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一种针对于电表计量芯片的低电流供电方法


龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 一种针对于电表计量芯片的低电流供电方法 作者:李晓光 来源:《科技创新与应用》2014 年第 23 期 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。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 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

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