单相与三相自动切换高压电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种单相与三相自动切换高压电源。本实用新型要解决的技术问题是提供一种单相与三相自动切换高压电源，可以自动地切换单相电源输入与三相电源输入，提高电源的适应性。解决该问题的技术方案：单相与三相自动切换高压电源，依次包括三相整流电路、EMC滤波器电路、填谷式PFC电路、单片开关电源电路及若干个输出支路，其特征在于：所述三相整流电路与EMC滤波器电路之间，设有用于自动切换单相电源输入与三相电源输入的继电器电路以及单相辅助电源电路。本实用新型主要适用于开关电源【技术领域】。
【专利说明】单相与三相自动切换高压电源
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及开关电源【技术领域】，具体涉及一种电表行业单相与三相供电的自动切换，代替目前行业内用两组独立电源模式供电的电表电源，主要用于供电自动控制。
【背景技术】
[0002]现在电能表由机械式升级为电子电能表，原先的工频变压器电源现逐渐会被开关电源所取代，开关电源按拓扑结构主要分为:(I)线性电源；(2)非隔离开关电源(BUCK、Flybuck) ；(3)阻容降压电源；(4)隔离开关电源。电表中的电源主要拓扑结构为反激开关电源，要求电源具有:抗大电流与高电压浪涌、电磁辐射小、纹波电压小、成本低、稳定安全可靠，在智能电能表中已广泛使用，但存在EMC(电磁兼容性)难达标准、结构复杂、成本高、可靠性安全性不高，同时防浪涌能力低、功耗偏大，效率低等缺点。目前电表行业单相与三相供电是独立的，所用的器件较多并且不能自动进行切换，谐波干扰与电磁干扰较大，MEC测试不容易通过。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是克服上述【背景技术】的不足，提供一种单相与三相自动切换高压电源，该高压电源可以自动地切换单相电源输入与三相电源输入，提高电源的适应性与可靠性、安全性，降低成本，并且具有电路结构简单、干扰小、成本低的特点。
[0004]本实用新型采用的技术方案是:
[0005]单相与三相自动切换高压电源，依次包括三相整流电路、EMC滤波器电路、填谷式PFC电路、单片开关电源电路及若干个输出支路，其特征在于:所述三相整流电路与EMC滤波器电路之间，设有用于自动切换单相电源输入与三相电源输入的继电器电路以及单相辅助电源电路；
[0006]所述继电器电路设有四个Z型触点组；一号、二号Z型触点组的常闭静触点分别连接三相整流电路的两条输出线，动触点分别连接EMC滤波器电路的两条输入线，常开静触点分别连接三号、四号Z型触点组的动触点；三号、四号Z型触点组的常开静触点分别连接单相电源的两条相线；
[0007]所述单相辅助电源电路包括电源调节器U3及其外围电路，电源调节器的输入端与单相电源连接，输出端对四个Z型触点组的线圈供电。
[0008]所述三相整流电路的输入端的每一根相线均通过串联的浪涌电流限制器件以及电压限制器件连接公共端，其中浪涌电流限制器件与电压限制器件之间为该相线的交流输入点。
[0009]所述EMC滤波器电路包括电容Cl、C2以及共模电感LI，所述电容Cl、C2分别并联在共模电感LI的两个线圈上，电容Cl两端为EMC滤波器电路的两条输入线，电容C2两端为EMC滤波器电路的两条输出线。
[0010]所述填谷式PFC电路包括二极管D17?D19、电解电容C3、C4 ;二极管D17反向串联在电解电容C3的负极后，一起并联在EMC滤波器电路的两条输出线之间；二极管D19反向串联在电解电容C4的正极后，一起并联在EMC滤波器电路的两条输出线之间，二极管D18连接在电解电容C3的负极与电解电容C4的正极之间。
[0011]所述单片开关电源电路包括电源IC芯片Ul及其外围电路、开关管Ql以及变压器TRl ;所述电源IC芯片Ul通过开关管Ql与变压器TRl原边的一条输入线连接，电源IC芯片Ul还通过高压限制电路与原边的另一条输入线连接。
[0012]所述高压限制电路包括相互串联的电阻Rl?R4以及整流二极管DZ1、DZ2。
[0013]本实用新型的有益效果是:本实用新型达到单相与三相绝缘隔离电压为2KV AC标准要求(二相输入最高电压为520V AC，三相输入最高电压为650VAC)，简化电路，降低成本，提闻可罪性；
[0014]具体是:(1)超宽输入电压范围(45V AC?520V AC)，主要是靠开关管Ql耐压900V串上电源IC芯片Ul的内置MOS管700V耐压而实现，同时输入整流部分用2只整流二极管DZ1、DZ2串联，保证耐压足够；(2)单相供电与三相供电公用一组单片开关电源电路，电路结构简单，成本低；单相作为辅助后备电源，可以通过继电器电路与三相自动切换；
(3)超高耐压1.9倍输入电压，其原理同(I) ；(4)本实用新型设有填谷式PFC，可以使得整个电源的谐波干扰减小；(5)保护功能完善；(6)通过共模电感LI与变压器的隔离，使得电磁干扰小。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的电路原理图。
[0016]图2是图1中单相辅助电源电路的电路原理图。
[0017]图3是图1中继电器电路的电路原理图。
[0018]图4是图1中三相整流电路、EMC滤波器电路、填谷式PFC电路的电路原理图。
[0019]图5是图1中单片开关电源电路及其若干个输出支路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。
[0021]如图1所示，本实用新型所述的单相与三相自动切换高压电源，依次包括三相整流电路、EMC滤波器电路、填谷式PFC电路、单片开关电源电路及若干个输出支路。所述三相整流电路与EMC滤波器电路之间，设有用于自动切换单相电源输入与三相电源输入的继电器电路以及单相辅助电源电路。
[0022]如图3所示，所述继电器电路设有四个Z型触点组；一号、二号Z型触点组的常闭静触点分别连接三相整流电路的两条输出线，动触点分别连接EMC滤波器电路的两条输入线，常开静触点分别连接三号、四号Z型触点组的动触点；三号、四号Z型触点组的常开静触点分别连接单相电源的两条相线，常闭静触点悬空。单相与三相间的绝缘隔离耐压?2KVAC, 60S (这是国标要求的测试项目，在断电情况下，通过交流耐压仪正负端子加在电源单相(L2，N2)与三相(LA，LB, LC)端之间2KVAC，持续60秒，无任何击穿现象为合格)，倘若无断开触点间交流耐压达到2KV*1.414VD的继电器，推荐采用两个耐压1.5KV的继电器串联使用(推荐采用HFD3-V/12V)，如图3所示，继电器Jl具有上述一号、二号Z型触点组，继电器J2具有上述三号、四号Z型触点组，继电器Jl的两个常开静触点(7脚和8脚)连接继电器J2的两个动触点(5脚和6脚)，使得继电器达到IEC62052，IEC62053要求。
[0023]如图2所示，所述单相辅助电源电路包括电源调节器U3(推荐采用低成本高可靠性的VIPER12A芯片)及其外围电路，电源调节器的输入端通过整流滤波电路与单相电源连接，输出端对四个Z型触点组的线圈供电(12V直流)，因此，当单相电源接通时，电源调节器U3输出工作电压，两个继电器得电动作进行单相与三相切换。外围电路包括电容C20?C23，二极管D26?D28，电感L4，其中二极管D28为续浪二极管，电感L4为储能电感。所述整流滤波电路包括四个二极管DOI组成的整流电路以及电容C17、C18以及电阻R17、R18组成的滤波电路(常规电路结构，不作详细介绍)。
[0024]如图4所示，所述三相整流电路包括二极管Dl?D16组成的三条相线以及公共端的桥式整流电路(常规电路，不作详细介绍)。三相整流电路的输入端的每一根相线均通过串联的浪涌电流限制器件(热敏电阻NTCl?NTC3)以及电压限制器件(压敏电阻MOVl?M0V3)连接公共端，有一电容(安规电容CXl?CX3)并联在浪涌电流限制器件与电压限制器件两端，其中浪涌电流限制器件与电压限制器件之间为该相线的交流输入点。
[0025]如图4所示，所述EMC滤波器电路包括电容Cl、C2以及共模电感LI，所述电容Cl、C2分别并联在共模电感LI的两个线圈上，电容Cl两端为EMC滤波器电路的两条输入线，电容C2两端为EMC滤波器电路的两条输出线。
[0026]如图4所示所述填谷式PFC电路的PFC值>0.8，改善输入直流波形，从而大大减少了谐波干扰，填谷式PFC电路包括二极管D17?D19、电解电容C3、C4 ;二极管D17反向串联在电解电容C3的负极后，一起并联在EMC滤波器电路的两条输出线之间；二极管D19反向串联在电解电容C4的正极后，一起并联在EMC滤波器电路的两条输出线之间，二极管D18连接在电解电容C3的负极与电解电容C4的正极之间。
[0027]如图5所示，所述单片开关电源电路包括电源IC芯片Ul (推荐采用T0P254PN)及其外围电路、开关管Ql (采用FQP4N90高压MOS管)以及变压器TRl。所述电源IC芯片Ul同时控制单相与三相整流过后的正端与负端，具体是:电源IC芯片Ul通过开关管Ql与变压器TRl原边的一条输入线(负端)连接，电源IC芯片Ul还通过高压限制电路与原边的另一条输入线(正端)连接。所述高压限制电路包括相互串联的电阻Rl?R4以及整流二极管DZ1、DZ2。变压器TRl的原边设有反峰电压限制电路，包括稳压二极管D20、二极管D21，电容C5以及电阻R8、R9，电容D20以及电阻R8、R9并联在原边的两条输入线之间，稳压二极管D20与二极管D21串联后并联在原边的两条输入线之D20。变压器的原边可以设置一组线圈来对各芯片进行供电，也可以直接用外部电源对各芯片供电。
[0028]上述若干个输出支路的输出电压根据需要确定，可以在其中一条输出支路与所述电源IC芯片Ul之间设置光耦U2进行反馈，该反馈电路为常规电路，在此不作详细介绍。
[0029]本实用新型的自动切换工作原理:平时三相交流电存在、单相电不存在时，高压继电器Jl与J2常闭静触点接通三相整流电路与EMC滤波器电路(接通图1、3、4中的L3与Cl，以及N3与C2)，单相电断开(图1、3、4中的L2，N2);只要单相电存在时，继电器Jl、J2线圈得电，动触点动作接通常开静触点，单相电接通，同时断开三相电(不管三相电有否)，因为单相来电时，辅助电源立即工作给继电器J1、J2供电，自动切换单相与三相电。
[0030] 本实用新型的工作模式:当有三相交流电供电时，开关电源正常工作供电，一旦有单相交流电输入时，控制电路动作，切断三相交流供电，由单相供电，开关电源也正常不间断工作；单相与三相同时存在的情况，三相交流无输入回路，开关电源不工作，只能由单相交流供电；无三相交流输入时，开关电源只能由单相供电；如果单相与三相均没有电，开关电源不会工作，电表也不必计费，逻辑上不矛盾。
【权利要求】
1.单相与三相自动切换高压电源，依次包括三相整流电路、EMC滤波器电路、填谷式PFC电路、单片开关电源电路及若干个输出支路，其特征在于:所述三相整流电路与EMC滤波器电路之间，设有用于自动切换单相电源输入与三相电源输入的继电器电路以及单相辅助电源电路； 所述继电器电路设有四个Z型触点组；一号、二号Z型触点组的常闭静触点分别连接三相整流电路的两条输出线，动触点分别连接EMC滤波器电路的两条输入线，常开静触点分别连接三号、四号Z型触点组的动触点；三号、四号Z型触点组的常开静触点分别连接单相电源的两条相线； 所述单相辅助电源电路包括电源调节器U3及其外围电路，电源调节器的输入端与单相电源连接，输出端对四个Z型触点组的线圈供电。
2.根据权利要求1所述的单相与三相自动切换高压电源，其特征在于:所述三相整流电路的输入端的每一根相线均通过串联的浪涌电流限制器件以及电压限制器件连接公共端，其中浪涌电流限制器件与电压限制器件之间为该相线的交流输入点。
3.根据权利要求1或2所述的单相与三相自动切换高压电源，其特征在于:所述EMC滤波器电路包括电容Cl、C2以及共模电感LI，所述电容Cl、C2分别并联在共模电感LI的两个线圈上，电容Cl两端为EMC滤波器电路的两条输入线，电容C2两端为EMC滤波器电路的两条输出线。
4.根据权利要求3所述的单相与三相自动切换高压电源，其特征在于:所述填谷式PFC电路包括二极管D17?D19、电解电容C3、C4 ;二极管D17反向串联在电解电容C3的负极后，一起并联在EMC滤波器电路的两条输出线之间；二极管D19反向串联在电解电容C4的正极后，一起并联在EMC滤波器电路的两条输出线之间，二极管D18连接在电解电容C3的负极与电解电容C4的正极之间。
5.根据权利要求4所述的单相与三相自动切换高压电源，其特征在于:所述单片开关电源电路包括电源IC芯片Ul及其外围电路、开关管Ql以及变压器TRl ;所述电源IC芯片Ul通过开关管Ql与变压器TRl原边的一条输入线连接，电源IC芯片Ul还通过高压限制电路与原边的另一条输入线连接。
6.根据权利要求5所述的单相与三相自动切换高压电源，其特征在于:所述高压限制电路包括相互串联的电阻Rl?R4以及整流二极管DZ1、DZ2。
【文档编号】H02M7/00GK204030975SQ201420290413
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】周良璋, 汪继伟, 张向程, 郝涛, 刘高峰, 王夏娇, 张晓峰, 涂海宁, 朱程鹏, 陈国华, 丁佐明 申请人:杭州海兴电力科技股份有限公司