一種針對于電表計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的變壓器和高耐壓的電容，通常在200nF～680nF范圍內產生的電壓降。這種方法簡單、經濟，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境。

關鍵詞：智能電表；低電流供電；方法

傳統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，這區別于傳統的半波整流，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負載的情況對電路進行“模塊化”的增減，通過并聯更多的電容，可以在輸入同樣電流的條件下實現更多的能量輸出。

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；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以及和其串聯的C6和C5充電（經D4，D7，和D8），實現了用相同的電流給所有電容器充電的優勢。

正放電循環：C6和C5并聯放電到C3（通過Q2和Q3）。

負放電循環：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定性：表1給出了在不同交流電頻率下，該電路的工作狀態。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秒后的實現電壓穩定。

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

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。

結束語

相比于傳統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[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劃和技術實現。

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的變壓器和高耐壓的電容，通常在200nF～680nF范圍內產生的電壓降。這種方法簡單、經濟，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境。

關鍵詞：智能電表；低電流供電；方法

傳統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，這區別于傳統的半波整流，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負載的情況對電路進行“模塊化”的增減，通過并聯更多的電容，可以在輸入同樣電流的條件下實現更多的能量輸出。

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；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以及和其串聯的C6和C5充電（經D4，D7，和D8），實現了用相同的電流給所有電容器充電的優勢。

正放電循環：C6和C5并聯放電到C3（通過Q2和Q3）。

負放電循環：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定性：表1給出了在不同交流電頻率下，該電路的工作狀態。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秒后的實現電壓穩定。

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

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。

結束語

相比于傳統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[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劃和技術實現。

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的變壓器和高耐壓的電容，通常在200nF～680nF范圍內產生的電壓降。這種方法簡單、經濟，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境。

關鍵詞：智能電表；低電流供電；方法

傳統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，這區別于傳統的半波整流，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負載的情況對電路進行“模塊化”的增減，通過并聯更多的電容，可以在輸入同樣電流的條件下實現更多的能量輸出。

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；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以及和其串聯的C6和C5充電（經D4，D7，和D8），實現了用相同的電流給所有電容器充電的優勢。

正放電循環：C6和C5并聯放電到C3（通過Q2和Q3）。

負放電循環：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定性：表1給出了在不同交流電頻率下，該電路的工作狀態。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秒后的實現電壓穩定。

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

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。

結束語

相比于傳統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[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劃和技術實現。