一种用电信息采集系统模组化终端的电源交采模块技术方案

本发明专利技术涉及一种用电信息采集系统模组化终端的电源交采模块，模块包括：开关电源单元、三相交流电采集模块和接线端子；开关电源单元和三相交流电采集模块分别连接接线端子并通过接线端子接入三相交流电；本发明专利技术的开关电源采用主动式功率因数校正技术，大幅度提高终端功率因数，减小无功损耗，提高了电能利用率；电源初级侧电路与次级侧电路之间采用高耐压等级设计，提高了产品的可靠性；电源交采模块在交流电供电或后备电池供电时均可正常工作；使得用户使用灵活性强且更加高效可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用电信息采集系统，具体讲涉及一种用电信息采集系统模组化终 端的电源交采模块。
技术介绍
用电信息采集终端是智能用电设备中的重要组成部分，根据应用环境的不同可划 分为专变采集终端以及集中抄表终端两类。由于用电信息采集终端是构成用电信息采集系 统基础性产品，所以研发了种类繁多的终端产品，功能强大，运行稳定，但同时也存在诸多 不足和弊端：目前，一般将用电信息采集系统的电源电路与交采电路分开设计成两个单独的模 块，电源电路输入部分与交采电路采集部分电路相连，由于用电信息采集系统的输入电压 很高，如是两个模块，就需分别考虑两个模块绝缘性，这不仅造成用电信息采集终端空间上 的浪费，故障率也随之升高一倍。 用电信息采集系统电源具有输入电压高，负载范围宽的特点。通常用电信息采集 系统使用的是电力线上提供的三线或四线制交流电压，经整流后直流电压高达540V。用电 信息采集系统使用多种通讯模块，如通用分组无线业务（GPRS)模块，载波模块等。这些通 讯模块特点是通讯时瞬时功率大，为保证这些通讯模块运行可靠，通常将电源输出功率设 计为大于10W。普通的用电信息采集系统电源采用单端反激的拓扑结构，为满足输出功率， 要求具有15~25uF的整流后的滤波电容容量。 在用电信息采集系统正常工作时，平均功耗只有2~3W。由于滤波电容容量大、输 出功率小，输入电压高使得输入电流严重畸变，造成功率因数只有不到〇. 5,例如集中器设 备中，一般有载波模块，模块内的差模电容会增加无功损耗，使得功率因数更低，通常不到 0.4。这将造成宝贵的电能资源极大地浪费。 用电信息采集系统通常安装在电线杆高处变压器旁，在雷雨天，极容易受到雷击 浪涌影响，在打雷时，在电源输入端会感应出很高的电压，如果用电信息采集系统电源初级 侧电路与次级侧的电路隔离耐压不够，势必会造成初次级电路间放电击穿，损坏电路，影响 正常计量功能，造成损失。 交采电压采集回路的一次侧回路常使用限流电阻与电压互感器串联的方式，采用 的限流电阻数量少，这就使得电阻两端的电压高，容易发热损坏。若想降低功耗只能提高电 阻值，这使得采样回路的电流值过小，容易造成相对误差大。传统交采电路与接线端子无法 做到紧密的一体化，这给生产安装带来了不便。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用电信息采集系统模组化终端的电源交采 模块，开关电源采用主动式功率因数校正技术，大幅度提高终端功率因数，减小无功损耗， 提高了电能利用率；电源初级侧电路与次级侧电路之间采用高耐压等级设计，提高了产品 的可靠性；电源交采模块在交流电供电或后备电池供电时均可正常工作；使得用户使用灵 活性强且更加高效可靠。 本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的： 一种用电信息采集系统模组化终端的电源交采模块，其改进之处在于，所述模块 包括：开关电源单元、三相交流电采集模块和接线端子； 所述开关电源单元和所述三相交流电采集模块分别连接所述接线端子并通过所 述接线端子接入三相交流电； 所述开关电源单元用于将三相交流电转换为直流电，并将所述直流电输出至所述 三相交流电采集模块为所述三相交流电采集模块供电； 所述三相交流电采集模块用于采集和处理所述三相交流电，通过本地接口模块接 口将采集得到的正向有功脉冲和正向无功脉冲输出至所述电信息采集模块模组化终端的 本地接口模块； 所述三相交流电采集模块还用于将接收的所述直流电输出至所述电信息采集模 块模组化终端的处理显示模块为所述电信息采集模块模组化终端的处理显示模块供电。 优选的，所述开关电源单元由所述带有功率因数校正电路的三相滤波整流器组 成，其中所述三相滤波整流器的初级电路包括：二极管整流桥、依次串联的电阻RU电阻 R2、电阻R3、电阻R4、滤波电感L、功率因数校正控制器、开关管Q1、二极管D1、电容Cl和串 联的控制电路和高隔离变压器的初级侧；所述三相滤波整流器的次级电路包括：高隔离变 压器的次级侧、二极管D2、电容C2。 进一步的，所述二极管整流桥依次与所述依次串联的电阻RU电阻R2、电阻R3、电 阻R4、所述开关管Q1、所述电容CU所述串联的控制电路和高隔离变压器的初级侧并联，所 述电阻Rl与所述二极管整流桥的连接点与所述滤波电感L的一端连接，所述滤波电感L的 另一端连接与所述二极管整流桥并联的所述开关管Q1，所述电阻R3和所述电阻R4的连接 点与所述功率因数校正控制器的一端连接，所述功率因数校正控制器的另一端连接所述开 关管Ql，所述开关管Ql与所述滤波电感L的连接点与所述二极管Dl的一端连接，所述二极 管Dl的另一端连接与所述二极管整流桥并联的所述电容Cl ;所述高隔离变压器的次级侧 经所述二极管D2与所述电容C2并联。 进一步的，所述控制电路包括：开关管和控制反激电源控制管理芯片；所述电源 控制管理芯片根据输出电压反馈的信号控制所述开关管导通与关断，将直流电压斩波为含 直流成分的交流信号。 进一步的，所述功率因数校正控制器用于控制所述开关管Ql导通和关断，当所述 开关管Ql导通时，所述电感L上的电流波形会线性上升，直至与所述三相交流电的电压波 形一致时关断所述开关管Ql。 进一步的，所述二极管整流桥具有4个桥臂，即第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和 第四桥臂，用于将三相交流电转换为直流电。 进一步的，所述功率因数校正控制器的开关频率为250kHz。 进一步的，所述高隔离变压器包括：变压器骨架、初级侧和次级侧；其中所述初级 侧包括：初级绕组和辅助绕组，所述次级侧包括：次级绕组；所所述辅助绕组与所述初级绕 组之间设置一层绝缘胶带，所述初级绕组与所述次级绕组之间设置三层绝缘胶带；所述次 级绕组通过三重绝缘漆包线绕制，外侧设置两层绝缘胶带；所述初级绕组、辅助绕组和所述 次级绕组的两端分别增加5_挡墙，每层所述绝缘胶带能够耐高压3kv。 优选的，所述三相交流电采集模块包括：交采互感器、计量芯片、MCU、本地接口模 块接口单元、本地通信模块接口单元和处理显示模块接口单元；所述交采互感器与所述计 量芯片和所述MCU依次连接；所述计量芯片与所述本地接口模块接口单元连接；所述MCU 与所述处理显示模块接口单元连接。 进一步的，所述交采互感器由三相电流互感器和精密电阻组成，每7个精密电阻 与所述交采互感器的一次侧回路串联，组成采样回路；所述交采互感器的二次侧回路将转 换后的电流输出至所述计量芯片，供所述计量芯片采样。 进一步的，所述计量芯片用于采集所述交采互感器转换后的电流的正向有功脉冲 和正向无功脉冲，并通过所述本地接口模块接口单元输出至所述用电信息采集系统模组化 终端的本地接口模块。 进一步的，所述本地接口模块接口单元包括：正向有功脉冲接口、正向无功脉冲接 口和接地接口。 进一步的，所述本地通信模块接口单元连接接线端子，并接入三相交流电，所述本 地通信模块接口单元还用于连接所述电信息采集模块模组化终端的本地通信模块，并将所 述三相交流电输出至所述电信息采集模块模组化终端的本地通信模块。 进一步的，所述MCU用于控制所述计量芯片的下发数据和召测数据，同时通过所 述处理显示模块接口单元控制所述用电信息采集系统模组化终端的电源交采模块和所述 用电信息采集系统模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用电信息采集系统模组化终端的电源交采模块，其特征在于，所述模块包括：开关电源单元、三相交流电采集模块和接线端子；所述开关电源单元和所述三相交流电采集模块分别连接所述接线端子并通过所述接线端子接入三相交流电；所述开关电源单元用于将三相交流电转换为直流电，并将所述直流电输出至所述三相交流电采集模块为所述三相交流电采集模块供电；所述三相交流电采集模块用于采集和处理所述三相交流电，通过本地接口模块接口将采集得到的正向有功脉冲和正向无功脉冲输出至所述电信息采集模块模组化终端的本地接口模块；所述三相交流电采集模块还用于将接收的所述直流电输出至所述电信息采集模块模组化终端的处理显示模块为所述电信息采集模块模组化终端的处理显示模块供电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阿辽沙·叶，唐悦，刘宣，徐英辉，颜庭乔，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11