一种针对于电表计量芯片的低电流供电方法

摘 要：文章介绍了一种基于电容耦合的改进型电源方案，主要应用于低成本的单相智能电表中。这种方法无需使用传统的变压器和高耐压的电容，通常在200nF～680nF范围内产生的电压降。这种方法简单、经济，虽然由于其小负载电流的特性导致效率不高，但是很适用于低电流的智能电表芯片应用环境。

关键词：智能电表；低电流供电；方法

传统的电表计量芯片供电一般使用桥式整流电路，将220V交流电转换为12～15V直流电压，然后提供给诸如LM78XX系列电源芯片，为后端的IC及相关数字电路供电。其原理图如图1所示，其中图（a）、（b）、（c）是它的三种不同画法。

图1

桥式整流电路是由电源变压器、四只整流二极管D1～4和负载电阻RL组成。四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。

桥式整流电路的工作原理如图2所示。在u2的正半周，D1、D3导通，D2、D4截止，电流由TR次级上端经D1→RL→D3回到TR次级下端，在负载RL上得到一半波整流电压。

图2

在u2的负半周，D1、D3截止，D2、D4导通，电流由Tr次级的下端经D2→RL→D4回到Tr次级上端，在负载RL上得到另一半波整流电压。这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电流的计算与全波整流相同，即

UL=0.9U2

IL=■

而流过每个二极管的平均电流为ID=■=0.45■

每个二极管所承受的最高反向电压为URM=■×U2（全波整流的一半）

上述方法用于电源测量IC供电时，成本较高，漏电流较大。下面介绍一款基于电容耦合原理的改进型供电电路。

本电路在正反两半波的AC输入都可工作，这区别于传统的半波整流，可以为交流电源提供一个平衡的负载。其低电流电源的工作原理是，使用相同的电流对几个电容器同时充电，从而获得更高的能量储存效率。对相同的负载只需要较低的输入电流，这样可以降低输入电容的容值，进而降低成本。并且这个电路还可以根据负载的情况对电路进行“模块化”的增减，通过并联更多的电容，可以在输入同样电流的条件下实现更多的能量输出。

电路原理图见图3。

图3

工作过程：该电路的工作过程涉及到两个不同的机制：在充电周期，各个小电容器处于充电状态；在放电周期，先前充电的电容再将电量充至大容量电容C3。

正充电周期：当零线电压高于火线时，C2充电（通过D1和D2）。

负充电周期：当零线电压高于火线时，C3以及和其串联的C6和C5充电（经D4，D7，和D8），实现了用相同的电流给所有电容器充电的优势。

正放电循环：C6和C5并联放电到C3（通过Q2和Q3）。

负放电循环：C2放电到C3（通过Q1和D3）。

下面是针对这款电路的实际测试结果：

针对不同交流频率的工作稳定性：表1给出了在不同交流电频率下，该电路的工作状态。如表2所示：即使是在最低输入频率的条件下，该电路都可以在0.5秒后的实现电压稳定。

表1 低电流电源的频率特性

针对不同交流输入电压的工作稳定性：表2给出了该电路在50Hz不同交流电压条件下的工作状态（负载电流8mA）。

表2 低电流电源的电压特性

大负载条件下的工作稳定性：表3将负载电流提升至20mA（极限状态），输入240V、50Hz条件下的工作状态

表3 低电流电源的负载特性

如果提高输入电容C1的容值，则可以提供更大的负载电流，表4给出了C1=470nF时电路的工作状态。

结束语

相比于传统的交流桥式整流电路，文章介绍的基于电容耦合原理的改进型供电方案，成本更低、体积更小、器件可靠性更高，更符合低成本单相智能电表的应用环境。

参考文献

[1]尤利平.浅析高能效智能电表电源管理和省电方式[Z].电源技术应用[Z].2012-11-15.

[2]邵氡海.基于IEC62056的三相智能电表设计与实现[D].湖南大学，2012.

[3]张学轶.小电流互感器专用电源的研制[M].山西机械，2000.

作者简介：李晓光（1980，12-），工程师，民族：汉，主要从事有线电视、移动通讯等方面的技术规划和技术实现。

摘 要：文章介绍了一种基于电容耦合的改进型电源方案，主要应用于低成本的单相智能电表中。这种方法无需使用传统的变压器和高耐压的电容，通常在200nF～680nF范围内产生的电压降。这种方法简单、经济，虽然由于其小负载电流的特性导致效率不高，但是很适用于低电流的智能电表芯片应用环境。

关键词：智能电表；低电流供电；方法

传统的电表计量芯片供电一般使用桥式整流电路，将220V交流电转换为12～15V直流电压，然后提供给诸如LM78XX系列电源芯片，为后端的IC及相关数字电路供电。其原理图如图1所示，其中图（a）、（b）、（c）是它的三种不同画法。

图1

桥式整流电路是由电源变压器、四只整流二极管D1～4和负载电阻RL组成。四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。

桥式整流电路的工作原理如图2所示。在u2的正半周，D1、D3导通，D2、D4截止，电流由TR次级上端经D1→RL→D3回到TR次级下端，在负载RL上得到一半波整流电压。

图2

在u2的负半周，D1、D3截止，D2、D4导通，电流由Tr次级的下端经D2→RL→D4回到Tr次级上端，在负载RL上得到另一半波整流电压。这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电流的计算与全波整流相同，即

UL=0.9U2

IL=■

而流过每个二极管的平均电流为ID=■=0.45■

每个二极管所承受的最高反向电压为URM=■×U2（全波整流的一半）

上述方法用于电源测量IC供电时，成本较高，漏电流较大。下面介绍一款基于电容耦合原理的改进型供电电路。

本电路在正反两半波的AC输入都可工作，这区别于传统的半波整流，可以为交流电源提供一个平衡的负载。其低电流电源的工作原理是，使用相同的电流对几个电容器同时充电，从而获得更高的能量储存效率。对相同的负载只需要较低的输入电流，这样可以降低输入电容的容值，进而降低成本。并且这个电路还可以根据负载的情况对电路进行“模块化”的增减，通过并联更多的电容，可以在输入同样电流的条件下实现更多的能量输出。

电路原理图见图3。

图3

工作过程：该电路的工作过程涉及到两个不同的机制：在充电周期，各个小电容器处于充电状态；在放电周期，先前充电的电容再将电量充至大容量电容C3。

正充电周期：当零线电压高于火线时，C2充电（通过D1和D2）。

负充电周期：当零线电压高于火线时，C3以及和其串联的C6和C5充电（经D4，D7，和D8），实现了用相同的电流给所有电容器充电的优势。

正放电循环：C6和C5并联放电到C3（通过Q2和Q3）。

负放电循环：C2放电到C3（通过Q1和D3）。

下面是针对这款电路的实际测试结果：

针对不同交流频率的工作稳定性：表1给出了在不同交流电频率下，该电路的工作状态。如表2所示：即使是在最低输入频率的条件下，该电路都可以在0.5秒后的实现电压稳定。

表1 低电流电源的频率特性

针对不同交流输入电压的工作稳定性：表2给出了该电路在50Hz不同交流电压条件下的工作状态（负载电流8mA）。

表2 低电流电源的电压特性

大负载条件下的工作稳定性：表3将负载电流提升至20mA（极限状态），输入240V、50Hz条件下的工作状态

表3 低电流电源的负载特性

如果提高输入电容C1的容值，则可以提供更大的负载电流，表4给出了C1=470nF时电路的工作状态。

结束语

相比于传统的交流桥式整流电路，文章介绍的基于电容耦合原理的改进型供电方案，成本更低、体积更小、器件可靠性更高，更符合低成本单相智能电表的应用环境。

参考文献

[1]尤利平.浅析高能效智能电表电源管理和省电方式[Z].电源技术应用[Z].2012-11-15.

[2]邵氡海.基于IEC62056的三相智能电表设计与实现[D].湖南大学，2012.

[3]张学轶.小电流互感器专用电源的研制[M].山西机械，2000.

作者简介：李晓光（1980，12-），工程师，民族：汉，主要从事有线电视、移动通讯等方面的技术规划和技术实现。

摘 要：文章介绍了一种基于电容耦合的改进型电源方案，主要应用于低成本的单相智能电表中。这种方法无需使用传统的变压器和高耐压的电容，通常在200nF～680nF范围内产生的电压降。这种方法简单、经济，虽然由于其小负载电流的特性导致效率不高，但是很适用于低电流的智能电表芯片应用环境。

关键词：智能电表；低电流供电；方法

传统的电表计量芯片供电一般使用桥式整流电路，将220V交流电转换为12～15V直流电压，然后提供给诸如LM78XX系列电源芯片，为后端的IC及相关数字电路供电。其原理图如图1所示，其中图（a）、（b）、（c）是它的三种不同画法。

图1

桥式整流电路是由电源变压器、四只整流二极管D1～4和负载电阻RL组成。四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。

桥式整流电路的工作原理如图2所示。在u2的正半周，D1、D3导通，D2、D4截止，电流由TR次级上端经D1→RL→D3回到TR次级下端，在负载RL上得到一半波整流电压。

图2

在u2的负半周，D1、D3截止，D2、D4导通，电流由Tr次级的下端经D2→RL→D4回到Tr次级上端，在负载RL上得到另一半波整流电压。这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电流的计算与全波整流相同，即

UL=0.9U2

IL=■

而流过每个二极管的平均电流为ID=■=0.45■

每个二极管所承受的最高反向电压为URM=■×U2（全波整流的一半）

上述方法用于电源测量IC供电时，成本较高，漏电流较大。下面介绍一款基于电容耦合原理的改进型供电电路。

本电路在正反两半波的AC输入都可工作，这区别于传统的半波整流，可以为交流电源提供一个平衡的负载。其低电流电源的工作原理是，使用相同的电流对几个电容器同时充电，从而获得更高的能量储存效率。对相同的负载只需要较低的输入电流，这样可以降低输入电容的容值，进而降低成本。并且这个电路还可以根据负载的情况对电路进行“模块化”的增减，通过并联更多的电容，可以在输入同样电流的条件下实现更多的能量输出。

电路原理图见图3。

图3

工作过程：该电路的工作过程涉及到两个不同的机制：在充电周期，各个小电容器处于充电状态；在放电周期，先前充电的电容再将电量充至大容量电容C3。

正充电周期：当零线电压高于火线时，C2充电（通过D1和D2）。

负充电周期：当零线电压高于火线时，C3以及和其串联的C6和C5充电（经D4，D7，和D8），实现了用相同的电流给所有电容器充电的优势。

正放电循环：C6和C5并联放电到C3（通过Q2和Q3）。

负放电循环：C2放电到C3（通过Q1和D3）。

下面是针对这款电路的实际测试结果：

针对不同交流频率的工作稳定性：表1给出了在不同交流电频率下，该电路的工作状态。如表2所示：即使是在最低输入频率的条件下，该电路都可以在0.5秒后的实现电压稳定。

表1 低电流电源的频率特性

针对不同交流输入电压的工作稳定性：表2给出了该电路在50Hz不同交流电压条件下的工作状态（负载电流8mA）。

表2 低电流电源的电压特性

大负载条件下的工作稳定性：表3将负载电流提升至20mA（极限状态），输入240V、50Hz条件下的工作状态

表3 低电流电源的负载特性

如果提高输入电容C1的容值，则可以提供更大的负载电流，表4给出了C1=470nF时电路的工作状态。

结束语

相比于传统的交流桥式整流电路，文章介绍的基于电容耦合原理的改进型供电方案，成本更低、体积更小、器件可靠性更高，更符合低成本单相智能电表的应用环境。

参考文献

[1]尤利平.浅析高能效智能电表电源管理和省电方式[Z].电源技术应用[Z].2012-11-15.

[2]邵氡海.基于IEC62056的三相智能电表设计与实现[D].湖南大学，2012.

[3]张学轶.小电流互感器专用电源的研制[M].山西机械，2000.

作者简介：李晓光（1980，12-），工程师，民族：汉，主要从事有线电视、移动通讯等方面的技术规划和技术实现。