一種電表的防6kv浪涌電路及供電電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電表的防6KV浪涌電路及供電電路，其內(nèi)設置有機械計度器、阻容降壓電路、直流變換電路、遠紅外通訊電路、電能計量電路及電量存儲電路，其中220V電網(wǎng)交流電壓經(jīng)過所述阻容降壓電路轉換為±12V電壓以輸出給直流變換電路，然后連接遠紅外通訊電路、計度器和電能計量電路并為之提供各自工作電壓，所述電量存儲電路耦合于電能計量電路用以存儲電量信息，所述機械計度器連接所述電量存儲電路，所述遠紅外通訊電路連接所述電量存儲電路。保留原有機械計度器表的基礎上增加遠紅外通訊模塊實現(xiàn)機電相結合的電表設計，成本低廉，設備簡單，并解決了抄表員人工抄表效率低下的問題，同時給出了具體的電表計度方法。
【專利說明】—種電表的防6KV浪涌電路及供電電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明主要涉及一種應用于電能表的，防4-6KV浪涌電壓的電源電路，可廣泛應用于單相和三相電能表中。
【背景技術】
[0002]為了防止高電壓產(chǎn)生的大能量的浪涌沖擊導致表計燒毀無法計量照成巨大損失，現(xiàn)在電子式電能表中普遍采用在電源輸入側并聯(lián)壓敏電阻的方式對浪涌能量進行吸收鉗位。因為浪涌能量巨大，4KV測試時浪涌電流達到1.3KA以上，產(chǎn)生的絕大部分能量被壓敏吸收。當浪涌電壓達到6KV時浪涌電流更是達到了 2.3KA以上。但是壓敏電阻對于吸收巨大的浪涌能量有次數(shù)限制，反復吸收浪涌能量會導致壓敏電阻氧化鋅顆粒逐漸失效最終導致壓敏爆炸并燒毀PCB電路板以及后端器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明主要公開一種應用于電能表的，防4一6KV浪涌的阻容降壓電路，通過防浪涌保護，解決了傳統(tǒng)電能表電路中壓敏電阻在反復浪涌條件下因為本身吸收浪涌次數(shù)有限且吸收量大而造成壓敏電阻在高電壓的浪涌沖擊下爆炸以及燒毀后端器件的問題，可廣泛應用于使用阻容降壓電源的單相和三相電能表中。與此同時，可作為電表的供電電路為電表供電。
[0004]本發(fā)明的第一實施例提供電表的防6KV浪涌電路,包括取電部和與之I禹合的負半周翻轉部，通過所述取電部獲取外部6KV浪涌電壓，通過負半周翻轉部輸出直流電壓。
[0005]在一個特定實施例中，所述取電部包括阻容降壓電路及與之并接的浪涌保護電路，外部6KV浪涌電壓通過所述阻容降壓電路分壓后產(chǎn)生梯形交流波形，經(jīng)過所述浪涌保護電路加以鉗位。
[0006]在一個特定實施例中，所述阻容降壓電路是由電阻和電容串接組成，所述浪涌保護電路包括雙向TVS管，其中所述電阻選用繞線電阻，所述電容為安規(guī)電容。所述的雙向TVS管的英文全稱為Transient Voltage Suppresson,中文譯名為瞬變電壓抑制二極管。所述TVS管的兩端在經(jīng)受瞬間高能量沖擊時能以極高的速度使其自身的阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個預定的數(shù)值，防止后端電路器件受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。
[0007]在一個特定實施例中，負半周翻轉部包括:連接所述阻容降壓電路的整流濾波電路；耦合于所述整流濾波電路的開關儲能電路，用于根據(jù)所述梯形交流波形進行周期性地儲能，其中所述開關儲能電路包括連接所述阻容降壓電路的開關器件，以及儲能器件；所述整流濾波電路包括四個整流管，以及與之耦合的濾波器件。所述四個整流管構成橋式整流電路，包括梯形交流波正半周導通支路的兩個整流管以及梯形交流波負半周導通支路的兩個整流管。
[0008]在一個特定實施例中，當所述負半周翻轉部接收來自所述取電部的梯形交流波形正半周電壓時，通過橋式整流電路中的正半周導通支路的一個整流管整流，由串接的濾波器件濾波后輸出直流電壓，同時通過導通開關器件使得儲存在儲能器件中的電能通過橋式整流電路中的正半周導通支路的另一個整流管對濾波器件加以充電，之后經(jīng)過開關器件返回所述儲能器件負極；當所述負半周翻轉部接收來自所述取電部的梯形交流波形負半周電壓時，截止開關器件，通過梯形交流波負半周導通支路的兩個整流管對串接的儲能器件進行充電。
[0009]傳統(tǒng)的使用壓敏電阻，好處是經(jīng)過壓敏電阻把電壓鉗位后，后端電壓只有IKV左右的電壓，但是因為壓敏電阻把電壓鉗位住，大量的能量只能由壓敏電阻承擔。本領域技術人員所知的吸收能量的計算方式為:
[0010]Q=IXUXT ；
[0011]Q—吸收熱量；1—電流；U—電壓；T—時間。
[0012]按照常規(guī)技術，因為吸收時間較短，浪涌波形為開路電壓1.2/50US時，通過相應電壓U對應電流I的乘積得到功率1.8麗，再乘以1.2us具有2.16焦耳能量，而通過本發(fā)明，6KV高壓能量經(jīng)過整體電路的吸收，只有0.086焦耳，相差了 25倍左右。本發(fā)明可以通過電路的設計減小壓敏電阻能量的吸收，減小了壓敏電阻的負擔，并且使用改進型的阻容降壓電源以抗更高浪涌電壓，最高可達6KV的浪涌。
[0013]本實施例沒有采用壓敏電阻，不會產(chǎn)生巨大的浪涌電流，常規(guī)的方案使用壓敏電阻，后端電路可承受Ikv左右的高壓而不損壞，但是壓敏電阻要承受巨大的浪涌電流，4KV時1.35KA的電流從壓敏流過，6KV時已經(jīng)達到2.275KA，本實施采用繞線電阻，因為是電阻絲的形式，不怕高壓沖擊，相比常規(guī)阻容降壓電路使用的金屬膜電阻或碳膜電阻，在高壓沖擊下直接開路使后端的電路不能工作。其次，采用安規(guī)電容，根據(jù)容抗公式:
[0014]Xc=I/(2 JI fC)
[0015]Xe—容抗，f一電流頻率，C一電容值大小。
[0016]得在1.2/50US波形浪涌電壓下容抗為I Q，對比200圈的繞線電阻，其上面承受的浪涌能量只有繞線電阻的1/200。常規(guī)的聚丙烯電容，大電流下容易因內(nèi)部導電涂層破壞造成容量減小。再者，采用能瞬間吸收最大功率為600W的TVS管，允許的沖擊電流值達到36A,反應速度5ns,均優(yōu)于傳統(tǒng)穩(wěn)壓二極管。
[0017]本發(fā)明的第二實施例提供一種電表供電電路，設有阻容降壓部，其包括取電部和與之耦合的半波整流部，通過所述取電部獲取外部交流電力源，通過半波整流部輸出穩(wěn)定的直流電壓。
[0018]在一個特定實施例中，所述取電部由電阻、電容和雙向TVS管串接組成，其中所述電阻選用繞線電阻，所述電容為安規(guī)電容，其中外部交流電力源電壓通過所述取電部鉗位至±5V電壓。
[0019]在一個特定實施例中，半波整流部包括:連接所述阻容降壓電路的整流濾波電路；耦合于所述整流濾波電路的開關儲能電路，用于根據(jù)所述梯形交流波形進行周期性地儲能，其中所述開關儲能電路包括連接所述阻容降壓電路的開關器件，以及儲能器件；所述整流濾波電路包括四個整流管以及與之耦合的濾波器件。所述四個整流管構成橋式整流電路，包括梯形交流波正半周導通支路的兩個整流管以及梯形交流波負半周導通支路的兩個整流管。[0020]在一個特定實施例中，當所述橋式整流電路接收來自所述取電部的+5V電壓時，通過梯形交流波正半周導通支路的一個整流管整流和串接的濾波器件濾波后輸出直流電壓；當所述橋式整流電路接收來自所述取電部的-5V電壓時，截止開關器件，通過梯形交流波負半周導通支路的兩個整流管對串接的儲能器件進行充電；當下一個接收+5V電壓周期時，通過導通開關器件使得儲存在儲能器件中的電能通過梯形交流波正半周導通支路另一個整流管并對濾波器件加以充電，之后經(jīng)過開關器件返回所述儲能器件負極。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021 ] 圖1為本發(fā)明實施例的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0022]參照圖1，電表的防6KV浪涌電路實施例包括取電部I和與之耦合的負半周翻轉部2，通過所述取電部I通過輸入端UL和UN獲取外部6KV浪涌電壓，通過負半周翻轉部2輸出直流電壓VCC。
[0023]其中，取電部I包括阻容降壓電路及與之并接的浪涌保護電路，外部6KV浪涌電壓通過所述阻容降壓電路分壓后產(chǎn)生梯形交流波形，經(jīng)過所述浪涌保護電路加以鉗位得±5V電壓。
[0024]作為進一步優(yōu)化，所述的阻容降壓電路是由電阻Rl和電容Cl串接組成，所述浪涌保護電路包括雙向TVS管D1，其中所述電阻Rl選用繞線電阻，所述電容Cl為安規(guī)電容。
[0025]負半周翻轉部2包括:連接所述阻容降壓電路的整流濾波電路；耦合于所述整流濾波電路的開關儲能電路，用于根據(jù)所述梯形交流波形進行周期性地儲能，其中所述開關儲能電路包括連接所述阻容降壓電路的開關器件Q1，以及儲能器件El ;所述整流濾波電路包括整流管D2、D3、D4、D5，以及與之耦合的濾波器件E2。
[0026]當所述負半周翻轉部2接收來自所述取電部I的梯形交流波形正半周電壓時,通過整流管D2整流和串接的濾波器件E2濾波后輸出直流電壓VCC，同時通過導通開關器件Ql使得儲存在儲能器件El中的電能通過整流管D4對濾波器件E2加以充電，之后經(jīng)過開關器件Ql返回所述儲能器件El負極；當所述負半周翻轉部2接收來自所述取電部I的梯形交流波形負半周電壓時，截止開關器件Q1，通過整流管D3、D5對串接的儲能器件El進行充電。
[0027]本實施例吸收6KV浪涌電壓，并可以將此高電壓轉換為供給電表功能器件工作的電壓VCC，在防止浪涌沖擊電路的同時實現(xiàn)能效轉化。
[0028]取電部1:由繞線電阻R1，安規(guī)電容Cl，雙向TVS管Dl組成。外部交流電壓通過Rl, Cl串聯(lián)分壓后，在雙向TVS管Dl兩端得到梯形波的交流波形。當大浪涌測試時，浪涌電壓經(jīng)過Rl和Cl分壓后由Dl鉗位。
[0029]GB/T17626.5Z中規(guī)定了浪涌波形為開路電壓1.2/50us，等效輸出電阻為2 Q。假設Cl采用390nF電容，根據(jù)容抗Xc=I/(2 Ji fC)得在1.2/50us波形浪涌電壓下等效電阻為IQ，Rl取200 Q時浪涌電流為19A，Rl兩端的峰值電壓為3.9KV，流過Cl和Dl的電流為19A。
[0030]傳統(tǒng)的阻容降壓設計中，電阻采用金屬膜電阻，電容采用聚丙烯電容(CBB電容)，采用穩(wěn)壓二極管。電阻在3.9KV瞬間高壓下很容易因金屬膜氣化而開路，聚丙烯電容(CBB電容)在19A電流下容易因內(nèi)部導電涂層破壞容量減小，流過穩(wěn)壓二極管的19A電流大大超過穩(wěn)壓二極管0.3A最大沖擊電流值，容易導致穩(wěn)壓二極管擊穿。當減小電阻阻值來減小，電阻兩端電壓會導致浪涌，電流增大導致聚丙烯電容(CBB電容)和穩(wěn)壓二極管更容易損壞，增大電阻阻值減小浪涌電流又會導致電阻兩端的電壓增加，電阻開路?；谝陨显?，傳統(tǒng)的阻容降壓方案在交流輸入端再并聯(lián)壓敏電阻進行浪涌電壓鉗位。測試4KV，2Q內(nèi)阻浪涌時浪涌電流達到1.3KA。壓敏電阻瞬間吸收了 1.8MW的浪涌功率。
[0031]本發(fā)明中所述電阻Rl采用繞線電阻，繞線電阻內(nèi)部為金屬絲繞制而成，抗瞬間高壓能力遠優(yōu)于金屬膜電阻。電容Cl采用安規(guī)電容，其內(nèi)部電容介質采用耐高壓，耐沖擊設計，抗大電流沖擊能力優(yōu)于傳統(tǒng)的聚丙烯電容(CBB電容)。采用TVS管，允許沖擊電流達到36A，反應速度5ns，均優(yōu)于傳統(tǒng)穩(wěn)壓二極管。測試4KV，2Q內(nèi)阻浪涌時浪涌電流只有18A。
[0032]負半周翻轉電路:由電阻R2，二極管D2，D3，D4，D5，三極管Q1，電容El，E2組成。
[0033]梯形波交流電正半周通過D2整流后經(jīng)E2濾波得到VCC電壓，同時正半周電壓通過R2使得Ql導通，儲存在El中的電量通過D4對E2充電后經(jīng)過Ql返回El負極。當梯形波交流電負半周時，通過D5，E1，D3對El充電。
[0034]傳統(tǒng)的半波整流電路只能利用正半周的電流，輸出電流只有0.51a (Ia為交流輸入電流)，全波整流雖然輸出電流可以達到Ia，但是輸出浮地，不適合電能表中接地同時又是接火線的要求。本方案在滿足了接地與接火線的同時，輸出電流又可以達到0.91a。
[0035]在另一個方面，本發(fā)明實施例又可作為一種電表供電電路，它包括阻容降壓部，它包括取電部I和與之耦合的半波整流部，通過所述取電部I獲取外部AC電力源，通過半波整流部輸出穩(wěn)定的直流電壓VCC。
[0036]取電部I包括電阻R1、電容Cl和雙向TVS管Dl串接組成，其中所述電阻Rl選用繞線電阻，所述電容Cl為安規(guī)電容，其中外部AC電壓通過所述取電部I鉗位至±5V電壓。
[0037]半波整流部包括:連接所述阻容降壓電路的整流濾波電路；耦合于所述整流濾波電路的開關儲能電路，用于根據(jù)所述梯形交流波形進行周期性地儲能，其中所述開關儲能電路包括連接所述阻容降壓電路的開關器件Ql，以及儲能器件El ;所述整流濾波電路包括整流管D2、D3、D4、D5，以及與之耦合的濾波器件E2。
[0038]當所述半波整流部接收來自所述取電部I的+5V電壓時，通過整流管D2整流和串接的濾波器件E2濾波后輸出直流電壓VCC;當所述半波整流部接收來自所述取電部I的-5V電壓時，截止開關器件Q1，電流從圖示符號的接地端GND通過整流管D3、D5對串接的儲能器件El進行充電；當下一個接收+5V電壓周期時，導通開關器件Ql使得儲存在儲能器件El中的電能通過整流管D4對濾波器件E2加以充電，之后經(jīng)過開關器件Ql返回所述儲能器件El負極。
[0039]工業(yè)實用性分析
[0040]本發(fā)明通過上述實施例的電表，各取10塊采用本實施例的單相電能表和10塊傳統(tǒng)阻容降壓方案的單相電能表進行浪涌測試，浪涌沖擊10秒/次，每只打200次沖擊。
[0041]
【權利要求】
1.一種電表的防6KV浪涌電路,其特征在于:包括取電部(I)和與之稱合的負半周翻轉部(2)，通過所述取電部(I)獲取外部6KV浪涌電壓，通過負半周翻轉部(2)輸出直流電壓(VCC)0
2.根據(jù)權利要求1所述的防6KV浪涌電路，其特征在于:所述取電部(I)包括阻容降壓電路及與之并接的浪涌保護電路，外部6KV浪涌電壓通過所述阻容降壓電路分壓后產(chǎn)生梯形交流波形，經(jīng)過所述浪涌保護電路加以鉗位。
3.根據(jù)權利要求2所述的防6KV浪涌電路，其特征在于:所述阻容降壓電路是由電阻(Rl)和電容(Cl)串接組成，所述浪涌保護電路包括雙向TVS管(DI )，其中所述電阻(Rl)選用繞線電阻，所述電容(Cl)為安規(guī)電容。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的防6KV浪涌電路，其特征在于:所述負半周翻轉部(2)包括:連接所述阻容降壓電路的整流濾波電路；耦合于所述整流濾波電路的開關儲能電路，用于根據(jù)所述梯形交流波形進行周期性地儲能，其中所述開關儲能電路包括連接所述阻容降壓電路的開關器件(Q1)，以及儲能器件(El);所述整流濾波電路包括四個整流管(D2—D5)，以及與之耦合的濾波器件(E2)。
5.根據(jù)權利要求4所述的防6KV浪涌電路，其特征在于:當所述負半周翻轉部(2)接收來自所述取電部(I)的梯形交流波形正半周電壓時，通過整流管(D2)整流和串接的濾波器件(E2)濾波后輸出直流電壓(VCC)，同時通過導通開關器件(Ql)使得儲存在儲能器件(El)中的電能通過整流管(D4)對濾波器件(E2)加以充電，之后經(jīng)過開關器件(Ql)返回所述儲能器件El負極；當所述負半周翻轉部(2)接收來自所述取電部(I)的梯形交流波形負半周電壓時，截止開關器件(Q1)，通過整流管(D3)、(D5)對串接的儲能器件(El)進行充電。
6.電表供電電路，其特征在于:設有阻容降壓部，它包括取電部(I)和與之耦合的半波整流部，通過所述取電部(I)獲取外部交流電力源(AC)，通過半波整流部輸出穩(wěn)定的直流電壓(VCC)。
7.根據(jù)權利要求6所述的電表供電電路，其特征在于:所述取電部(I)包括電阻(R1)、電容(Cl)和雙向TVS管(Dl)串接組成，其中所述電阻(Rl)選用繞線電阻，所述電容(Cl)為安規(guī)電容，其中外部交流電力源(AC)電壓通過所述取電部(I)鉗位至±5V電壓。
8.根據(jù)權利要求6所述的電表供電電路，其特征在于:所述半波整流部包括:連接所述阻容降壓電路的整流濾波電路；耦合于所述整流濾波電路的開關儲能電路，用于根據(jù)所述梯形交流波形進行周期性地儲能，其中所述開關儲能電路包括連接所述阻容降壓電路的開關器件(Q1)，以及儲能器件(El);所述整流濾波電路包括四個整流管(D2 — D5)，以及與之耦合的濾波器件(E2)。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的電表供電電路，其特征在于:當所述半波整流部接收來自所述取電部(I)的+5V電壓時，通過整流管(D2 )整流和串接的濾波器件(E2 )濾波后輸出直流電壓(VCC);當所述半波整流部接收來自所述取電部(I)的-5V電壓時，截止開關器件(Q1)，通過整流管(D3)、(D5)對串接的儲能器件(El)進行充電；當下一個接收+5V電壓周期時，通過導通開關器件(Ql)使得儲存在儲能器件(El)中的電能通過整流管(D4)對濾波器件(E2)加以充電，之后經(jīng)過開關器件(Ql)返回所述儲能器件(El)負極。
【文檔編號】G01R11/02GK103454464SQ201310286508
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月9日 優(yōu)先權日:2013年7月9日
【發(fā)明者】錢海波, 陳剛, 陳凱 申請人:華立儀表集團股份有限公司