單相與三相自動切換高壓電源的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種單相與三相自動切換高壓電源。本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種單相與三相自動切換高壓電源，可以自動地切換單相電源輸入與三相電源輸入，提高電源的適應(yīng)性。解決該問題的技術(shù)方案：單相與三相自動切換高壓電源，依次包括三相整流電路、EMC濾波器電路、填谷式PFC電路、單片開關(guān)電源電路及若干個輸出支路，其特征在于：所述三相整流電路與EMC濾波器電路之間，設(shè)有用于自動切換單相電源輸入與三相電源輸入的繼電器電路以及單相輔助電源電路。本實用新型主要適用于開關(guān)電源【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】單相與三相自動切換高壓電源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及開關(guān)電源【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電表行業(yè)單相與三相供電的自動切換，代替目前行業(yè)內(nèi)用兩組獨(dú)立電源模式供電的電表電源，主要用于供電自動控制。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在電能表由機(jī)械式升級為電子電能表，原先的工頻變壓器電源現(xiàn)逐漸會被開關(guān)電源所取代，開關(guān)電源按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為:(I)線性電源；(2)非隔離開關(guān)電源(BUCK、Flybuck) ；(3)阻容降壓電源；(4)隔離開關(guān)電源。電表中的電源主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為反激開關(guān)電源，要求電源具有:抗大電流與高電壓浪涌、電磁輻射小、紋波電壓小、成本低、穩(wěn)定安全可靠，在智能電能表中已廣泛使用，但存在EMC(電磁兼容性)難達(dá)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、可靠性安全性不高，同時防浪涌能力低、功耗偏大，效率低等缺點(diǎn)。目前電表行業(yè)單相與三相供電是獨(dú)立的，所用的器件較多并且不能自動進(jìn)行切換，諧波干擾與電磁干擾較大，MEC測試不容易通過。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服上述【背景技術(shù)】的不足，提供一種單相與三相自動切換高壓電源，該高壓電源可以自動地切換單相電源輸入與三相電源輸入，提高電源的適應(yīng)性與可靠性、安全性，降低成本，并且具有電路結(jié)構(gòu)簡單、干擾小、成本低的特點(diǎn)。
[0004]本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0005]單相與三相自動切換高壓電源，依次包括三相整流電路、EMC濾波器電路、填谷式PFC電路、單片開關(guān)電源電路及若干個輸出支路，其特征在于:所述三相整流電路與EMC濾波器電路之間，設(shè)有用于自動切換單相電源輸入與三相電源輸入的繼電器電路以及單相輔助電源電路；
[0006]所述繼電器電路設(shè)有四個Z型觸點(diǎn)組；一號、二號Z型觸點(diǎn)組的常閉靜觸點(diǎn)分別連接三相整流電路的兩條輸出線，動觸點(diǎn)分別連接EMC濾波器電路的兩條輸入線，常開靜觸點(diǎn)分別連接三號、四號Z型觸點(diǎn)組的動觸點(diǎn)；三號、四號Z型觸點(diǎn)組的常開靜觸點(diǎn)分別連接單相電源的兩條相線；
[0007]所述單相輔助電源電路包括電源調(diào)節(jié)器U3及其外圍電路，電源調(diào)節(jié)器的輸入端與單相電源連接，輸出端對四個Z型觸點(diǎn)組的線圈供電。
[0008]所述三相整流電路的輸入端的每一根相線均通過串聯(lián)的浪涌電流限制器件以及電壓限制器件連接公共端，其中浪涌電流限制器件與電壓限制器件之間為該相線的交流輸入點(diǎn)。
[0009]所述EMC濾波器電路包括電容Cl、C2以及共模電感LI，所述電容Cl、C2分別并聯(lián)在共模電感LI的兩個線圈上，電容Cl兩端為EMC濾波器電路的兩條輸入線，電容C2兩端為EMC濾波器電路的兩條輸出線。
[0010]所述填谷式PFC電路包括二極管D17?D19、電解電容C3、C4 ;二極管D17反向串聯(lián)在電解電容C3的負(fù)極后，一起并聯(lián)在EMC濾波器電路的兩條輸出線之間；二極管D19反向串聯(lián)在電解電容C4的正極后，一起并聯(lián)在EMC濾波器電路的兩條輸出線之間，二極管D18連接在電解電容C3的負(fù)極與電解電容C4的正極之間。
[0011]所述單片開關(guān)電源電路包括電源IC芯片Ul及其外圍電路、開關(guān)管Ql以及變壓器TRl ;所述電源IC芯片Ul通過開關(guān)管Ql與變壓器TRl原邊的一條輸入線連接，電源IC芯片Ul還通過高壓限制電路與原邊的另一條輸入線連接。
[0012]所述高壓限制電路包括相互串聯(lián)的電阻Rl?R4以及整流二極管DZ1、DZ2。
[0013]本實用新型的有益效果是:本實用新型達(dá)到單相與三相絕緣隔離電壓為2KV AC標(biāo)準(zhǔn)要求(二相輸入最高電壓為520V AC，三相輸入最高電壓為650VAC)，簡化電路，降低成本，提聞可罪性；
[0014]具體是:(1)超寬輸入電壓范圍(45V AC?520V AC)，主要是靠開關(guān)管Ql耐壓900V串上電源IC芯片Ul的內(nèi)置MOS管700V耐壓而實現(xiàn)，同時輸入整流部分用2只整流二極管DZ1、DZ2串聯(lián)，保證耐壓足夠；(2)單相供電與三相供電公用一組單片開關(guān)電源電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低；單相作為輔助后備電源，可以通過繼電器電路與三相自動切換；
(3)超高耐壓1.9倍輸入電壓，其原理同(I) ；(4)本實用新型設(shè)有填谷式PFC，可以使得整個電源的諧波干擾減?。?5)保護(hù)功能完善；(6)通過共模電感LI與變壓器的隔離，使得電磁干擾小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的電路原理圖。
[0016]圖2是圖1中單相輔助電源電路的電路原理圖。
[0017]圖3是圖1中繼電器電路的電路原理圖。
[0018]圖4是圖1中三相整流電路、EMC濾波器電路、填谷式PFC電路的電路原理圖。
[0019]圖5是圖1中單片開關(guān)電源電路及其若干個輸出支路的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合說明書附圖，對本實用新型作進(jìn)一步說明，但本實用新型并不局限于以下實施例。
[0021]如圖1所示，本實用新型所述的單相與三相自動切換高壓電源，依次包括三相整流電路、EMC濾波器電路、填谷式PFC電路、單片開關(guān)電源電路及若干個輸出支路。所述三相整流電路與EMC濾波器電路之間，設(shè)有用于自動切換單相電源輸入與三相電源輸入的繼電器電路以及單相輔助電源電路。
[0022]如圖3所示，所述繼電器電路設(shè)有四個Z型觸點(diǎn)組；一號、二號Z型觸點(diǎn)組的常閉靜觸點(diǎn)分別連接三相整流電路的兩條輸出線，動觸點(diǎn)分別連接EMC濾波器電路的兩條輸入線，常開靜觸點(diǎn)分別連接三號、四號Z型觸點(diǎn)組的動觸點(diǎn)；三號、四號Z型觸點(diǎn)組的常開靜觸點(diǎn)分別連接單相電源的兩條相線，常閉靜觸點(diǎn)懸空。單相與三相間的絕緣隔離耐壓?2KVAC, 60S (這是國標(biāo)要求的測試項目，在斷電情況下，通過交流耐壓儀正負(fù)端子加在電源單相(L2，N2)與三相(LA，LB, LC)端之間2KVAC，持續(xù)60秒，無任何擊穿現(xiàn)象為合格)，倘若無斷開觸點(diǎn)間交流耐壓達(dá)到2KV*1.414VD的繼電器，推薦采用兩個耐壓1.5KV的繼電器串聯(lián)使用(推薦采用HFD3-V/12V)，如圖3所示，繼電器Jl具有上述一號、二號Z型觸點(diǎn)組，繼電器J2具有上述三號、四號Z型觸點(diǎn)組，繼電器Jl的兩個常開靜觸點(diǎn)(7腳和8腳)連接繼電器J2的兩個動觸點(diǎn)(5腳和6腳)，使得繼電器達(dá)到IEC62052，IEC62053要求。
[0023]如圖2所示，所述單相輔助電源電路包括電源調(diào)節(jié)器U3(推薦采用低成本高可靠性的VIPER12A芯片)及其外圍電路，電源調(diào)節(jié)器的輸入端通過整流濾波電路與單相電源連接，輸出端對四個Z型觸點(diǎn)組的線圈供電(12V直流)，因此，當(dāng)單相電源接通時，電源調(diào)節(jié)器U3輸出工作電壓，兩個繼電器得電動作進(jìn)行單相與三相切換。外圍電路包括電容C20?C23，二極管D26?D28，電感L4，其中二極管D28為續(xù)浪二極管，電感L4為儲能電感。所述整流濾波電路包括四個二極管DOI組成的整流電路以及電容C17、C18以及電阻R17、R18組成的濾波電路(常規(guī)電路結(jié)構(gòu)，不作詳細(xì)介紹)。
[0024]如圖4所示，所述三相整流電路包括二極管Dl?D16組成的三條相線以及公共端的橋式整流電路(常規(guī)電路，不作詳細(xì)介紹)。三相整流電路的輸入端的每一根相線均通過串聯(lián)的浪涌電流限制器件(熱敏電阻NTCl?NTC3)以及電壓限制器件(壓敏電阻MOVl?M0V3)連接公共端，有一電容(安規(guī)電容CXl?CX3)并聯(lián)在浪涌電流限制器件與電壓限制器件兩端，其中浪涌電流限制器件與電壓限制器件之間為該相線的交流輸入點(diǎn)。
[0025]如圖4所示，所述EMC濾波器電路包括電容Cl、C2以及共模電感LI，所述電容Cl、C2分別并聯(lián)在共模電感LI的兩個線圈上，電容Cl兩端為EMC濾波器電路的兩條輸入線，電容C2兩端為EMC濾波器電路的兩條輸出線。
[0026]如圖4所示所述填谷式PFC電路的PFC值>0.8，改善輸入直流波形，從而大大減少了諧波干擾，填谷式PFC電路包括二極管D17?D19、電解電容C3、C4 ;二極管D17反向串聯(lián)在電解電容C3的負(fù)極后，一起并聯(lián)在EMC濾波器電路的兩條輸出線之間；二極管D19反向串聯(lián)在電解電容C4的正極后，一起并聯(lián)在EMC濾波器電路的兩條輸出線之間，二極管D18連接在電解電容C3的負(fù)極與電解電容C4的正極之間。
[0027]如圖5所示，所述單片開關(guān)電源電路包括電源IC芯片Ul (推薦采用T0P254PN)及其外圍電路、開關(guān)管Ql (采用FQP4N90高壓MOS管)以及變壓器TRl。所述電源IC芯片Ul同時控制單相與三相整流過后的正端與負(fù)端，具體是:電源IC芯片Ul通過開關(guān)管Ql與變壓器TRl原邊的一條輸入線(負(fù)端)連接，電源IC芯片Ul還通過高壓限制電路與原邊的另一條輸入線(正端)連接。所述高壓限制電路包括相互串聯(lián)的電阻Rl?R4以及整流二極管DZ1、DZ2。變壓器TRl的原邊設(shè)有反峰電壓限制電路，包括穩(wěn)壓二極管D20、二極管D21，電容C5以及電阻R8、R9，電容D20以及電阻R8、R9并聯(lián)在原邊的兩條輸入線之間，穩(wěn)壓二極管D20與二極管D21串聯(lián)后并聯(lián)在原邊的兩條輸入線之D20。變壓器的原邊可以設(shè)置一組線圈來對各芯片進(jìn)行供電，也可以直接用外部電源對各芯片供電。
[0028]上述若干個輸出支路的輸出電壓根據(jù)需要確定，可以在其中一條輸出支路與所述電源IC芯片Ul之間設(shè)置光耦U2進(jìn)行反饋，該反饋電路為常規(guī)電路，在此不作詳細(xì)介紹。
[0029]本實用新型的自動切換工作原理:平時三相交流電存在、單相電不存在時，高壓繼電器Jl與J2常閉靜觸點(diǎn)接通三相整流電路與EMC濾波器電路(接通圖1、3、4中的L3與Cl，以及N3與C2)，單相電斷開(圖1、3、4中的L2，N2);只要單相電存在時，繼電器Jl、J2線圈得電，動觸點(diǎn)動作接通常開靜觸點(diǎn)，單相電接通，同時斷開三相電(不管三相電有否)，因為單相來電時，輔助電源立即工作給繼電器J1、J2供電，自動切換單相與三相電。
[0030] 本實用新型的工作模式:當(dāng)有三相交流電供電時，開關(guān)電源正常工作供電，一旦有單相交流電輸入時，控制電路動作，切斷三相交流供電，由單相供電，開關(guān)電源也正常不間斷工作；單相與三相同時存在的情況，三相交流無輸入回路，開關(guān)電源不工作，只能由單相交流供電；無三相交流輸入時，開關(guān)電源只能由單相供電；如果單相與三相均沒有電，開關(guān)電源不會工作，電表也不必計費(fèi)，邏輯上不矛盾。
【權(quán)利要求】
1.單相與三相自動切換高壓電源，依次包括三相整流電路、EMC濾波器電路、填谷式PFC電路、單片開關(guān)電源電路及若干個輸出支路，其特征在于:所述三相整流電路與EMC濾波器電路之間，設(shè)有用于自動切換單相電源輸入與三相電源輸入的繼電器電路以及單相輔助電源電路； 所述繼電器電路設(shè)有四個Z型觸點(diǎn)組；一號、二號Z型觸點(diǎn)組的常閉靜觸點(diǎn)分別連接三相整流電路的兩條輸出線，動觸點(diǎn)分別連接EMC濾波器電路的兩條輸入線，常開靜觸點(diǎn)分別連接三號、四號Z型觸點(diǎn)組的動觸點(diǎn)；三號、四號Z型觸點(diǎn)組的常開靜觸點(diǎn)分別連接單相電源的兩條相線； 所述單相輔助電源電路包括電源調(diào)節(jié)器U3及其外圍電路，電源調(diào)節(jié)器的輸入端與單相電源連接，輸出端對四個Z型觸點(diǎn)組的線圈供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相與三相自動切換高壓電源，其特征在于:所述三相整流電路的輸入端的每一根相線均通過串聯(lián)的浪涌電流限制器件以及電壓限制器件連接公共端，其中浪涌電流限制器件與電壓限制器件之間為該相線的交流輸入點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單相與三相自動切換高壓電源，其特征在于:所述EMC濾波器電路包括電容Cl、C2以及共模電感LI，所述電容Cl、C2分別并聯(lián)在共模電感LI的兩個線圈上，電容Cl兩端為EMC濾波器電路的兩條輸入線，電容C2兩端為EMC濾波器電路的兩條輸出線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單相與三相自動切換高壓電源，其特征在于:所述填谷式PFC電路包括二極管D17?D19、電解電容C3、C4 ;二極管D17反向串聯(lián)在電解電容C3的負(fù)極后，一起并聯(lián)在EMC濾波器電路的兩條輸出線之間；二極管D19反向串聯(lián)在電解電容C4的正極后，一起并聯(lián)在EMC濾波器電路的兩條輸出線之間，二極管D18連接在電解電容C3的負(fù)極與電解電容C4的正極之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單相與三相自動切換高壓電源，其特征在于:所述單片開關(guān)電源電路包括電源IC芯片Ul及其外圍電路、開關(guān)管Ql以及變壓器TRl ;所述電源IC芯片Ul通過開關(guān)管Ql與變壓器TRl原邊的一條輸入線連接，電源IC芯片Ul還通過高壓限制電路與原邊的另一條輸入線連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單相與三相自動切換高壓電源，其特征在于:所述高壓限制電路包括相互串聯(lián)的電阻Rl?R4以及整流二極管DZ1、DZ2。
【文檔編號】H02M7/00GK204030975SQ201420290413
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】周良璋, 汪繼偉, 張向程, 郝濤, 劉高峰, 王夏嬌, 張曉峰, 涂海寧, 朱程鵬, 陳國華, 丁佐明 申請人:杭州海興電力科技股份有限公司