用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置，包括整流橋輸出濾波電容、變壓器副邊輸出濾波電容、電源輸出濾波電容、過(guò)零檢測(cè)電路和PFC控制器，整流橋輸出濾波電容采用CBB電容，變壓器副邊輸出濾波電容采用固態(tài)電容，電源輸出濾波電容采用陶瓷電容；直流母線電壓采樣電路采樣直流母線電壓并傳輸給PFC控制器；過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)輸出電壓的過(guò)零點(diǎn)并傳輸給PFC控制器；PFC用于根據(jù)輸出電壓、電流信號(hào)和直流母線電壓信號(hào)輸出控制波形對(duì)電源裝置進(jìn)行控制。本發(fā)明通過(guò)替換性能較差的電解電容，并通過(guò)PFC控制器根據(jù)輸出電壓波形的特性對(duì)電源裝置進(jìn)行控制，從而提高電源裝置的功率因數(shù)，減少了對(duì)電網(wǎng)諧波的污染，延長(zhǎng)了使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明具體涉及一種用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，電力電子技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于 人們的生產(chǎn)和生活之中。電源變換技術(shù)能夠?qū)⒊跏茧娫醋儞Q成為人們所需要的各種電壓等 級(jí)、各種類(lèi)型的電源，因此，其重要性不言而喻。
[0003] 近年來(lái)，隨著智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，智能儀表作為智能化終端，有了迅 速的發(fā)展，并且已經(jīng)逐步開(kāi)始取代傳統(tǒng)的計(jì)量?jī)x表。智能儀表的電源也由傳統(tǒng)的線性電源 逐漸改進(jìn)為高功率密度、高效率的開(kāi)關(guān)電源。目前，智能儀表中的開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)一般如 圖1所示:可以看出，在輸入側(cè)整流后使用了兩個(gè)高耐壓、大容量的電解電容，電解電容對(duì)工 作溫度特別敏感，長(zhǎng)期高、低溫下工作，會(huì)大大降低產(chǎn)品的使用壽命和可靠性；同時(shí)傳統(tǒng)的 開(kāi)關(guān)電源電路功率因數(shù)值較低(0.5左右），使得對(duì)電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生諧波污染，造成電力線能量浪 費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種功率因數(shù)高、壽命長(zhǎng)的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置。
[0005] 本發(fā)明提供的這種用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置，包括變壓器、主控開(kāi)關(guān)管、整流橋輸 出濾波電容、變壓器副邊輸出濾波電容、電源輸出濾波電容、芯片供電電路、輸出電壓米樣 電路和輸出電流采樣電路，還包括直流母線電壓采樣電路、過(guò)零檢測(cè)電路和PFC控制器，且 整流橋輸出濾波電容采用CBB電容，變壓器副邊輸出濾波電容采用固態(tài)電容，電源輸出濾波 電容采用陶瓷電容；芯片供電電路輸入端連接整流后的高壓母線，輸出端給PFC控制器供 電;直流母線電壓采樣電路采樣直流母線電壓并傳輸給PFC控制器;過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)輸出 電壓的過(guò)零點(diǎn)并傳輸給PFC控制器;PFC用于根據(jù)輸出電壓、電流信號(hào)和直流母線電壓信號(hào) 輸出控制波形對(duì)主控開(kāi)關(guān)管進(jìn)行控制。
[0006] 所述的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置還包括過(guò)壓保護(hù)電路;過(guò)壓保護(hù)電路輸入端連接 整流后的直流母線，輸出端連接PFC控制器的電源端，用于保護(hù)PFC控制器。
[0007] 所述的輸出電壓采樣電路、過(guò)零檢測(cè)電路均與變壓器的原邊輔助繞組連接;變壓 器的原邊輔助繞組用于反饋電源裝置的輸出電壓，并輸入所述輸出電壓采樣電路和過(guò)零檢 測(cè)電路。
[0008] 所述的輸出電壓采樣電路、過(guò)零檢測(cè)電路均與變壓器的副邊電源輸出繞組連接； 變壓器的副邊電源輸出繞組用于對(duì)外輸出電能，同時(shí)將輸出電壓通過(guò)輸出電壓采樣電路和 過(guò)零檢測(cè)電路反饋到PFC控制器。
[0009] 所述的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置還包括濾波整流電路;濾波整流電路輸入端與變 壓器的原邊輔助繞組連接，輸出端與芯片供電電路的輸出端連接;濾波整流電路用于芯片 供電電路和變壓器的原邊輔助繞組的反饋信號(hào)進(jìn)行濾波和整流。
[0010]所述的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置還包括光耦;光耦分別連接在輸出電壓采樣電路 和PFC控制器之間、輸出電流采樣電路和PFC控制器之間、直流母線電壓采樣電路和PFC控制 器之間以及過(guò)零檢測(cè)電路和PFC控制器之間，用于將采樣電路與PFC控制器進(jìn)行電氣隔離， 保證PFC控制器的安全。
[0011] 所述的主控開(kāi)關(guān)管為MOSFET、IGBT或三極管。
[0012] 所述的PFC控制器的型號(hào)為L(zhǎng)T3798。
[0013] 所述的PFC控制器控制所述的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置工作在斷續(xù)模式或臨界模 式。
[0014] 本發(fā)明提供的這種用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置，通過(guò)替換現(xiàn)有技術(shù)的電解電容，從 而保證了本發(fā)明裝置的可靠性和安全性，延長(zhǎng)了電源裝置的壽命，同時(shí)還降低了電源裝置 的成本;通過(guò)PFC控制器和過(guò)零檢測(cè)電路、直流母線電壓采樣電路根據(jù)輸出電壓波形的特性 對(duì)電源裝置進(jìn)行控制，從而提高電源裝置的功率因數(shù)，減少了電源裝置對(duì)電網(wǎng)諧波的污染。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為【背景技術(shù)】的傳統(tǒng)計(jì)量?jī)x表的開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明的一種實(shí)施例的功能模塊圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置工作在臨界連續(xù)模式時(shí)的主要波形示意 圖。
[0018] 圖4為本發(fā)明的一種實(shí)施例的輸入電流波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 如圖2所示為本發(fā)明的一種實(shí)施例的功能模塊圖：外部交流電源通過(guò)抗雷擊及EMI 前置電路后，通過(guò)整流橋電路輸出高壓直流電，CBB電容替換原有的電解電容作為濾波電容 并聯(lián)在整流橋的輸出兩端;直流母線直接連接到反激式變壓器原邊主線圈繞組N pl的異名 端，該主線圈繞組的同名端連接主控開(kāi)關(guān)管Q的漏極，主控開(kāi)關(guān)管活動(dòng)端源極與地連接，主 控開(kāi)關(guān)管的柵極（即控制端)連接PFC控制器；電流采樣電路采集反激式變壓器原邊主線圈 繞組的電流，并將電流采樣信號(hào)輸出到PFC控制器;反激式變壓器的原邊還有輔助線圈N p2， 輔助線圈的異名端接地，同名端通過(guò)輸出電壓采樣電路、過(guò)零檢測(cè)電路與PFC控制器連接； 輔助線圈N p2用于對(duì)電源裝置的輸出電能進(jìn)行反饋，同時(shí)也用于對(duì)PFC控制器進(jìn)行供電；輸出 電壓采樣電路用于采樣電源裝置的輸出電壓并將采樣信號(hào)輸入到PFC控制器;過(guò)零檢測(cè)電 路用于檢測(cè)輸出電能的過(guò)零點(diǎn)，并將過(guò)零點(diǎn)信號(hào)傳輸?shù)絇FC控制器;濾波整流電路的輸入端 與輔助繞組的同名端連接，用于將給PFC供電的電能進(jìn)行整流和濾波，并輸入到PFC控制器 的電源引腳;芯片供電電路的輸入端與直流母線連接，輸出端與PFC控制器的電源引腳連 接，用于保證PFC控制器在電源裝置初始上電時(shí)快速啟動(dòng)，以提高電源裝置的性能；過(guò)壓保 護(hù)電路連接在直流母線與PFC控制器之間，用于在直流母線電壓過(guò)高時(shí)保護(hù)PFC控制器;直 流母線電壓采樣電路用于采用直流母線的電壓，并將采樣電壓信號(hào)輸入到PFC控制器;PFC 控制器作為電源裝置的核心控制器，用于根據(jù)直流母線電壓信號(hào)、輸出電壓、電流信號(hào)和輸 出電壓信號(hào)過(guò)零點(diǎn)信息，產(chǎn)生PWM控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)主控開(kāi)關(guān)管，從而保證反激式變壓器的正常 運(yùn)行，將反激式變壓器的原邊能量傳遞到副邊;在該實(shí)施例中，反激式變壓器的副邊共有三 組繞組，分別輸出三組電源;在變壓器副邊繞組兩端分別均連接有濾波電容（圖中標(biāo)示C2、 C3和C4)，本發(fā)明中變壓器副邊繞組濾波電容采用固態(tài)電容替代【背景技術(shù)】中的電解電容;此 外，在電源裝置的輸出端，本發(fā)明采用陶瓷電容替代【背景技術(shù)】中的電解電容;采用固態(tài)電容 或陶瓷電容替代電解電容，利用了固態(tài)電容和陶瓷電容的成本低、性能好的優(yōu)點(diǎn)，保證了電 源裝置無(wú)電解電容，其能夠適應(yīng)的工作溫度更高，而且性能更加穩(wěn)定。
[0020] 此外，本發(fā)明技術(shù)中，輸出電壓采樣電路和過(guò)零檢測(cè)電路不僅可以連接到反激式 變壓器的原邊輔助繞組，同樣也可連接到反激式變壓器副邊電能輸出繞組中的任意一組 中：此時(shí)，副邊電能輸出繞組不僅對(duì)外輸出電能，也通過(guò)輸出電壓采樣電路和過(guò)零檢測(cè)電路 對(duì)PFC控制器輸出反饋信號(hào)。
[0021] 本發(fā)明技術(shù)中，還可以使用光耦;光耦作為電力電子技術(shù)中常用的電氣隔離部件， 其分別連接在輸出電壓采樣電路和PFC控制器之間、輸出電流采樣電路和PFC控制器之間、 直流母線電壓采樣電路和PFC控制器之間以及過(guò)零檢測(cè)電路和PFC控制器之間，用于將采樣 電路與PFC控制器進(jìn)行電氣隔離，保證PFC控制器的安全。
[0022]本發(fā)明中采用的主控開(kāi)關(guān)管可以采用M0SFET、IGBT或三極管等功能相同的開(kāi)關(guān) 管。
[0023] 本發(fā)明采用的PFC控制器的型號(hào)為L(zhǎng)T3798;該P(yáng)FC控制器能夠根據(jù)輸出電壓、電流 的波形和直流母線電壓波形自動(dòng)控制和調(diào)整主控開(kāi)關(guān)管的工作，從而降低直流母線上的諧 波電流和輸出電壓、輸出電流的諧波電流，從而既保證了電源裝置不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染， 也保證了輸出電能的質(zhì)量。
[0024] 如圖3所示為本發(fā)明的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置工作在臨界連續(xù)模式時(shí)的主要波 形示意圖： 在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期起始時(shí)刻，主控開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，變壓器原邊電流從零開(kāi)始線性上升，變 壓器儲(chǔ)存能量。當(dāng)主控開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，變壓器向副邊釋放能量，副邊續(xù)流二極管導(dǎo)通，變壓器 副邊電流從峰值線性下降。當(dāng)變壓器副邊電流下降到零時(shí)，過(guò)零檢測(cè)電路將檢測(cè)到過(guò)零信 號(hào)從高電平變?yōu)榈碗娖剑藭r(shí)開(kāi)始下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期。為了實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正功能，使控制環(huán) 路的帶寬小于20Hz。當(dāng)穩(wěn)定工作后，主控開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間是恒定的值。因此變壓器原邊峰 值電流的包絡(luò)為正弦波，變壓器原邊峰值電流的表達(dá)式為
式中ippw為變壓器原邊電流的峰值電流，Lm是變壓器的原邊勵(lì)磁電感量，Vm是輸入正 弦波電壓的峰值，Tcin是主控開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，ω為工頻的角頻率。
[0025] 則變壓器原邊的平均電流iPW為
式中T(t)為主控開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)周期。由于變壓器原邊平均電流是輸入電流經(jīng)過(guò)整流橋 整流后得到的，因此，輸入電流iinW可表示為
由于變換器工作在臨界連續(xù)模式，其開(kāi)關(guān)周期由原邊的主控開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間和副邊 二極管導(dǎo)通時(shí)間組成，即開(kāi)關(guān)周期T(t)為 而副邊二極管導(dǎo)通時(shí)丨
式中Vc1為輸出電壓，Np為變壓器原邊匝數(shù)，Ns為變壓器副邊匝數(shù)。
[0026] 利用以上算式可得電源裝置的輸入電流iin W為

[0027] 根據(jù)輸入電流iin W的計(jì)算結(jié)果，可以畫(huà)出輸入電流的波形如圖4所示，可以看出， 輸入電流接近正弦波，因此，本發(fā)明的電源裝置能夠保證點(diǎn)樣裝置功率因數(shù)提高，減小了電 源裝置對(duì)電網(wǎng)造成的諧波影響。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置，包括變壓器、主控開(kāi)關(guān)管、整流橋輸出濾波電容、變 壓器副邊輸出濾波電容、電源輸出濾波電容、芯片供電電路、輸出電壓米樣電路和輸出電流 采樣電路，其特征在于還包括直流母線電壓采樣電路、過(guò)零檢測(cè)電路和PFC控制器，且整流 橋輸出濾波電容采用CBB電容，變壓器副邊輸出濾波電容采用固態(tài)電容，電源輸出濾波電容 采用陶瓷電容;芯片供電電路輸入端連接整流后的高壓母線，輸出端給PFC控制器供電；直 流母線電壓采樣電路采樣直流母線電壓并傳輸給PFC控制器;過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)輸出電壓 的過(guò)零點(diǎn)并傳輸給PFC控制器;PFC用于根據(jù)輸出電壓、電流信號(hào)和直流母線電壓信號(hào)輸出 控制波形對(duì)主控開(kāi)關(guān)管進(jìn)行控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置，其特征在于還包括過(guò)壓保護(hù)電路； 過(guò)壓保護(hù)電路輸入端連接整流后的直流母線，輸出端連接PFC控制器的電源端，用于保護(hù) PFC控制器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置，其特征在于所述的輸出電壓采樣 電路、過(guò)零檢測(cè)電路均與變壓器的原邊輔助繞組連接;變壓器的原邊輔助繞組用于反饋電 源裝置的輸出電壓，并輸入所述輸出電壓采樣電路和過(guò)零檢測(cè)電路。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置，其特征在于所述的輸出電壓采樣 電路、過(guò)零檢測(cè)電路均與變壓器的副邊電源輸出繞組連接;變壓器的副邊電源輸出繞組用 于對(duì)外輸出電能，同時(shí)將輸出電壓通過(guò)輸出電壓采樣電路和過(guò)零檢測(cè)電路反饋到PFC控制 器。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置，其特征在于還包括濾波整流電路； 濾波整流電路輸入端與變壓器的原邊輔助繞組連接，輸出端與芯片供電電路的輸出端連 接;濾波整流電路用于芯片供電電路和變壓器的原邊輔助繞組的反饋信號(hào)進(jìn)行濾波和整 流。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置，其特征在于還包括光耦;光耦分別 連接在輸出電壓采樣電路和PFC控制器之間、輸出電流采樣電路和PFC控制器之間、直流母 線電壓采樣電路和PFC控制器之間以及過(guò)零檢測(cè)電路和PFC控制器之間，用于將采樣電路與 PFC控制器進(jìn)行電氣隔離，保證PFC控制器的安全。7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6之一所述的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置，其特征在于所述的主控開(kāi) 關(guān)管為MOSFET、IGBT或三極管。8. 根據(jù)權(quán)利要求1~6之一所述的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置，其特征在于所述的PFC控制 器的型號(hào)為L(zhǎng)T3798。9. 根據(jù)權(quán)利要求1~6之一所述的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置，其特征在于所述的PFC控制 器控制所述的用于計(jì)量?jī)x表的電源裝置工作在斷續(xù)模式或臨界模式。
【文檔編號(hào)】H02M1/42GK105915084SQ201610314618
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】伍俊杰, 王學(xué)信, 龍志進(jìn)
【申請(qǐng)人】威勝集團(tuán)有限公司