用于三相多功能电能表的直流转直流隔离开关电源系统的制作方法

本发明涉及一种用于三相多功能电能表的直流转直流隔离开关电源系统。

背景技术：

目前的三相电能表电流采样回路的采样元件大多使用三路电流互感器。三相直接式电能表需要考虑电流回路中的直流分量对计量精度的影响，导致电流互感器体积增大，成本升高。且客户对电能表的防磁要求越来越高，在强磁作用下电流互感器磁芯很容易饱和，影响计量精度。某些市场的客户使用自己研发的结构件，电流回路只支持三路锰铜分流器安装。

基于以上原因，三相电能表采用三路锰铜分流器进行电流采样的情况越来越多。使用三路锰铜分流器进行电流采样时，多采用三路相互隔离的计量电路方案。这就需要有三路相互隔离的直流电源分别给三路计量电路供电。

现有的技术方案大多为变压器电源方案，只适用于功能简单、对电源功率要求不高的三相电能表。市场上越来越多的三相多功能电能表，对电源的要求越来越高，传统的线性变压器电源方案存在着体积大、重量重、不能满足大功率输出及宽电压范围使用的弊端。在多功能电能表中已经很少使用。三相多功能电能表中大多采用ac-dc开关电源方案。ac-dc开关电源中使用的高频变压器体积小，想要从高频变压器中多引出三路彼此隔离的电源分别给三相计量电路供电，几乎无法实现。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于三相多功能电能表的直流转直流隔离开关电源系统，采用如下的技术方案：

一种用于三相多功能电能表的直流转直流隔离开关电源系统，包括：

滤波储能单元，用于滤除输入直流电中的高频噪声以及储蓄输入直流电；

功率转换变压单元，用于连接至滤波储能单元对输入直流电进行转换；

控制单元，用于对功率转换变压单元进行调控以控制功率转换变压单元的输出；

供电单元，用于连接至功率转换变压单元和控制单元以对控制单元进行供电；

反馈单元，用于连接至功率转换变压单元和控制单元以将功率转换变压单元的工作状态反馈至控制单元；

第一整流滤波单元，用于连接至功率转换变压单元和a相计量单元以将通过功率转换变压单元转换的第一输出进行整流滤波处理后输送至a相计量单元；

第二整流滤波单元，用于连接至功率转换变压单元和b相计量单元以将通过功率转换变压单元转换的第二输出进行整流滤波处理后输送至b相计量单元；

第三整流滤波单元，用于连接至功率转换变压单元和c相计量单元以将通过功率转换变压单元转换的第三输出进行整流滤波处理后输送至c相计量单元。

进一步地，功率转换变压单元为高频变压器t1；

高频变压器t1包含初级绕组、辅助绕组和三个输出绕组。

进一步地，滤波储能单元包含滤波储能电路；

滤波储能电路包含：第一电感l1、第二电感l2、电解电容c1和第二电容c2；

第一电感l1的一端连接至输入直流电且另一端连接至电解电容c1的正极；

第二电感l2的一端接地且另一端连接至电解电容c1的负极；

电解电容c1的正极连接至初级绕组的第一端且其负极连接至辅助绕组的第一端；

第二电容c2的一端连接至初级绕组的第一端且另一端连接至辅助绕组的第一端。

进一步地，控制单元包含控制电路；

控制电路包含：反激控制芯片u1、功率开关管q1、第三电阻r3、第四电阻r4和第三二极管d3；

反激控制芯片u1的hv引脚连接初级绕组的第一端；

第三电阻r3的一端连接反激控制芯片u1的gate引脚且另一端连接至功率开关管q1的g极；

第三二极管d3的负极连接反激控制芯片u1的gate引脚且其正极连接至功率开关管q1的g极；

第四电阻r4的一端分别连接至第三二极管d3的正极和功率开关管q1的g极且另一端连接至功率开关管q1的s极；

反激控制芯片u1的isen引脚连接至功率开关管q1的s极；

功率开关管q1的d极连接至初级绕组的第二端。

进一步地，供电单元包含供电电路；

供电电路包含：第二二极管d2、第二电阻r2和第五电容c5；

第二二极管d2的正极连接至辅助绕组的第二端且其负极连接至第二电阻r2的一端；

第五电容c5的一端连接至第二电阻r2的另一端且其另一端连接至辅助绕组的第一端；

反激控制芯片u1的vcc引脚连接至第二电阻r2和第五电容c5之间。

进一步地，反馈单元包含电压反馈单元和电流反馈单元。

进一步地，电压反馈单元包含电压反馈电路；

电压反馈电路包括第五电阻r5和第六电阻r6；

第五电阻r5的一端连接至辅助绕组的第二端且其另一端连接至反激控制芯片u1的vsen引脚；

第六电阻r6的一端连接至辅助绕组的第一端且其另一端连接至反激控制芯片u1的vsen引脚；

电流反馈单元包含电流反馈电路；

电流反馈电路包含第十三电阻r13；

第十三电阻r13的一端连接至辅助绕组的第一端且另一端连接至功率开关管q1的s极。

进一步地，第一整流滤波单元包含第一整流滤波电路；

第一整流滤波电路包含：第四二极管d4、第七电容c7、第八电容c8、第八电阻r8、第七电阻r7和第六电容c6；

第四二极管d4的正极连接至三个输出绕组中的一个的第二端且其负极分别连接至第七电容c7、第八电容c8和第八电阻r8的一端；

第七电容c7、第八电容c8和第八电阻r8的另一端连接至三个输出绕组中的一个的第一端；

第七电阻r7的一端连接至第四二极管d4的正极且另一端连接至第六电容c6的一端；

第六电容c6的另一端连接至第四二极管d4的负极；

第二整流滤波单元包含第二整流滤波电路；

第二整流滤波电路包含：第五二极管d5、第十电容c10、第十一电容c11、第十电阻r10、第九电阻r9和第九电容c9；

第五二极管d5的正极连接至三个输出绕组中的另一个的第二端且其负极分别连接至第十电容c10、第十一电容c11和第十电阻r10的一端；

第十电容c10、第十一电容c11和第十电阻r10的另一端连接至三个输出绕组中的另一个的第一端；

第九电阻r9的一端连接至第五二极管d5的正极且另一端连接至第九电容c9的一端；

第九电容c9的另一端连接至第五二极管d5的负极；

第三整流滤波单元包含第三整流滤波电路；

第三整流滤波电路包含：第六二极管d6、第十三电容c13、第十四电容c14、第十二电阻r12、第十一电阻r11和第十二电容c12；

第六二极管d6的正极连接至三个输出绕组中的最后一个的第二端且其负极分别连接至第十三电容c13、第十四电容c14和第十二电阻r12的一端；

第十三电容c13、第十四电容c14和第十二电阻r12的另一端连接至三个输出绕组中的最后一个的第一端；

第十一电阻r11的一端连接至第六二极管d6的正极且另一端连接至第十二电容c12的一端；

第十二电容c12的另一端连接至第六二极管d6的负极。

进一步地，用于三相多功能电能表的直流转直流隔离开关电源系统还包括：

尖峰吸收单元，用于分别连接至功率转换变压单元和滤波储能单元以消除功率转换变压单元的电压尖峰。

进一步地，尖峰吸收单元包含尖峰吸收电路；

尖峰吸收电路包含第一二极管d1、第一电阻r1和第三电容c3；

第一二极管d1的正极连接至初级绕组的第二端且负极分别连接至第一电阻r1和第三电容c3的一端；

第一电阻r1和第三电容c3的另一端连接至初级绕组的第一端。

本发明的有益之处在于所提供的用于三相多功能电能表的直流转直流隔离开关电源系统，将三相多功能电能表中原有的一路直流输出电源作为输入，转换成三路直流电源输出，分别给三路计量电路供电。三路输出直流电源和输入直流电源之间相互隔离、三路输出直流电源之间也相互隔离，满足电能表绝缘测试要求。

附图说明

图1是本发明的用于三相多功能电能表的直流转直流隔离开关电源系统的示意图；

图2是本发明的用于三相多功能电能表的直流转直流隔离开关电源系统的电路图。

用于三相多功能电能表的直流转直流隔离开关电源系统100，滤波储能单元11，功率转换变压单元12，控制单元13，供电单元14，反馈单元15，，第一整流滤波单元17，第二整流滤波单元19，第三整流滤波单元21，尖峰吸收单元22。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如图1所示为本发明的一种用于三相多功能电能表的直流转直流隔离开关电源系统100，主要包括：滤波储能单元11、功率转换变压单元12、控制单元13、供电单元14、反馈单元15、第一整流滤波单元17、第二整流滤波单元19和第三整流滤波单元21。滤波储能单元11用于滤除输入直流电中的高频噪声以及储蓄输入直流电。功率转换变压单元12用于连接至滤波储能单元11对输入直流电进行转换。控制单元13用于对功率转换变压单元12进行调控以控制功率转换变压单元12的输出。供电单元14用于连接至功率转换变压单元12和控制单元13以对控制单元13进行供电。反馈单元15用于连接至功率转换变压单元12和控制单元13以将功率转换变压单元12的工作状态反馈至控制单元13。第一整流滤波单元17用于连接至功率转换变压单元12和a相计量单元16以将通过功率转换变压单元12转换的第一输出进行整流滤波处理后输送至a相计量单元16。第二整流滤波单元19用于连接至功率转换变压单元12和b相计量单元18以将通过功率转换变压单元12转换的第二输出进行整流滤波处理后输送至b相计量单元18。第三整流滤波单元21用于连接至功率转换变压单元12和c相计量单元20以将通过功率转换变压单元12转换的第三输出进行整流滤波处理后输送至c相计量单元20。a相计量单元16用于对三相多功能电能表的a相进行采样计量。b相计量单元18用于对三相多功能电能表的b相进行采样计量。c相计量单元20用于对三相多功能电能表的c相进行采样计量。通过以上的用于三相多功能电能表的直流转直流隔离开关电源系统100，将三相多功能电能表中原有的一路直流输出电源作为输入，转换成三路直流电源输出，分别给三路计量电路供电。三路输出直流电源和输入直流电源之间相互隔离、三路输出直流电源之间也相互隔离，满足电能表绝缘测试要求。

作为一种优选的实施方式，用于三相多功能电能表的直流转直流隔离开关电源系统100还包括尖峰吸收单元22。尖峰吸收单元22用于分别连接至功率转换变压单元12和滤波储能单元11以消除功率转换变压单元12的电压尖峰。

如图2所示为本发明的用于三相多功能电能表的直流转直流隔离开关电源系统100的电路图，具体而言，功率转换变压单元12为高频变压器t1。高频变压器t1包含初级绕组、辅助绕组和三个输出绕组。

滤波储能单元11包含滤波储能电路。滤波储能电路包含：第一电感l1、第二电感l2、电解电容c1和第二电容c2。第一电感l1的一端连接至输入直流电且另一端连接至电解电容c1的正极。第二电感l2的一端接地且另一端连接至电解电容c1的负极。电解电容c1的正极连接至初级绕组的第一端且其负极连接至辅助绕组的第一端。第二电容c2的一端连接至初级绕组的第一端且另一端连接至辅助绕组的第一端。

控制单元13包含控制电路。控制电路包含：反激控制芯片u1、功率开关管q1、第三电阻r3、第四电阻r4和第三二极管d3。反激控制芯片u1的hv引脚连接初级绕组的第一端。第三电阻r3的一端连接反激控制芯片u1的gate引脚且另一端连接至功率开关管q1的g极。第三二极管d3的负极连接反激控制芯片u1的gate引脚且其正极连接至功率开关管q1的g极。第四电阻r4的一端分别连接至第三二极管d3的正极和功率开关管q1的g极且另一端连接至功率开关管q1的s极。反激控制芯片u1的isen引脚连接至功率开关管q1的s极。功率开关管q1的d极连接至初级绕组的第二端。

供电单元14包含供电电路。供电电路包含：第二二极管d2、第二电阻r2和第五电容c5。第二二极管d2的正极连接至辅助绕组的第二端且其负极连接至第二电阻r2的一端。第五电容c5的一端连接至第二电阻r2的另一端且其另一端连接至辅助绕组的第一端。反激控制芯片u1的vcc引脚连接至第二电阻r2和第五电容c5之间。

反馈单元15包含电压反馈单元15和电流反馈单元15。电压反馈单元15包含电压反馈电路。电压反馈电路包括第五电阻r5和第六电阻r6。第五电阻r5的一端连接至辅助绕组的第二端且其另一端连接至反激控制芯片u1的vsen引脚。第六电阻r6的一端连接至辅助绕组的第一端且其另一端连接至反激控制芯片u1的vsen引脚。电流反馈单元15包含电流反馈电路。电流反馈电路包含第十三电阻r13。第十三电阻r13的一端连接至辅助绕组的第一端且另一端连接至功率开关管q1的s极。

第一整流滤波单元17包含第一整流滤波电路。第一整流滤波电路包含：第四二极管d4、第七电容c7、第八电容c8、第八电阻r8、第七电阻r7和第六电容c6。第四二极管d4的正极连接至三个输出绕组中的一个的第二端且其负极分别连接至第七电容c7、第八电容c8和第八电阻r8的一端。第七电容c7、第八电容c8和第八电阻r8的另一端连接至三个输出绕组中的一个的第一端。第七电阻r7的一端连接至第四二极管d4的正极且另一端连接至第六电容c6的一端。第六电容c6的另一端连接至第四二极管d4的负极。其中，功率转换变压器t1的副边绕组经第四二极管d4整流为脉动直流电，再经过第七电容c7滤波后为负载a相计量单元16提供直流电源，第八电容c8起到滤除高频纹波的作用，第八电阻r8作为输出电路的假负载，有稳定输出电压的作用。第二整流滤波单元19包含第二整流滤波电路。第二整流滤波电路包含：第五二极管d5、第十电容c10、第十一电容c11、第十电阻r10、第九电阻r9和第九电容c9。第五二极管d5的正极连接至三个输出绕组中的另一个的第二端且其负极分别连接至第十电容c10、第十一电容c11和第十电阻r10的一端。第十电容c10、第十一电容c11和第十电阻r10的另一端连接至三个输出绕组中的另一个的第一端。第九电阻r9的一端连接至第五二极管d5的正极且另一端连接至第九电容c9的一端。第九电容c9的另一端连接至第五二极管d5的负极。第三整流滤波单元21包含第三整流滤波电路。第三整流滤波电路包含：第六二极管d6、第十三电容c13、第十四电容c14、第十二电阻r12、第十一电阻r11和第十二电容c12。第六二极管d6的正极连接至三个输出绕组中的最后一个的第二端且其负极分别连接至第十三电容c13、第十四电容c14和第十二电阻r12的一端。第十三电容c13、第十四电容c14和第十二电阻r12的另一端连接至三个输出绕组中的最后一个的第一端。

第十一电阻r11的一端连接至第六二极管d6的正极且另一端连接至第十二电容c12的一端。

第十二电容c12的另一端连接至第六二极管d6的负极。

在本发明中，第一整流滤波电路、第二整流滤波电路和第三整流滤波电路的电路结构相同，第一整流滤波电路连接至a相计量单元16，第二整流滤波电路连接至b相计量单元18，第三整流滤波电路连接至c相计量单元20。其中，a相计量单元16、b相计量单元18和c相计量单元20采用锰铜分流器作为电流回路的采样元件。

尖峰吸收单元22包含尖峰吸收电路。尖峰吸收电路包含第一二极管d1、第一电阻r1和第三电容c3。第一二极管d1的正极连接至初级绕组的第二端且负极分别连接至第一电阻r1和第三电容c3的一端。第一电阻r1和第三电容c3的另一端连接至初级绕组的第一端。

三相多功能电能表中原有的直流电输出作为滤波储能电路的输入，滤波储能电路滤除输入电源中的高频噪声，及为电路提供蓄能作用，确保电路的正常运行。经滤波储能电路后，直流电源进入控制电路中的反激控制芯片u1的vcc管脚和高频变压器t1的初级绕组。反激控制芯片u1的vcc管脚检测到高电平后开始工作输出pwm或pfm信号。高频变压器t1的辅助绕组接入供电电路，经供电电路的整流滤波，给控制电路供电。高频变压器t1的辅助绕组经过第五电阻r5和第六电阻r6分压，给控制电路中的反激控制芯片u1提供电压反馈。第十三电阻r13为功率开关管q1的限流电阻，其给反激控制芯片u1提供电流反馈。

反激控制芯片u1输出pwm或pfm信号控制功率开关管q1的导通和关断，实现高频变压器u1的初次级线圈能量的转换。功率开关管q1导通时，原边电流流过高频变压器u1的初级绕组，高频变压器u1的初级绕组相当于一个电感存储能量。作为输出电路的第一整流滤波电路、第二整流滤波电路和第三整流滤波电路中的第四二极管d4、第五二极管d5和第六二极管d6反向截止，次级绕组无电流流过，此时输出电流由作为整流滤波电容的第七电容c7、第十电容c10和第十三电容c13提供。相反，当功率开关管q1关断时，输出电路中的二极管正向导通，储存在初级绕组的能量通过线圈耦合，传递到次级绕组，实现能量的变换。高频变压器t1的副边三路输出绕组分别和三路输出电路连接，由于电路采用原边反馈，因此三路输出电路结构相同，均是由“整流滤波”电路组成。经“整流滤波”电路后，输出三路隔离的直流电。

高频变压器t1的辅助绕组经过第二二极管d2、第二电阻r2和第五电容c5的整流滤波，形成vcc电源给控制电路供电。当vcc电压值大于预设值时，反激控制芯片u1内部模块开始工作，高压启动电路停止工作。本方案中，反激控制芯片u1型号为sy5600,sy5600是具有恒压、恒流控制功能的小功率开关电源集成ic。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。