一种分立式低成本开关式小功率AC-DC降压电路的制作方法

本发明涉及智能电表，更具体地，是一种替代阻容降压方案的电能表计，适用于现场电网谐波较严重的应用场合。

背景技术：

1、随着智能电网政策的全面推行，作为终端设备的电能表得到快速推广和应用。电能表作为用户侧与国家电网之间衡量电能交易数额的计量器具，其准确度和稳定性要求很高，并保证长期可靠运行。阻容降压电路由于设计简单、成本低、体积小、广泛应用于智能电表中低端电能表。但随着时间的推移，阻容降压电路中降压电容由于容值衰减导致输出能力变小，可能出现表计黑屏，导致客诉及经济纠纷。

2、同时，由于智能电表现场安装环境的复杂性，特别是安装在工业环境中的电能表，由于现场电网谐波等问题，使得阻容降压电路的输出能力变小，可能导致表计黑屏。

3、糟糕的是问题出现后，供电企业需要花费大量的时间与成本解决此问题。对于现场电网谐波较严重的安装环境，大多只能断电拆回甚至退货，对用户用电造成干扰，降低了客户的满意度。

技术实现思路

1、本发明旨在解决智能电网领域中低端表计抗电网谐波能力及其可靠性问题，提出一种分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路，能有效的防止现场电网谐波对电能表的干扰，提高了低端表计的可靠性；同时由于电路简单、成本低、体积小等优点，理论上完全可以替代传统的阻容降压电路。

2、本发明的技术方案是：

3、本发明提供一种分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路，该降压电路包括整流电路、降压控制电路和储能滤波电路；所述整流电路作为降压电路的输入接电能表第一接线端子的交流信号，所述整流电路的输出端接降压控制电路的输入，所述降压控制电路基于整流电路的输出电压控制整个降压电路工作状态，所述降压控制电路的输出接储能滤波电路，所述储能滤波电路的输出端作为降压电路输出，并给后端负载提供能量。

4、进一步地，所述的整流电路采用半波整流电路，所述的半波整流电路包括二极管d1，所述的二极管d1的正极作为半波整流电路的输入接电能表第一接线端子1，通过二极管d1对交流输入电压进行半波整流。

5、进一步地，所述的储能滤波电路包括电容c1和负载r4；

6、所述的降压控制电路包括电阻r1、r2、r3、二极管d2、d3、d4、mos管m1和三极管q1；

7、所述整流电路的输出即二极管d1的负极接电阻r1与电阻r2的一端，同时接mos管m1的漏极；电阻r1的另一端接二极管d2的负极；二极管d2的正极接三极管q1的基极，同时接电阻r3的一端；电阻r2的另一端接三极管q1的集电极与mos管m1的栅极，同时接二极管d3的负极；mos管m1源极接二极管d4的正极；二极管d4的负极接电容c1的正极；电阻r3的另一端、三极管q1发射极以及二极管d3的正极与电容c1的负极同时接降压电路的第二接线端子2，所述电容c1两端并联电阻r4，用于负载输出；

8、所述降压控制电路控制整个降压电路工作状态，所述储能滤波电路连接降压电路输出端并给后端负载提供能量。

9、进一步地，所述的降压控制电路基于整流电路的输出即二极管d1负极的输出电压，触发关断信号电路或者触发导通信号电路；

10、所述的导通信号电路包括电阻r2、二极管d3、d4、mos管m1；二极管d3为稳压管，其与电阻r2构成降压电路的导通电压阈值，当输入电压超过二极管d3与电阻r2构成的导通电压阈值，导通信号电路工作，整个降压电路开始导通工作；

11、所述的关断信号电路包括电阻r1、r2、r3、二极管d2和三极管q1；二极管d2为稳压管，其与电阻r1、r3共同控制降压电路的关断电压阈值，即输入电压超过二极管d2与电阻r1、r3构成的关断阈值电压，关断信号电路工作，整个降压电路关闭。

12、进一步地，所述的导通电压阈值为：v导通阈值＝vd3+r2*ird3；其中：vd3为稳压管d3的反向击穿电压，ird3为稳压管d3反向击穿时的漏电流。

13、进一步地，所述的关断电压阈值为：

14、其中：vbe为三极管q1的导通电压，vd2为稳压管d2的反向击穿电压。

15、进一步地，所述的二极管d3的反向击穿电压值小于mos管m1栅极-源极耐压值；且所述的二极管d3的反向击穿电压值小于电容c1的耐压值。

16、进一步地，所述的导通电压阈值小于关断电压阈值。

17、进一步地，所述的三极管q1为npn型且工作在开关状态；所述的mos管m1为nmos型且工作于开关状态。

18、一种所述分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路所采用的方法，该降压电路执行以下步骤：

19、步骤1、整流后电压上升沿达到稳压管d3与电阻r2构成的启动电压阈值时，mos管m1漏源级导通，电容c1两端的电压被稳压管d3的反向击穿电压值钳位，其余电压均由mos管m1漏源级承担，此时电容c1开始储能并给后端负载提供能量；

20、步骤2、整流后电压上升沿达到稳压管d2与r1、r3共同构成的关断电压阈值时，三极管q1集电极-发射极导通，mos管m1栅极被强制从高电平拉为低电平，mos管m1关断，此时后端负载由电容c1提供能量；

21、步骤3、整流后电压下降沿低于稳压管d2与r1、r3共同构成的关断电压阈值但高于稳压管d3与电阻r2共同构成的启动电压阈值时，三极管q1集电极-发射极关断，mos管m1漏源级重新导通且给电容c1储能并给后端负载提供能量；

22、步骤4、整流后电压下降沿低于稳压管d3与电阻r2共同构成的启动电压阈值时，mos管m1漏源极关闭，此时后端负载由电容c1提供能量。

23、本发明的有益效果：

24、本发明提出了一种分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路，能有效抑制实际应用现场电网谐波对电能表的干扰，避免了用户侧与供电局之间用电纠纷；同时，本发明通用性较强，不需要使用专业的电源芯片，就能实现ac-dc降压输出。

25、本发明由于电路简单、成本低、体积小等优点，理论上完全可以替代传统阻容降压电路。

26、本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路，其特征在于，该降压电路包括整流电路、降压控制电路和储能滤波电路；所述整流电路作为降压电路的输入接电能表第一接线端子的交流信号，所述整流电路的输出端接降压控制电路的输入，所述降压控制电路基于整流电路的输出电压控制整个降压电路工作状态，所述降压控制电路的输出接储能滤波电路，所述储能滤波电路的输出端作为降压电路输出，并给后端负载提供能量。

2.根据权利要求1所述的分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路，其特征在于，所述的整流电路采用半波整流电路，所述的半波整流电路包括二极管d1，所述的二极管d1的正极作为半波整流电路的输入接电能表第一接线端子1，通过二极管d1对交流输入电压进行半波整流。

3.根据权利要求1所述的分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路，其特征在于：

4.根据权利要求1或3所述的分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路，其特征在于：所述的降压控制电路基于整流电路的输出即二极管d1负极的输出电压，触发关断信号电路或者触发导通信号电路；

5.根据权利要求4所述的分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路，其特征在于：所述的导通电压阈值为：v导通阈值＝vd3+r2*ird3；其中：vd3为稳压管d3的反向击穿电压，ird3为稳压管d3反向击穿时的漏电流。

6.根据权利要求4所述的分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路，其特征在于：所述的关断电压阈值为：

7.根据权利要求4所述的分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路，其特征在于：所述的二极管d3的反向击穿电压值小于mos管m1栅极-源极耐压值；且所述的二极管d3的反向击穿电压值小于电容c1的耐压值。

8.根据权利要求4所述的分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路，其特征在于：所述的导通电压阈值小于关断电压阈值。

9.根据权利要求3所述的分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路，其特征在于：所述的三极管q1为npn型且工作在开关状态；所述的mos管m1为nmos型且工作于开关状态。

10.一种权利要求1-9之一所述的分立式低成本开关式小功率ac-dc降压电路所采用的方法，其特征在于该降压电路执行以下步骤：

技术总结
本发明提供一种分立式低成本开关式小功率AC‑DC降压电路，该降压电路包括整流电路、降压控制电路和储能滤波电路；所述整流电路作为降压电路的输入接电能表第一接线端子的交流信号，所述整流电路的输出端接降压控制电路的输入，所述降压控制电路基于整流电路的输出电压控制整个降压电路工作状态，所述降压控制电路的输出接储能滤波电路，所述储能滤波电路的输出端作为降压电路输出，并给后端负载提供能量。本发明旨在解决智能电网领域中低端表计抗电网谐波能力及可靠性问题，能有效抑制实际应用现场电网谐波对电能表计的干扰，通用性较强，不需要使用专业的电源芯片，就能有效的实现AC‑DC降压输出。

技术研发人员：张珊珊,朱佳伟,花雷,施浩惠,黄嘉雯
受保护的技术使用者：江苏林洋能源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19