專利名稱：基于零線判斷開關(guān)電源三相低功耗費控智能電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相電能表技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于零線判斷開關(guān)電源的三相低功耗費控智能電能表。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的三相費控智能電能表一般采用變壓器方案供電，其隔離抗干擾效果好，穩(wěn)定可靠，但功耗較大，成本較高。隨著開關(guān)電源技術(shù)的日趨成熟，技術(shù)開發(fā)人員開始嘗試在三相費控智能電能表中使用體積小、重量輕、效率高、自身抗干擾性強的開關(guān)電源方案供電來解決變壓器供電方案中存在的問題。但一方面由于開關(guān)電源的干擾抑制能力較差，另一方面，一般的三相開關(guān)電源電能表中如果缺少零線或者錯相，電能表將不能正常工作，因此開關(guān)電源對三相費控智能電能表供電的方案還需要不斷地完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種基于零線判斷開關(guān)電源的三相低功耗費控智能電能表，其在使用開關(guān)電源供電的同時，電表的干擾抑制能力強且在缺少零線或者錯相的情況下仍然可以正常工作。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的基于零線判斷開關(guān)電源三相低功耗費控智能電能表，包括開關(guān)電源模塊、單片機中央處理單元、通信模塊和智能電能表基本功能模塊，所述開關(guān)電源模塊包括整流電路、零線檢測電路、帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路、零線判斷電路、高頻濾波抗干擾電路和開關(guān)穩(wěn)壓電源電路；所述整流電路的輸出端分別與高頻抗干擾濾波電路的輸入端和帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路的輸入端相聯(lián)，所述零線判斷電路的輸出端與帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路的輸入端相連，所述帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路的輸出端與零線檢測電路的輸入端相聯(lián)，所述零線檢測電路的輸出端與高頻濾波抗干擾電路的輸入端相聯(lián)，高頻濾波抗干擾電路的輸出端與開關(guān)穩(wěn)壓電源電路的輸入端相聯(lián)。在上述技術(shù)方案中，所述開關(guān)電源模塊中連接有開關(guān)電源保護電路。在上述技術(shù)方案中，所述開關(guān)電源保護電路包括線繞電阻R1、線繞電阻R2、線繞電阻R3、壓敏電阻觀1、壓敏電阻觀2、壓敏電阻觀3、壓敏電阻ZR4、復合熱敏電阻RT1、二極管D16和二極管D17 ；所述電阻Rl連接在所述整流電路中二極管Dl的負極和第一相線JAl 之間，電阻R2連接在所述整流電路中二極管D2的負極和第二相線JBl之間，電阻R3連接在所述整流電路中二極管D3的負極和第三相線JCl之間，壓敏電阻ZRl連接在第一相線JAl 和零線JNl之間，壓敏電阻ZR2連接在第二相線JB2和零線JNl之間，壓敏電阻ZR3連接在第三相線JCl和零線JNl之間，壓敏電阻ZR4連接在所述整流電路中二極管D5的正極和二極管D12之間，復合熱敏電阻RTl連接在D16的正極和所述整流電路中二極管D15的負極之間，二極管D16的負極和二極管D17的負極相聯(lián)并接入高頻濾波抗干擾電路的輸入端。在上述技術(shù)方案中，所述整流電路包括二極管D廣二極管D12、二極管D14和二極管D15;所述二極管Dl的負極連接所述開關(guān)電源保護電路中電阻Rl的一端，二極管D4的負極連接二極管Dl的正極，二極管D2的負極連接所述開關(guān)電源保護電路中電阻R2的一端， 二極管D6的負極連接二極管D2的正極，二極管D3的負極連接所述開關(guān)電源保護電路中電阻R3的一端，二極管D5的負極連接二極管D3的正極，二極管D4、二極管D5的正極連接二極管D6的正極，二極管D7的正極連接二極管Dl的負極，二極管DlO的正極連接二極管D7 的負極，二極管D8的正極連接二極管D2的負極，二極管Dll的正極連接二極管D8的負極， 二極管D9的正極連接二極管D3的負極，二極管D12的正極連接二極管D9的負極，二極管 D10、二極管D11、二極管DlO的負極經(jīng)所述開關(guān)電源保護電路中壓敏電阻ZR4連接到二極管 D6的正極，二極管D14的正極連接零線JNl，二極管D14的負極與二極管D15的正極相連。在上述技術(shù)方案中，所述零線檢測電路包括穩(wěn)壓二極管DZl、電阻RlO、電阻Rl 1和光電耦合器OPl ；所述穩(wěn)壓二極管DZl的負極連接到所述帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路中場效應(yīng)管Ql的源級，穩(wěn)壓二極管DZl的正極經(jīng)開關(guān)電源保護電路中的二極管D17與高頻濾波抗干擾電路相聯(lián)，電阻Rll并聯(lián)在光電耦合器OPl的輸入端，光電耦合器OPl的輸入端通過電阻R10、電阻Rll接入穩(wěn)壓二極管DZl的兩端，光電耦合器OPl的輸出端JI的輸出信號連接到單片機中央處理單元。在上述技術(shù)方案中，所述帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路包括電阻R4 電阻R9、場效應(yīng)管Q1、電容C9和瞬態(tài)抑制器Z2 ；所述場效應(yīng)管Ql的柵極經(jīng)由串聯(lián)的電阻R5 電阻R9連接到所述整流電路，場效應(yīng)管Ql的漏極經(jīng)由電阻R4連接到所述整流電路，場效應(yīng)管Ql的源級和柵極之間連接瞬態(tài)抑制器Z2，電容C9并聯(lián)在瞬態(tài)抑制器Z2的兩端，場效應(yīng)管Ql的源級與穩(wěn)壓二極管DZl的負極相聯(lián)。在上述技術(shù)方案中，所述零線判斷電路包括二極管D13、電阻R12 電阻R15、電容 C5、場效應(yīng)管Q2、瞬態(tài)抑制器Zl ；所述場效應(yīng)管Q2的柵極經(jīng)由串聯(lián)的電阻R14、電阻R13、電阻R12、二極管D13連接到零線JN1，場效應(yīng)管Q2源級和柵極之間連接電容C5，電阻R15并聯(lián)在電容C5的兩端，場效應(yīng)管Q2的源級和漏極之間連接瞬態(tài)抑制器Z1，場效應(yīng)管Q2源級連接整流電路，場效應(yīng)管Q2的漏極連接帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路。在上述技術(shù)方案中，所述場效應(yīng)管Ql和場效應(yīng)管Q2優(yōu)選MOS場效應(yīng)管。本發(fā)明通過在三相費控智能電能表中設(shè)置開關(guān)電源模塊，使其功耗比普通三相電能表降低60% 70%，大大節(jié)約了能源，符合電能表節(jié)能降耗的發(fā)展趨勢；且通過在開關(guān)電源模塊中設(shè)置零線判斷電路和帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路，使得三相費控智能電能表在缺少零線的情況也能正常工作，同時，由于在錯相的時候復合熱敏電阻的作用保護開關(guān)電源不受損壞，增強了基于零線判斷開關(guān)電源三相低功耗費控智能電能表的實用性和可靠性。 本發(fā)明還具有抑制傳導干擾能力強、可靠性高、電源效率高、功耗低等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明基于零線判斷開關(guān)電源的三相低功耗費控智能電能表的電路框圖。圖2為本發(fā)明實施例中開關(guān)電源模塊的電路原理圖。圖3為本發(fā)明實施例中開關(guān)電源模塊的電路連接圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
如圖1所示，本發(fā)明基于零線判斷開關(guān)電源的三相低功耗費控智能電能表，包括開關(guān)電源模塊、單片機中央處理單元、通信模塊和智能電能表基本功能模塊。開關(guān)電源模塊分別為單片機中央處理單元、通信模塊和智能電能表基本功能模塊供電，單片機中央處理單元與通信模塊和智能電能表基本功能模塊相聯(lián)。如圖2所示，所述開關(guān)電源模塊包括整流電路、零線檢測電路、帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路、零線判斷電路、高頻濾波抗干擾電路和開關(guān)穩(wěn)壓電源電路；所述整流電路的輸出端分別與高頻抗干擾濾波電路的輸入端和帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路的輸入端相聯(lián)，所述零線判斷電路的輸出端與帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路的輸入端相連，所述帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路的輸出端與零線檢測電路的輸入端相聯(lián)，所述零線檢測電路的輸出端與高頻濾波抗干擾電路的輸入端相聯(lián)，高頻濾波抗干擾電路的輸出端與開關(guān)穩(wěn)壓電源電路的輸入端相聯(lián)。所述零線檢測電路用于將零線是否缺失的信號傳遞給單片機，并給出缺失零線的提示。零線判斷電路用于控制帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路與高頻濾波抗干擾電路之間的通斷。上述開關(guān)電源模塊中還連接有開關(guān)電源保護電路用來防止雷擊浪涌等沖擊。下面詳述開關(guān)電源模塊的電路連接關(guān)系
上述開關(guān)電源保護電路包括線繞電阻R1、線繞電阻R2、線繞電阻R3、壓敏電阻、壓敏電阻觀2、壓敏電阻觀3、壓敏電阻ZR4、復合熱敏電阻RT1、二極管D16和二極管D17。其中，電阻Rl連接在所述整流電路中二極管Dl的負極和第一相線JAl之間，電阻R2連接在所述整流電路中二極管D2的負極和第二相線JBl之間，電阻R3連接在所述整流電路中二極管D3的負極和第三相線JCl之間，壓敏電阻ZRl連接在第一相線JAl和零線JNl之間， 壓敏電阻ZR2連接在第二相線JB2和零線JNl之間，壓敏電阻ZR3連接在第三相線JCl和零線JNl之間，壓敏電阻ZR4連接在所述整流電路中二極管D5的正極和二極管D12之間， 復合熱敏電阻RTl連接在D16的正極和所述整流電路中二極管D15的負極之間，二極管D17 的正極連接零線檢測電路，二極管D16的負極與二極管D17的負極相連后接入高頻濾波抗干擾電路的輸入端。開關(guān)電源保護電路用來防止上下電時產(chǎn)生的電壓突變和雷擊浪涌等沖擊。二極管D16和二極管D17可防止電壓反向時對前極元件造成損壞。上述整流電路包括二極管D廣二極管D12、二極管D14和二極管D15。其中，二極管Dl的負極連接所述開關(guān)電源保護電路中電阻Rl的一端，二極管D4的負極連接二極管Dl 的正極，二極管D2的負極連接所述開關(guān)電源保護電路中電阻R2的一端，二極管D6的負極連接二極管D2的正極，二極管D3的負極連接所述開關(guān)電源保護電路中電阻R3的一端，二極管D5的負極連接二極管D3的正極，二極管D4、二極管D5的正極連接二極管D6的正極； 二極管D7的正極連接二極管Dl的負極，二極管DlO的正極連接二極管D7的負極，二極管 D8的正極連接二極管D2的負極，二極管Dll的正極連接二極管D8的負極，二極管D9的正極連接二極管D3的負極，二極管D12的正極連接二極管D9的負極，二極管D10、二極管D11、 二極管DlO的負極經(jīng)所述開關(guān)電源保護電路中壓敏電阻ZR4連接到二極管D6的正極，二極管D14的正極連接零線JNl，二極管D14的負極與二極管D15的正極相連，二極管D15的負極連接高頻濾波抗干擾電路。在有零線時，二極管D14 二極管D15與二極管D廣二極管D6 組成半橋整流電路；缺零線時，二極管D廣二極管D12組成全橋整流電路。上述零線檢測電路包括穩(wěn)壓二極管DZl、電阻R10、電阻Rll和光電耦合器OPl。其中，所述穩(wěn)壓二極管DZl的負極連接到所述帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路中場效應(yīng)管Ql的源級，穩(wěn)壓二極管DZl的正極經(jīng)開關(guān)電源保護電路中的二極管D17與高頻濾波抗干擾電路相聯(lián)，電阻Rll并聯(lián)在光電耦合器OPl的輸入端，光電耦合器OPl的輸入端通過電阻R10、電阻 Rll接入穩(wěn)壓二極管DZl的兩端，光電耦合器OPl的輸出端JI的輸出信號連接到單片機中央處理單元。上述帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路包括電阻R4 電阻R9、場效應(yīng)管Q1、電容C9和瞬態(tài)抑制器Z2。其中，場效應(yīng)管Q2的漏極經(jīng)由串聯(lián)的電阻R5 電阻R9連接到所述整流電路，場效應(yīng)管Ql的漏極經(jīng)由電阻R4連接到所述整流電路，場效應(yīng)管Ql的源級和柵極之間連接瞬態(tài)抑制器Z2，電容C9并聯(lián)在瞬態(tài)抑制器Z2的兩端，場效應(yīng)管Ql的源級與穩(wěn)壓二極管DZl的負極相聯(lián)。上述零線判斷電路包括二極管D13、電阻R12 電阻R15、電容C5、場效應(yīng)管Q2、瞬態(tài)抑制器Zl。其中，場效應(yīng)管Q2的柵極經(jīng)由電阻R14、電阻R13、電阻R12、二極管D13連接到零線JN1，場效應(yīng)管Q2源級和柵極之間連接電容C5，電阻R15并聯(lián)在電容C5的兩端，場效應(yīng)管Q2的源級和漏極之間連接瞬態(tài)抑制器Z1，場效應(yīng)管Q2源級連接整流電路，場效應(yīng)管Q2的漏極連接帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路。瞬態(tài)抑制器Zl在有零線的情況下不工作， 在沒有零線的情況下主要起到限壓的作用。上述場效應(yīng)管Ql和場效應(yīng)管Q2優(yōu)選MOS場效應(yīng)管。本實施例開關(guān)電源模塊的缺零線判斷工作原理為當零線JNl接入正常時，零線判斷電路中的場效應(yīng)管Q2導通，場效應(yīng)管Q2的漏極輸出低電壓，該低電壓接入場效應(yīng)管 Ql的柵極使得場效應(yīng)管Ql截止，穩(wěn)壓電路部分不工作，各個相線分別與零線JNl形成半橋整流電路，為用電設(shè)備供電，因采用半橋整流電路，輸出電壓較低，不需要再另外使用降壓電路降壓，減少了電路中不必要的電能損耗，大大提高了電源的利用率。當零線缺失時，零線判斷電路中的Q2截止，相線的電壓接入穩(wěn)壓電路中的場效應(yīng)管Ql的柵極，使得場效應(yīng)管 Ql導通，各個相線之間形成電壓較高的全橋整流電路，此時場效應(yīng)管Ql工作在導通狀態(tài)， 源極電壓隨柵極電壓增大而增大，同時，當柵極電壓增高到一定值時，瞬態(tài)抑制器Zl將電壓鉗制在一個固定值，保證場效應(yīng)管Ql輸出電壓不會過高而損壞后極元件，這時場效應(yīng)管 Ql工作在線性狀態(tài)，超過固定值的電壓主要加在場效應(yīng)管Ql上，場效應(yīng)管Ql起到降壓作用，使輸出電壓穩(wěn)定的為用電設(shè)備供電，保證其正常工作。此時零線檢測電路中的光電耦合器OPl在缺失零線的情況下輸出信號給單片機，單片機可通過指示燈或顯示提示用戶此時零線缺失。電源經(jīng)零線判斷電路和帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路后，接入高頻濾波抗干擾電路，高頻濾波抗干擾電路能有效抑制傳導干擾，保證開關(guān)電源的穩(wěn)定性。最后經(jīng)過開關(guān)穩(wěn)壓電源電路，得到用電設(shè)備各部分所需的電源。當各相線與零線發(fā)生錯相時，所增加的電壓大部分由復合熱敏RTl所消耗，保護開關(guān)電源不因電壓過高而損壞。
權(quán)利要求
1.基于零線判斷開關(guān)電源三相低功耗費控智能電能表，包括開關(guān)電源模塊、單片機中央處理單元、通信模塊和智能電能表基本功能模塊，其特征是所述開關(guān)電源模塊包括整流電路、零線檢測電路、帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路、零線判斷電路、高頻濾波抗干擾電路和開關(guān)穩(wěn)壓電源電路；所述整流電路的輸出端分別與高頻抗干擾濾波電路的輸入端和帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路的輸入端相聯(lián)，所述零線判斷電路的輸出端與帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路的輸入端相連，所述帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路的輸出端與零線檢測電路的輸入端相聯(lián)，所述零線檢測電路的輸出端與高頻濾波抗干擾電路的輸入端相聯(lián)，高頻濾波抗干擾電路的輸出端與開關(guān)穩(wěn)壓電源電路的輸入端相聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零線判斷開關(guān)電源三相低功耗費控智能電能表，其特征是所述開關(guān)電源模塊中連接有開關(guān)電源保護電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于零線判斷開關(guān)電源三相低功耗費控智能電能表，其特征是所述開關(guān)電源保護電路包括線繞電阻R1、線繞電阻R2、線繞電阻R3、壓敏電阻觀1、壓敏電阻觀2、壓敏電阻觀3、壓敏電阻ZR4、復合熱敏電阻RT1、二極管D16和二極管D17 ；所述電阻Rl連接在所述整流電路中二極管Dl的負極和第一相線JAl之間，電阻R2連接在所述整流電路中二極管D2的負極和第二相線JBl之間，電阻R3連接在所述整流電路中二極管D3 的負極和第三相線JCl之間，壓敏電阻ZRl連接在第一相線JAl和零線JNl之間，壓敏電阻 ZR2連接在第二相線JB2和零線JNl之間，壓敏電阻ZR3連接在第三相線JCl和零線JNl之間，壓敏電阻ZR4連接在所述整流電路中二極管D5的正極和二極管D12之間，復合熱敏電阻RTl連接在D16的正極和所述整流電路中二極管D15的負極之間，二極管D16的負極和二極管D17的負極相聯(lián)并接入高頻濾波抗干擾電路的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于零線判斷開關(guān)電源三相低功耗費控智能電能表，其特征是所述整流電路包括二極管D廣二極管D12、二極管D14和二極管D15 ；所述二極管Dl的負極連接所述開關(guān)電源保護電路中電阻Rl的一端，二極管D4的負極連接二極管Dl的正極，二極管D2的負極連接所述開關(guān)電源保護電路中電阻R2的一端，二極管D6的負極連接二極管D2的正極，二極管D3的負極連接所述開關(guān)電源保護電路中電阻R3的一端，二極管 D5的負極連接二極管D3的正極，二極管D4、二極管D5的正極連接二極管D6的正極，二極管D7的正極連接二極管Dl的負極，二極管DlO的正極連接二極管D7的負極，二極管D8的正極連接二極管D2的負極，二極管Dll的正極連接二極管D8的負極，二極管D9的正極連接二極管D3的負極，二極管D12的正極連接二極管D9的負極，二極管D10、二極管D11、二極管DlO的負極經(jīng)所述開關(guān)電源保護電路中壓敏電阻ZR4連接到二極管D6的正極，二極管 D14的正極連接零線JNl，二極管D14的負極與二極管D15的正極相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于零線判斷開關(guān)電源三相低功耗費控智能電能表，其特征是所述零線檢測電路包括穩(wěn)壓二極管DZ1、電阻R10、電阻Rll和光電耦合器OPl ；所述穩(wěn)壓二極管DZl的負極連接到所述帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路中場效應(yīng)管Ql的源級，穩(wěn)壓二極管DZl的正極經(jīng)開關(guān)電源保護電路中的二極管D17與高頻濾波抗干擾電路相聯(lián)，電阻 Rll并聯(lián)在光電耦合器OPl的輸入端，光電耦合器OPl的輸入端通過電阻R10、電阻Rll接入穩(wěn)壓二極管DZl的兩端，光電耦合器OPl的輸出端JI的輸出信號連接到單片機中央處理單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于零線判斷開關(guān)電源三相低功耗費控智能電能表，其特征是所述帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路包括電阻R4 電阻R9、場效應(yīng)管Q1、電容C9和瞬態(tài)抑制器Z2 ；所述場效應(yīng)管Ql的柵極經(jīng)由串聯(lián)的電阻R5 電阻R9連接到所述整流電路，場效應(yīng)管Ql的漏極經(jīng)由電阻R4連接到所述整流電路，場效應(yīng)管Ql的源級和柵極之間連接瞬態(tài)抑制器Z2，電容C9并聯(lián)在瞬態(tài)抑制器Z2的兩端，場效應(yīng)管Ql的源級與穩(wěn)壓二極管DZl的負極相聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于零線判斷開關(guān)電源三相低功耗費控智能電能表，其特征是所述零線判斷電路包括二極管D13、電阻R12 電阻R15、電容C5、場效應(yīng)管Q2、瞬態(tài)抑制器Zl ；所述場效應(yīng)管Q2的柵極經(jīng)由串聯(lián)的電阻R14、電阻R13、電阻R12、二極管D13連接到零線JN1，場效應(yīng)管Q2源級和柵極之間連接電容C5，電阻R15并聯(lián)在電容C5的兩端，場效應(yīng)管Q2的源級和漏極之間連接瞬態(tài)抑制器Z1，場效應(yīng)管Q2源級連接整流電路，場效應(yīng)管 Q2的漏極連接帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三相電能表技術(shù)領(lǐng)域，提供一種基于零線判斷開關(guān)電源的三相低功耗費控智能電能表，包括開關(guān)電源模塊，所述開關(guān)電源模塊包括整流電路、零線檢測電路、帶線路選通功能的穩(wěn)壓電路、零線判斷電路、高頻濾波抗干擾電路和開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。本發(fā)明在使用開關(guān)電源供電的同時，電表的干擾抑制能力強且在缺少零線或者錯相的情況下仍然可以正常工作。
文檔編號H02H7/10GK102175914SQ201110026409
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者李中澤 申請人:武漢盛帆電子股份有限公司