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        一種針對于電表計量芯片的低電流供電方法

        2014-07-21 17:58:46李曉光
        科技創(chuàng)新與應用 2014年23期
        關鍵詞:智能電表方法

        摘 要:文章介紹了一種基于電容耦合的改進型電源方案,主要應用于低成本的單相智能電表中。這種方法無需使用傳統(tǒng)的變壓器和高耐壓的電容,通常在200nF~680nF范圍內產(chǎn)生的電壓降。這種方法簡單、經(jīng)濟,雖然由于其小負載電流的特性導致效率不高,但是很適用于低電流的智能電表芯片應用環(huán)境。

        關鍵詞:智能電表;低電流供電;方法

        傳統(tǒng)的電表計量芯片供電一般使用橋式整流電路,將220V交流電轉換為12~15V直流電壓,然后提供給諸如LM78XX系列電源芯片,為后端的IC及相關數(shù)字電路供電。其原理圖如圖1所示,其中圖(a)、(b)、(c)是它的三種不同畫法。

        圖1

        橋式整流電路是由電源變壓器、四只整流二極管D1~4和負載電阻RL組成。四只整流二極管接成電橋形式,故稱橋式整流。

        橋式整流電路的工作原理如圖2所示。在u2的正半周,D1、D3導通,D2、D4截止,電流由TR次級上端經(jīng)D1→RL→D3回到TR次級下端,在負載RL上得到一半波整流電壓。

        圖2

        在u2的負半周,D1、D3截止,D2、D4導通,電流由Tr次級的下端經(jīng)D2→RL→D4回到Tr次級上端,在負載RL上得到另一半波整流電壓。這樣就在負載RL上得到一個與全波整流相同的電壓波形,其電流的計算與全波整流相同,即

        UL=0.9U2

        IL=■

        而流過每個二極管的平均電流為ID=■=0.45■

        每個二極管所承受的最高反向電壓為URM=■×U2(全波整流的一半)

        上述方法用于電源測量IC供電時,成本較高,漏電流較大。下面介紹一款基于電容耦合原理的改進型供電電路。

        本電路在正反兩半波的AC輸入都可工作,這區(qū)別于傳統(tǒng)的半波整流,可以為交流電源提供一個平衡的負載。其低電流電源的工作原理是,使用相同的電流對幾個電容器同時充電,從而獲得更高的能量儲存效率。對相同的負載只需要較低的輸入電流,這樣可以降低輸入電容的容值,進而降低成本。并且這個電路還可以根據(jù)負載的情況對電路進行“模塊化”的增減,通過并聯(lián)更多的電容,可以在輸入同樣電流的條件下實現(xiàn)更多的能量輸出。

        電路原理圖見圖3。

        圖3

        工作過程:該電路的工作過程涉及到兩個不同的機制:在充電周期,各個小電容器處于充電狀態(tài);在放電周期,先前充電的電容再將電量充至大容量電容C3。

        正充電周期:當零線電壓高于火線時,C2充電(通過D1和D2)。

        負充電周期:當零線電壓高于火線時,C3以及和其串聯(lián)的C6和C5充電(經(jīng)D4,D7,和D8),實現(xiàn)了用相同的電流給所有電容器充電的優(yōu)勢。

        正放電循環(huán):C6和C5并聯(lián)放電到C3(通過Q2和Q3)。

        負放電循環(huán):C2放電到C3(通過Q1和D3)。

        下面是針對這款電路的實際測試結果:

        針對不同交流頻率的工作穩(wěn)定性:表1給出了在不同交流電頻率下,該電路的工作狀態(tài)。如表2所示:即使是在最低輸入頻率的條件下,該電路都可以在0.5秒后的實現(xiàn)電壓穩(wěn)定。

        表1 低電流電源的頻率特性

        針對不同交流輸入電壓的工作穩(wěn)定性:表2給出了該電路在50Hz不同交流電壓條件下的工作狀態(tài)(負載電流8mA)。

        表2 低電流電源的電壓特性

        大負載條件下的工作穩(wěn)定性:表3將負載電流提升至20mA(極限狀態(tài)),輸入240V、50Hz條件下的工作狀態(tài)

        表3 低電流電源的負載特性

        如果提高輸入電容C1的容值,則可以提供更大的負載電流,表4給出了C1=470nF時電路的工作狀態(tài)。

        結束語

        相比于傳統(tǒng)的交流橋式整流電路,文章介紹的基于電容耦合原理的改進型供電方案,成本更低、體積更小、器件可靠性更高,更符合低成本單相智能電表的應用環(huán)境。

        參考文獻

        [1]尤利平.淺析高能效智能電表電源管理和省電方式[Z].電源技術應用[Z].2012-11-15.

        [2]邵氡海.基于IEC62056的三相智能電表設計與實現(xiàn)[D].湖南大學,2012.

        [3]張學軼.小電流互感器專用電源的研制[M].山西機械,2000.

        作者簡介:李曉光(1980,12-),工程師,民族:漢,主要從事有線電視、移動通訊等方面的技術規(guī)劃和技術實現(xiàn)。

        摘 要:文章介紹了一種基于電容耦合的改進型電源方案,主要應用于低成本的單相智能電表中。這種方法無需使用傳統(tǒng)的變壓器和高耐壓的電容,通常在200nF~680nF范圍內產(chǎn)生的電壓降。這種方法簡單、經(jīng)濟,雖然由于其小負載電流的特性導致效率不高,但是很適用于低電流的智能電表芯片應用環(huán)境。

        關鍵詞:智能電表;低電流供電;方法

        傳統(tǒng)的電表計量芯片供電一般使用橋式整流電路,將220V交流電轉換為12~15V直流電壓,然后提供給諸如LM78XX系列電源芯片,為后端的IC及相關數(shù)字電路供電。其原理圖如圖1所示,其中圖(a)、(b)、(c)是它的三種不同畫法。

        圖1

        橋式整流電路是由電源變壓器、四只整流二極管D1~4和負載電阻RL組成。四只整流二極管接成電橋形式,故稱橋式整流。

        橋式整流電路的工作原理如圖2所示。在u2的正半周,D1、D3導通,D2、D4截止,電流由TR次級上端經(jīng)D1→RL→D3回到TR次級下端,在負載RL上得到一半波整流電壓。

        圖2

        在u2的負半周,D1、D3截止,D2、D4導通,電流由Tr次級的下端經(jīng)D2→RL→D4回到Tr次級上端,在負載RL上得到另一半波整流電壓。這樣就在負載RL上得到一個與全波整流相同的電壓波形,其電流的計算與全波整流相同,即

        UL=0.9U2

        IL=■

        而流過每個二極管的平均電流為ID=■=0.45■

        每個二極管所承受的最高反向電壓為URM=■×U2(全波整流的一半)

        上述方法用于電源測量IC供電時,成本較高,漏電流較大。下面介紹一款基于電容耦合原理的改進型供電電路。

        本電路在正反兩半波的AC輸入都可工作,這區(qū)別于傳統(tǒng)的半波整流,可以為交流電源提供一個平衡的負載。其低電流電源的工作原理是,使用相同的電流對幾個電容器同時充電,從而獲得更高的能量儲存效率。對相同的負載只需要較低的輸入電流,這樣可以降低輸入電容的容值,進而降低成本。并且這個電路還可以根據(jù)負載的情況對電路進行“模塊化”的增減,通過并聯(lián)更多的電容,可以在輸入同樣電流的條件下實現(xiàn)更多的能量輸出。

        電路原理圖見圖3。

        圖3

        工作過程:該電路的工作過程涉及到兩個不同的機制:在充電周期,各個小電容器處于充電狀態(tài);在放電周期,先前充電的電容再將電量充至大容量電容C3。

        正充電周期:當零線電壓高于火線時,C2充電(通過D1和D2)。

        負充電周期:當零線電壓高于火線時,C3以及和其串聯(lián)的C6和C5充電(經(jīng)D4,D7,和D8),實現(xiàn)了用相同的電流給所有電容器充電的優(yōu)勢。

        正放電循環(huán):C6和C5并聯(lián)放電到C3(通過Q2和Q3)。

        負放電循環(huán):C2放電到C3(通過Q1和D3)。

        下面是針對這款電路的實際測試結果:

        針對不同交流頻率的工作穩(wěn)定性:表1給出了在不同交流電頻率下,該電路的工作狀態(tài)。如表2所示:即使是在最低輸入頻率的條件下,該電路都可以在0.5秒后的實現(xiàn)電壓穩(wěn)定。

        表1 低電流電源的頻率特性

        針對不同交流輸入電壓的工作穩(wěn)定性:表2給出了該電路在50Hz不同交流電壓條件下的工作狀態(tài)(負載電流8mA)。

        表2 低電流電源的電壓特性

        大負載條件下的工作穩(wěn)定性:表3將負載電流提升至20mA(極限狀態(tài)),輸入240V、50Hz條件下的工作狀態(tài)

        表3 低電流電源的負載特性

        如果提高輸入電容C1的容值,則可以提供更大的負載電流,表4給出了C1=470nF時電路的工作狀態(tài)。

        結束語

        相比于傳統(tǒng)的交流橋式整流電路,文章介紹的基于電容耦合原理的改進型供電方案,成本更低、體積更小、器件可靠性更高,更符合低成本單相智能電表的應用環(huán)境。

        參考文獻

        [1]尤利平.淺析高能效智能電表電源管理和省電方式[Z].電源技術應用[Z].2012-11-15.

        [2]邵氡海.基于IEC62056的三相智能電表設計與實現(xiàn)[D].湖南大學,2012.

        [3]張學軼.小電流互感器專用電源的研制[M].山西機械,2000.

        作者簡介:李曉光(1980,12-),工程師,民族:漢,主要從事有線電視、移動通訊等方面的技術規(guī)劃和技術實現(xiàn)。

        摘 要:文章介紹了一種基于電容耦合的改進型電源方案,主要應用于低成本的單相智能電表中。這種方法無需使用傳統(tǒng)的變壓器和高耐壓的電容,通常在200nF~680nF范圍內產(chǎn)生的電壓降。這種方法簡單、經(jīng)濟,雖然由于其小負載電流的特性導致效率不高,但是很適用于低電流的智能電表芯片應用環(huán)境。

        關鍵詞:智能電表;低電流供電;方法

        傳統(tǒng)的電表計量芯片供電一般使用橋式整流電路,將220V交流電轉換為12~15V直流電壓,然后提供給諸如LM78XX系列電源芯片,為后端的IC及相關數(shù)字電路供電。其原理圖如圖1所示,其中圖(a)、(b)、(c)是它的三種不同畫法。

        圖1

        橋式整流電路是由電源變壓器、四只整流二極管D1~4和負載電阻RL組成。四只整流二極管接成電橋形式,故稱橋式整流。

        橋式整流電路的工作原理如圖2所示。在u2的正半周,D1、D3導通,D2、D4截止,電流由TR次級上端經(jīng)D1→RL→D3回到TR次級下端,在負載RL上得到一半波整流電壓。

        圖2

        在u2的負半周,D1、D3截止,D2、D4導通,電流由Tr次級的下端經(jīng)D2→RL→D4回到Tr次級上端,在負載RL上得到另一半波整流電壓。這樣就在負載RL上得到一個與全波整流相同的電壓波形,其電流的計算與全波整流相同,即

        UL=0.9U2

        IL=■

        而流過每個二極管的平均電流為ID=■=0.45■

        每個二極管所承受的最高反向電壓為URM=■×U2(全波整流的一半)

        上述方法用于電源測量IC供電時,成本較高,漏電流較大。下面介紹一款基于電容耦合原理的改進型供電電路。

        本電路在正反兩半波的AC輸入都可工作,這區(qū)別于傳統(tǒng)的半波整流,可以為交流電源提供一個平衡的負載。其低電流電源的工作原理是,使用相同的電流對幾個電容器同時充電,從而獲得更高的能量儲存效率。對相同的負載只需要較低的輸入電流,這樣可以降低輸入電容的容值,進而降低成本。并且這個電路還可以根據(jù)負載的情況對電路進行“模塊化”的增減,通過并聯(lián)更多的電容,可以在輸入同樣電流的條件下實現(xiàn)更多的能量輸出。

        電路原理圖見圖3。

        圖3

        工作過程:該電路的工作過程涉及到兩個不同的機制:在充電周期,各個小電容器處于充電狀態(tài);在放電周期,先前充電的電容再將電量充至大容量電容C3。

        正充電周期:當零線電壓高于火線時,C2充電(通過D1和D2)。

        負充電周期:當零線電壓高于火線時,C3以及和其串聯(lián)的C6和C5充電(經(jīng)D4,D7,和D8),實現(xiàn)了用相同的電流給所有電容器充電的優(yōu)勢。

        正放電循環(huán):C6和C5并聯(lián)放電到C3(通過Q2和Q3)。

        負放電循環(huán):C2放電到C3(通過Q1和D3)。

        下面是針對這款電路的實際測試結果:

        針對不同交流頻率的工作穩(wěn)定性:表1給出了在不同交流電頻率下,該電路的工作狀態(tài)。如表2所示:即使是在最低輸入頻率的條件下,該電路都可以在0.5秒后的實現(xiàn)電壓穩(wěn)定。

        表1 低電流電源的頻率特性

        針對不同交流輸入電壓的工作穩(wěn)定性:表2給出了該電路在50Hz不同交流電壓條件下的工作狀態(tài)(負載電流8mA)。

        表2 低電流電源的電壓特性

        大負載條件下的工作穩(wěn)定性:表3將負載電流提升至20mA(極限狀態(tài)),輸入240V、50Hz條件下的工作狀態(tài)

        表3 低電流電源的負載特性

        如果提高輸入電容C1的容值,則可以提供更大的負載電流,表4給出了C1=470nF時電路的工作狀態(tài)。

        結束語

        相比于傳統(tǒng)的交流橋式整流電路,文章介紹的基于電容耦合原理的改進型供電方案,成本更低、體積更小、器件可靠性更高,更符合低成本單相智能電表的應用環(huán)境。

        參考文獻

        [1]尤利平.淺析高能效智能電表電源管理和省電方式[Z].電源技術應用[Z].2012-11-15.

        [2]邵氡海.基于IEC62056的三相智能電表設計與實現(xiàn)[D].湖南大學,2012.

        [3]張學軼.小電流互感器專用電源的研制[M].山西機械,2000.

        作者簡介:李曉光(1980,12-),工程師,民族:漢,主要從事有線電視、移動通訊等方面的技術規(guī)劃和技術實現(xiàn)。

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