+R4)/R4电压范围。本实用新型的有益效果是显而易见的，本实用新型电路解决了液晶显示单元在低温环境下显示刷新速度慢的固有问题，可满足严寒地区使用液晶电能表的显示要求。本电路可以保证在-40°C情况下液晶正常显示的要求。本电路可在整表功耗小于2W，电能表输入电压低至70%Un工作前提下对液晶进行加热。例如，本实用新型电压比较电路根据工频变压器输出功率有限，优先保证计量工作而后才是加热电路的主次关系设计，控制电表整表功耗不超过2W，并且在保证后端芯片工作电压情况下能以最大的功率提供给发热片TH快速制热。
本实用新型的优选实施方式将在以下通过参照附图的方式加以详细体现，图中的相同功能组件/电路以相同符号加以标记，其中的图1为本实用新型电能表加热电路的优选实施例的电路原理图。
具体实施方式
参照图1，本实用新型用于低温环境下的电能表加热电路的优选实施例包括电源电路10和加热电路20，进一步包括温度控制电路30和电压比较电路40，其中电力系统电力线的火线L和零线N接入所述电源电路10，所述电源电路10接入电压比较电路40和加热电路20并为之供电，所述温度控制电路30与电压比较电路40耦合电连接，且接入所述加热电路20。进一步地，在本实用新型的优选实施例中，电源电路10是由压敏电阻M0V1、变压器Tl、整流桥D1、电容Cl，C2、电解电容El，E2和稳压芯片Ul组成。电力系统220V交流电压经过压敏电阻MOVl和变压器Tl转换为低压交流电。低压交流电通过整流桥Dl整流以及电容Cl，El滤波后得出直流电压VCC，此直流电压VCC通过稳压芯片Ul降压为降压电压+3V3，此电压+3V3通过电容C2，E2滤波后对电表的单片机和计量芯片等电器件加以供电，同时直流电压VCC对加热电路20供电。进一步地，在本实用新型的优选实施例中，加热电路20是由电阻R6，三极管Ql和加热片TH组成。在加热时电源电路10的降压电压+3V3通过电阻R6对三极管Ql供电，此时Ql导通，端口 VCC的电流流过加热片TH，三极管Ql至GND。在本实用新型的优选实施例中，在加热片TH上产生的热量为VCC2/R。进一步地，在本实用新型的优选实施例中，加热片TH的一面紧贴液晶屏背面对液晶屏进行加热。另一面使用隔热材料包裹，减小热量从非加热面流失提高了加热效率。加热片TH的中心位置嵌入了 PTC热敏电阻RT。进一步地，在本实用新型的优选实施例中，温度控制电路30是由电阻Rl, R2, R5, R7、比较器U2B、热敏电阻RT组成。+3V3通过电阻Rl和R2分压后得到一个比较电压VREF，电阻R5、R7、RT串联至电表单片机的I/O 口 MCU_10得出另一个比较电压。当系统上电时，I/O 口 MCU_10默认为输入状态，被电阻R7上拉为3.3V电压。t匕较器U2B的反向输入端6脚始终比正向输入端5脚的电压VREF高，比较器输出低电平，三极管Ql截止，此时加热片TH不工作。当系统完成初始化开始工作后，I/O 口 MCU_10输出低电平，U2B的6脚电压为[3.3/ (R5+RT) ]*RT。在本实用新型的优选实施例中，液晶温度降低时电阻RT的阻值降低，比较器U2B的6脚电压随之降低，当液晶温度低于0°C时，所述6脚电压低于VREF，U2B输出截止。在U2A输出也截止的情况下，三极管Ql通过R6供电导通，加热片TH工作，温度上升，RT的阻值增加，比较器U2B的6脚电压上升。当温度上升到高于0°C以上时，比较器U2B的6脚电压高于5脚电压，U2B输出低电平，三极管Ql停止导通，加热片TH停止加热。进一步地，在本实用新型的优选实施例中，电压比较电路40是由电阻R3，R4和比较器U2A组成。当电表上电时，直流电压VCC和+3V3同步上升，电压VCC通过电阻R3，R4分压得到比较器U2A的3脚电压。U2A的3脚电压小于VREF电压，U2A输出低电平。当VCC电压继续上升，3脚电压继续上升，+3V3通过Ul稳定在3.3V，VREF稳定。在本实用新型的优选实施例中，当VCC电压上升到系统正常工作电压时，比较器U2A的3脚电压大于VREF，U2A输出截止，停止对三极管Ql的B级进行短路。当电表在70%Un低电压情况下工作时，变压器Tl输出最大功率只有Un时的0.49倍。若温度低于(TC时Ql导通加热片TH工作会导致VCC下降到最小值(+3V3+稳压芯片最小压差)以下，电压比较电路40使得VCC电压下降到最小值之前U2A输出低电平，关断Ql，VCC电压最终稳定在VREF*(R3+R4)/R4电压范围。电压比较电路40根据工频变压器输出功率有限，优先保证计量工作而后才是加热电路的主次关系设计，控制电表整表功耗不超过2W，并且在保证后端芯片工作电压情况下能以最大的功率提供给发热片TH快速制热。以上仅为本实用新型的优选实施方式，旨在体现本实用新型的突出技术效果和优势，并非是对本实用新型的技术方案的限制。本领域技术人员应当了解的是，一切基于本实用新型技术内容所作出的修改、变化或者替代技术特征，皆应当涵盖于本实用新型所附权利要求主张的技术范畴内。
权利要求1.一种用于低温环境下的电能表加热电路，它包括电源电路(10 )和加热电路(20 )，其特征在于:进一步包括温度控制电路(30)和电压比较电路(40)，其中电力系统电力线接入所述电源电路(10)，所述电源电路(10)接入电压比较电路(40)和加热电路(20)并为之供电，所述温度控制电路(30 )与电压比较电路(40 )耦合电连接，且接入所述加热电路(20 )。
2.如权利要求1所述的用于低温环境下的电能表加热电路，其特征在于:所述电源电路(10)由压敏电阻MOV1、变压器Tl、整流桥D1、电容Cl，C2、电解电容El, E2和稳压芯片Ul组成，其中电力系统电力线经过压敏电阻MOVl和变压器Tl转换为低压交流电，所述低压交流电通过整流桥Dl整流以及电容Cl，El滤波后得出直流电压VCC，所述直流电压VCC通过稳压芯片Ul降压为降压电压+3V3，所述降压电压+3V3通过电容C2，E2滤波后对电表的单片机和计量芯片加以供电，且所述直流电压对加热电路(20 )供电。
3.如权利要求1所述的用于低温环境下的电能表加热电路，其特征在于:所述加热电路(20)是由电阻R6、三极管Ql和加热片TH组成，其中降压电压+3V3通过电阻R6对三极管Ql加以供电，所述三极管Ql进一步连接至加热片TH和接地端GND。
4.如权利要求1或2或3所述的用于低温环境下的电能表加热电路，其特征在于:所述加热片TH上产生的热量W满足 W=VCC2/R，其中R为加热片TH的阻抗值。
5.如权利要求3所述的用于低温环境下的电能表加热电路，其特征在于:所述加热片TH的一个表面紧贴液晶显示屏的背面对其进行加热，另一表面使用隔热材料加以包裹，在所述加热片TH的中心位置处嵌入有PTC热敏电阻RT。
6.如权利要求1所述的用于低温环境下的电能表加热电路，其特征在于:所述温度控制电路(30)是由电阻R1，R2，R5，R7、比较器U2B、热敏电阻RT组成，其中所述电源电路(10)的降压电压+3V3是通过电阻R1，R2分压后得出比较电压VREF，电阻R5、R7、RT串联至电表单片机的I/O 口得出另一比较电压。
专利摘要本实用新型公开一种用于低温环境下的电能表加热电路，包括电源电路、加热电路、温度控制电路和电压比较电路。其中，电力系统电力线接入所述电源电路，所述电源电路接入电压比较电路和加热电路并为之供电，所述温度控制电路与电压比较电路耦合电连接，且接入所述加热电路。本实用新型电路解决了液晶显示单元在低温环境下显示刷新速度慢的固有问题，可满足严寒地区使用液晶电能表的显示要求。本电路可以保证在-40℃情况下液晶正常显示的要求。本电路可在整表功耗小于2W，电能表输入电压低至70%Un工作前提下对液晶进行加热。
文档编号G01R22/00GK203012012SQ20122055736
公开日2013年6月19日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者钱海波, 陈凯, 宋锡强 申请人:华立仪表集团股份有限公司