一種針對(duì)于電表計(jì)量芯片的低電流供電方法

摘 要：文章介紹了一種基于電容耦合的改進(jìn)型電源方案，主要應(yīng)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(nèi)產(chǎn)生的電壓降。這種方法簡單、經(jīng)濟(jì)，雖然由于其小負(fù)載電流的特性導(dǎo)致效率不高，但是很適用于低電流的智能電表芯片應(yīng)用環(huán)境。

關(guān)鍵詞：智能電表；低電流供電；方法

傳統(tǒng)的電表計(jì)量芯片供電一般使用橋式整流電路，將220V交流電轉(zhuǎn)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(guān)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(fù)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(dǎo)通，D2、D4截止，電流由TR次級(jí)上端經(jīng)D1→RL→D3回到TR次級(jí)下端，在負(fù)載RL上得到一半波整流電壓。

圖2

在u2的負(fù)半周，D1、D3截止，D2、D4導(dǎo)通，電流由Tr次級(jí)的下端經(jīng)D2→RL→D4回到Tr次級(jí)上端，在負(fù)載RL上得到另一半波整流電壓。這樣就在負(fù)載RL上得到一個(gè)與全波整流相同的電壓波形，其電流的計(jì)算與全波整流相同，即

UL=0.9U2

IL=■

而流過每個(gè)二極管的平均電流為ID=■=0.45■

每個(gè)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(shí)，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(jìn)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(gè)平衡的負(fù)載。其低電流電源的工作原理是，使用相同的電流對(duì)幾個(gè)電容器同時(shí)充電，從而獲得更高的能量儲(chǔ)存效率。對(duì)相同的負(fù)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(jìn)而降低成本。并且這個(gè)電路還可以根據(jù)負(fù)載的情況對(duì)電路進(jìn)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(shí)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(gè)不同的機(jī)制：在充電周期，各個(gè)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(dāng)零線電壓高于火線時(shí)，C2充電（通過D1和D2）。

負(fù)充電周期：當(dāng)零線電壓高于火線時(shí)，C3以及和其串聯(lián)的C6和C5充電（經(jīng)D4，D7，和D8），實(shí)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(fù)放電循環(huán)：C2放電到C3（通過Q1和D3）。

下面是針對(duì)這款電路的實(shí)際測試結(jié)果：

針對(duì)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(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定。

表1 低電流電源的頻率特性

針對(duì)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(fù)載電流8mA）。

表2 低電流電源的電壓特性

大負(fù)載條件下的工作穩(wěn)定性：表3將負(fù)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(fù)載特性

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

結(jié)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(jìn)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(yīng)用環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[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(shù)應(yīng)用[Z].2012-11-15.

[2]邵氡海.基于IEC62056的三相智能電表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].湖南大學(xué)，2012.

[3]張學(xué)軼.小電流互感器專用電源的研制[M].山西機(jī)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(dòng)通訊等方面的技術(shù)規(guī)劃和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

摘 要：文章介紹了一種基于電容耦合的改進(jìn)型電源方案，主要應(yīng)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(nèi)產(chǎn)生的電壓降。這種方法簡單、經(jīng)濟(jì)，雖然由于其小負(fù)載電流的特性導(dǎo)致效率不高，但是很適用于低電流的智能電表芯片應(yīng)用環(huán)境。

關(guān)鍵詞：智能電表；低電流供電；方法

傳統(tǒng)的電表計(jì)量芯片供電一般使用橋式整流電路，將220V交流電轉(zhuǎn)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(guān)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(fù)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(dǎo)通，D2、D4截止，電流由TR次級(jí)上端經(jīng)D1→RL→D3回到TR次級(jí)下端，在負(fù)載RL上得到一半波整流電壓。

圖2

在u2的負(fù)半周，D1、D3截止，D2、D4導(dǎo)通，電流由Tr次級(jí)的下端經(jīng)D2→RL→D4回到Tr次級(jí)上端，在負(fù)載RL上得到另一半波整流電壓。這樣就在負(fù)載RL上得到一個(gè)與全波整流相同的電壓波形，其電流的計(jì)算與全波整流相同，即

UL=0.9U2

IL=■

而流過每個(gè)二極管的平均電流為ID=■=0.45■

每個(gè)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(shí)，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(jìn)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(gè)平衡的負(fù)載。其低電流電源的工作原理是，使用相同的電流對(duì)幾個(gè)電容器同時(shí)充電，從而獲得更高的能量儲(chǔ)存效率。對(duì)相同的負(fù)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(jìn)而降低成本。并且這個(gè)電路還可以根據(jù)負(fù)載的情況對(duì)電路進(jìn)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(shí)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(gè)不同的機(jī)制：在充電周期，各個(gè)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(dāng)零線電壓高于火線時(shí)，C2充電（通過D1和D2）。

負(fù)充電周期：當(dāng)零線電壓高于火線時(shí)，C3以及和其串聯(lián)的C6和C5充電（經(jīng)D4，D7，和D8），實(shí)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(fù)放電循環(huán)：C2放電到C3（通過Q1和D3）。

下面是針對(duì)這款電路的實(shí)際測試結(jié)果：

針對(duì)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(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定。

表1 低電流電源的頻率特性

針對(duì)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(fù)載電流8mA）。

表2 低電流電源的電壓特性

大負(fù)載條件下的工作穩(wěn)定性：表3將負(fù)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(fù)載特性

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

結(jié)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(jìn)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(yīng)用環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[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(shù)應(yīng)用[Z].2012-11-15.

[2]邵氡海.基于IEC62056的三相智能電表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].湖南大學(xué)，2012.

[3]張學(xué)軼.小電流互感器專用電源的研制[M].山西機(jī)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(dòng)通訊等方面的技術(shù)規(guī)劃和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

摘 要：文章介紹了一種基于電容耦合的改進(jìn)型電源方案，主要應(yīng)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(nèi)產(chǎn)生的電壓降。這種方法簡單、經(jīng)濟(jì)，雖然由于其小負(fù)載電流的特性導(dǎo)致效率不高，但是很適用于低電流的智能電表芯片應(yīng)用環(huán)境。

關(guān)鍵詞：智能電表；低電流供電；方法

傳統(tǒng)的電表計(jì)量芯片供電一般使用橋式整流電路，將220V交流電轉(zhuǎn)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(guān)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(fù)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(dǎo)通，D2、D4截止，電流由TR次級(jí)上端經(jīng)D1→RL→D3回到TR次級(jí)下端，在負(fù)載RL上得到一半波整流電壓。

圖2

在u2的負(fù)半周，D1、D3截止，D2、D4導(dǎo)通，電流由Tr次級(jí)的下端經(jīng)D2→RL→D4回到Tr次級(jí)上端，在負(fù)載RL上得到另一半波整流電壓。這樣就在負(fù)載RL上得到一個(gè)與全波整流相同的電壓波形，其電流的計(jì)算與全波整流相同，即

UL=0.9U2

IL=■

而流過每個(gè)二極管的平均電流為ID=■=0.45■

每個(gè)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(shí)，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(jìn)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(gè)平衡的負(fù)載。其低電流電源的工作原理是，使用相同的電流對(duì)幾個(gè)電容器同時(shí)充電，從而獲得更高的能量儲(chǔ)存效率。對(duì)相同的負(fù)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(jìn)而降低成本。并且這個(gè)電路還可以根據(jù)負(fù)載的情況對(duì)電路進(jìn)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(shí)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(gè)不同的機(jī)制：在充電周期，各個(gè)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(dāng)零線電壓高于火線時(shí)，C2充電（通過D1和D2）。

負(fù)充電周期：當(dāng)零線電壓高于火線時(shí)，C3以及和其串聯(lián)的C6和C5充電（經(jīng)D4，D7，和D8），實(shí)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(fù)放電循環(huán)：C2放電到C3（通過Q1和D3）。

下面是針對(duì)這款電路的實(shí)際測試結(jié)果：

針對(duì)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(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定。

表1 低電流電源的頻率特性

針對(duì)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(fù)載電流8mA）。

表2 低電流電源的電壓特性

大負(fù)載條件下的工作穩(wěn)定性：表3將負(fù)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(fù)載特性

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

結(jié)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(jìn)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(yīng)用環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[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(shù)應(yīng)用[Z].2012-11-15.

[2]邵氡海.基于IEC62056的三相智能電表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].湖南大學(xué)，2012.

[3]張學(xué)軼.小電流互感器專用電源的研制[M].山西機(jī)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(dòng)通訊等方面的技術(shù)規(guī)劃和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。