專利名稱：用于電表的電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子電表，該電子電表包括用于測量電量消耗的測量電路和電源電路，該電源電路包括由電力網(wǎng)電源供電的主電容器和開關(guān)模式變壓器，該開關(guān)模式變壓器有至少一個繞在變壓器鐵心上的一次繞組和至少一個繞在該一次繞組上的二次繞組，一次繞組通過開關(guān)電路連接到主電容器，二次繞組連接到測量電路。
在電子電表領(lǐng)域電源電路中應(yīng)用由開關(guān)模式電路控制的變壓器(開關(guān)模式變壓器)作為DC／DC變換器是眾所周知的。主電容通過開關(guān)電路交替地從變壓器的一次繞組連接和斷開，使變壓器的二次繞組產(chǎn)生電壓。這種方法獲得的電壓被濾波后供給測量電路。通過對開關(guān)模式變壓器的控制，給測量電路提供相當(dāng)恒定的電壓。
該電壓一般由返回線圈來控制，該線圈監(jiān)測二次繞組電壓，并給開關(guān)電路發(fā)送控制信號，以控制主電容器和變壓器連接的時間。返回繞組通常繞在一次繞組和二次繞組之間的鐵心上。返回繞組密耦于二次繞組，以準(zhǔn)確地監(jiān)測二次繞組輸出電壓的變化。以達(dá)到產(chǎn)生發(fā)送給開關(guān)電路的控制信號的目的。
應(yīng)注意測量電路的地通常與電源電路的地不同。例如，對于適應(yīng)于工作在無中線情況下的多相電表，主電容器由從所有相和中線整流產(chǎn)生的電流供電，中線相對于整流器和電源電路的公共地，該地不同于中線。另一方面，測量電路的地就是中線。
在電流中斷的情況下，可以通過存儲在電容器中的電荷確保對測量電路在一段時間內(nèi)的供電。為了發(fā)現(xiàn)電流的中斷和確定剩余的電量，測量電路必須監(jiān)視主電容器的電壓如何變化。假定電源電路和測量電路不共地，則測量電路不可能直接測量該電壓。
在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，該電壓通過兩個電路之間的絕緣接口來測量，例如采用光耦合器件或差動放大器來測量電容器的電位差。這些解決辦法相當(dāng)昂貴且需要使用大量元件來制造接口。
本發(fā)明的一個目的是克服與已有技術(shù)有關(guān)的問題，以使電源電路電容器的電壓可以通過附加最少的元件來實現(xiàn)測量。
根據(jù)本發(fā)明的電表的特點在于一個監(jiān)視電路，該電路由附加繞組和積分電路組成，該附加繞組在鐵心和至少一部分一次繞組之間繞在變壓器的鐵心上，積分電路與附加繞組并聯(lián)，并供給與主電容器電壓大致上成比例的電壓。
在變壓器鐵心和一次繞組之間的附加繞組密耦于一次繞組。然而，一次繞組把它與流入二次繞組和返回繞組的電流的作用隔開。附加繞組和一次繞組之間的耦合作用使附加繞組緊密地跟蹤主電容器電壓的變化，因而提供電流中斷的指示和電容器剩余電荷的測量結(jié)果。
附加繞組可以直接在鐵心和一次繞組之間繞制在鐵心上。然而，其它實施例也是可能的，例如，一次繞組合成兩個部分，附加繞組繞制在一次繞組的兩部分之間。一次繞組將把附加繞組從流入二次繞組和／或流入返回繞組的電流的作用隔開。
與傳統(tǒng)的監(jiān)視系統(tǒng)相比，本發(fā)明的解決方法具有相當(dāng)?shù)偷某杀?，可以用較少的元件實現(xiàn)。
如上所述，在開關(guān)模式變壓器中，主電容的電壓被施加一段可變的時間。這個時間段是由收到的控制信號確定的，例如，從返回繞組收到的控制信號。本控制系統(tǒng)的目的是保證二次繞組的輸出為相對恒定的電壓。返回電阻密耦于二次繞組，產(chǎn)生一個快速響應(yīng)于二次繞組電壓改變的控制信號。因而不可能利用二次繞組的輸出電壓值確定主電容器的電壓值。
比較起來，在監(jiān)視電路中，盡管電壓被開關(guān)電路作用而開關(guān)，附加繞組和一次繞組之間的密耦合以及返回繞組和附加繞組之間的弱耦合與積分電路的參數(shù)一起使監(jiān)視電路可以提供電容器的電壓的可靠圖形。
積分電路中元件的精確值將由制造者根據(jù)系統(tǒng)的其它參數(shù)，特別是電路中的電壓和電流值，變壓器的額定值等等來選擇。盡管如此，為了保證監(jiān)視電路的正確運行，積分電路應(yīng)有相當(dāng)短的時間常數(shù)。
在由電容器和電阻器組成的積分電路中，電阻器的值通常相對較高，而電容器的值通常相對較低。
比較起來，在二次繞組和測量電路之間的濾波電路通常規(guī)定為相對較大的時間常數(shù)，且包括一個大電容器。
附加繞組最好具有與一次繞組匝數(shù)相比相當(dāng)小的匝數(shù)。例如，在主電容器電壓和監(jiān)視電路測得電壓比率為40∶1的情況下，附加繞組匝數(shù)與一次繞組匝數(shù)的比率可以取為1∶33的值。該比率的精確值取決于電路的參數(shù)。一次繞組和鐵心之間的耦合以及鐵心和附加繞組之間的耦合等。
積分電路最好提供一個二極管，用于整流附加繞組輸出的電流。
本發(fā)明尤其應(yīng)用于有開關(guān)模式變壓器的電表的電源電路，該變壓器設(shè)置有返回繞組，用于監(jiān)視二次繞組的電壓以提供控制信號給開關(guān)電路。
眾所周知，開關(guān)模式變壓器具有其它的實施例，例如，使用傳感器直接測量二次繞組電壓以產(chǎn)生控制信號給開關(guān)電路。如果有必要將變壓器的一次繞組和二次繞組絕緣，返回繞組是最理想的辦法。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，開關(guān)模式變壓器有兩套共地的二次繞組，以相反方向繞制在變壓器上，以相應(yīng)地提供正電壓和負(fù)電壓。
大多數(shù)電表中的測量電路需要電源能提供正電壓和負(fù)電壓，這種實施例滿足了這種需要。
參照附圖，通過說明性的和非限制性的例子閱讀以下陳述的本發(fā)明的一個實施例，將能更好地理解本發(fā)明。
附圖中

圖1示出電表的一般結(jié)構(gòu)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的包括一個連接PWM控制器的變壓器的DC／DC變換器的結(jié)構(gòu)；圖3是示意圖，示出圖2中的變壓器的鐵心上不同繞組的內(nèi)部排列；圖4是附加繞組的輸出與主電容器電壓的函數(shù)關(guān)系的曲線；和圖5示出附加繞組的輸出電壓和主電容器電壓如何隨時間而變化。
圖1示出能耐受無中線的的三相電表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。電表1由包括整流器部分2和DC／DC變換器部分3的電源電路和測量電路4組成。第一部分整流器電路2，將電表1連接到三相電路L1，L2，L3和三相電力網(wǎng)電源的中線N，且它的輸出給主電容器C0提供直流電壓。本發(fā)明的目的是獲得DC／DC變換器3的輸入端的C0的直流電壓的圖形以檢測在電力網(wǎng)電源中的電流減少。
整流器電路2和變換器電路3為測量電路4提供電源。參照圖2，所采用的DC／DC變換電路包括帶有PWM控制器20的開關(guān)電路和變壓器5。在輸入端可以看到主電容器C0，其上的電壓將用圖形示出。
電源電路和測量電路沒有相同的電位參考點。電容器C0，PWM控制器20和變壓器5的一次繞組電路6以地為參考點，而為測量電路提供電源的由元件7，8，10組成的整個二次繞組電路和測量電路本身是以中線為參考點。顯然，由于電位參考點不同，直接在二次繞組上測量主電容器的電壓是困難的。
如圖3所示，所用的變壓器5，最初由四組鄰接的不同繞組組成，包括，繞制在鐵心12上的一次繞組6，繞制在一次繞組6上的返回繞組9，繞制在返回繞組9上的第一二次繞組7，和繞制在第一二次繞組7之上的第二二次繞組。根據(jù)本發(fā)明，附加繞組10嵌入鐵心12和一次繞組6之間，以獲得電容器C0電壓的可靠圖形，電容器C0電壓也是一次繞組6的電壓。
在二個二次繞組電路輸出端，獲得恒定的直流電壓。正電壓Vcc必須在第一二次繞組的輸出端獲得，并且對稱地，負(fù)電壓Vee必須在第二次繞組的輸出端獲得。所以每個二次繞組電路包含一個二極管，與繞組并聯(lián)的電阻器和電容器。
例如，為了得到正電壓Vcc，二極管D1連接在繞組7后面，電容器C1和電阻器RL1與繞組及與之相連的二極管并聯(lián)。同樣地，例如，為了得到負(fù)電壓Vee，二極管D2連接在繞組8之后，電容器C2和電阻器RL2與繞組及與之相連的二極管并聯(lián)。
繞組的繞制方向在圖中用傳統(tǒng)的在每個繞組旁加點的方式示出，二極管的方向在兩個電路中是相反的，以相應(yīng)地在第一二次繞組電路輸出獲得正電壓，在第二二次繞組電路輸出獲得負(fù)電壓。
返回繞組9連接到二極管21和電容器24，監(jiān)測在二次繞組電路兩端的電壓，其作用是調(diào)整一次繞組電壓，以在二次繞組電路輸出端獲得直流電壓。返回繞組和二次繞組是密耦合的。在二次繞組電路的影響下，返回電路監(jiān)視PWM控制器20和晶體管11。上述后兩個元件構(gòu)成開關(guān)電路控制主電容器C0與一次繞組6連接的時間。電路16由齊納二極管和普通二極管組成，與一次繞組并聯(lián)，以限制當(dāng)開關(guān)電路開通時，由于一次繞組電感感應(yīng)生成的電動力造成的過電壓。以同樣的方式，一齊納二極管與晶體管11相并聯(lián)，以防止過高的電壓施加于晶體管兩端。電阻器22加偏壓于齊納二極管23以控制晶體管和防止過電壓輸出。
在變壓器5中繞組的位置賦予每個繞組以特別的作用。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的新繞組10不必須加在鐵心12和一次繞組6之間，因為它必須受制于一次繞組的影響。圖3示出附加繞組10遠(yuǎn)離于返回繞組9，相應(yīng)地在返回繞組9執(zhí)行的控制功能中不起作用，相反地不受返回繞組的影響的制約。
通過例子，考慮具有132匝的一次繞組6，具有23匝的第一二次繞組7，具有17匝的第二二次繞組8，具有34匝的返回繞組9和4匝的附加繞組10。132匝的一次繞組足以在附加繞組周圍形成屏蔽，以使附加繞組不受返回繞組影響的制約，且附加繞組的匝數(shù)相比較于一次繞組的匝數(shù)少而且成本低。
圖5示出電容器的電壓和輸出端的電壓。對于DC／DC變換器電路輸入電壓為200V的情況，輸出電壓是5V，兩個電壓之間的比率為40∶1。附加繞組的匝數(shù)和一次繞組的匝數(shù)之比最好是1∶33。
最后，附加繞組僅密耦于一次繞組。由于連接到附加繞組的二極管13和時間常數(shù)很小的積分電路，在輸出端得到的電壓是一次繞組電壓的可靠圖形，因而是電容器C0電壓的可靠圖形。由電容器14，電阻器15和二極管13確定的積分電路應(yīng)設(shè)定為能將電壓濾波并忽略受開關(guān)電路影響的一次繞組電壓的變換。
在本實施例中，在繞組7，8，10中每一個的輸出電路中使用的元件具有如下參數(shù)電容器14=100nF電容器C1=220μF電容器C2=220μF電阻器15=167．3kΩ電阻器RL1=62Ω電阻器RL2=250 Ω通過電表測量電路的電阻值，可以更準(zhǔn)確地確定RL1和RL2的值。
圖4示出在輸出電壓和電容器C0電壓之間獲得的線性關(guān)系。圖5示出在連接的示波器上的顯示，以比較電容器C0電壓隨時間的變化(曲線17)和輸出電壓隨時間的變化(曲線18)。除了偏移量，輸出電壓再現(xiàn)了電容器C0的電壓。電容器電壓的變化立即引起了輸出電壓的變化。因而，在電力網(wǎng)電源上的電壓下降將立即在輸出端上被再現(xiàn)和辨識。
權(quán)利要求
1．一種電子電表，該電子電表包括測量電路和電源電路，該電源電路包括由電力網(wǎng)電源供電的主電容器和開關(guān)模式變壓器，該開關(guān)模式變壓器有至少一個繞在變壓器鐵心上的一次繞組和至少一個繞在該一次繞組上的二次繞組，一次繞組通過開關(guān)電路連接到主電容器，二次繞組連接到測量電路，其特征在于有監(jiān)測電路，該監(jiān)測電路由附加繞組和積分電路組成，該附加繞組位于鐵心和至少一部分一次繞組之間，繞制在變壓器的鐵心上，積分電路與附加繞組并聯(lián)，并且在與電阻器連接的點之間供給電壓，該電壓與主電容器電壓實質(zhì)上成比例。
2．如權(quán)利要求書1所述的電子電表，其中所述積分電路有一個小的時間常數(shù)。
3．如權(quán)利要求書1或2所述的電子電表，其中積分電路由電容器和電阻器組成，電阻器的值相對高而電容器的值相對低。
4．如權(quán)利要求書1至3中任一所述的電子電表，其中附加繞組的匝數(shù)與一次繞組的匝數(shù)相比相當(dāng)小。
5．如權(quán)利要求書4所述的電子電表，其中附加繞組和一次繞組的匝數(shù)比是1∶33。
6．如權(quán)利要求書1至5中任一所述的電子電表，其中積分電路包括一個二極管用于整流附加繞組輸出電流。
7．如權(quán)利要求書1至6中任一所述的電子電表，其中開關(guān)模式變壓器有返回繞組，返回繞組監(jiān)視二次繞組的電壓，為開關(guān)電路提供控制信號。
8．如權(quán)利要求書1至7中任一所述的電子電表，其中開關(guān)模式變壓器有兩個共地的二次繞組，以相反方向繞制在變壓器上，以相應(yīng)地提供正電壓和負(fù)電壓。
9．如權(quán)利要求書1至8中任一所述的電子電表，其中主電容器和變壓器的一次繞組以第一地為參考電位，而測量電路和變壓器的二次繞組以中線為參考電位。
全文摘要
一種由測量電路和電源電路組成的電子電表。電源電路由主電容器C
文檔編號G01R31/40GK1206111SQ9811603
公開日1999年1月27日 申請日期1998年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月17日
發(fā)明者布雷希姆·蔡姆 申請人:施藍(lán)姆伯格工業(yè)公司