一種用電信息采集系統模組化終端的電源交采模塊技術方案

本實用新型專利技術涉及一種用電信息采集系統模組化終端的電源交采模塊，所述模塊包括：開關電源單元、三相交流電采集模塊和接線端子；開關電源單元和三相交流電采集模塊分別連接接線端子并通過接線端子接入三相交流電；本實用新型專利技術的開關電源采用主動式功率因數校正技術，大幅度提高終端功率因數，減小無功損耗，提高了電能利用率；電源初級側電路與次級側電路之間采用高耐壓等級設計，提高了產品的可靠性；電源交采模塊在交流電供電或后備電池供電時均可正常工作；使得用戶使用靈活性強且更加高效可靠。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種用電信息采集系統，具體講涉及一種用電信息采集系統模組化終端的電源交采模塊。
技術介紹
用電信息采集終端是智能用電設備中的重要組成部分，根據應用環境的不同可劃分為專變采集終端以及集中抄表終端兩類。由于用電信息采集終端是構成用電信息采集系統基礎性產品，所以研發了種類繁多的終端產品，功能強大，運行穩定，但同時也存在諸多不足和弊端：目前，一般將用電信息采集系統的電源電路與交采電路分開設計成兩個單獨的模塊，電源電路輸入部分與交采電路采集部分電路相連，由于用電信息采集系統的輸入電壓很高，如是兩個模塊，就需分別考慮兩個模塊絕緣性，這不僅造成用電信息采集終端空間上的浪費，故障率也隨之升高一倍。用電信息采集系統電源具有輸入電壓高，負載范圍寬的特點。通常用電信息采集系統使用的是電力線上提供的三線或四線制交流電壓，經整流后直流電壓高達540V。用電信息采集系統使用多種通訊模塊，如通用分組無線業務(GPRS)模塊,載波模塊等。這些通訊模塊特點是通訊時瞬時功率大，為保證這些通訊模塊運行可靠，通常將電源輸出功率設計為大于10W。普通的用電信息采集系統電源采用單端反激的拓撲結構，為滿足輸出功率，要求具有15～25uF的整流后的濾波電容容量。在用電信息采集系統正常工作時，平均功耗只有2～3W。由于濾波電容容量大、輸出功率小，輸入電壓高使得輸入電流嚴重畸變，造成功率因數只有不到0.5，例如集中器設備中，一般有載波模塊，模塊內的差模電容會增加無功損耗，使得功率因數更低，通常不到0.4。這將造成寶貴的電能資源極大地浪費。用電信息采集系統通常安裝在電線桿高處變壓器旁，在雷雨天，極容易受到雷擊浪涌影響，在打雷時，在電源輸入端會感應出很高的電壓，如果用電信息采集系統電源初級側電路與次級側的電路隔離耐壓不夠，勢必會造成初次級電路間放電擊穿，損壞電路，影響正常計量功能，造成損失。交采電壓采集回路的一次側回路常使用限流電阻與電壓互感器串聯的方式，采用的限流電阻數量少，這就使得電阻兩端的電壓高，容易發熱損壞。若想降低功耗只能提高電阻值，這使得采樣回路的電流值過小，容易造成相對誤差大。傳統交采電路與接線端子無法做到緊密的一體化，這給生產安裝帶來了不便。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本技術提供一種用電信息采集系統模組化終端的電源交采模塊，開關電源采用主動式功率因數校正技術，大幅度提高終端功率因數，減小無功損耗，提高了電能利用率；電源初級側電路與次級側電路之間采用高耐壓等級設計，提高了產品的可靠性；電源交采模塊在交流電供電或后備電池供電時均可正常工作；使得用戶使用靈活性強且更加高效可靠。本技術的目的是采用下述技術方案實現的：一種用電信息采集系統模組化終端的電源交采模塊，其改進之處在于，所述模塊包括：開關電源單元、三相交流電采集模塊和接線端子；所述開關電源單元和所述三相交流電采集模塊分別連接所述接線端子；所述三相交流電采集模塊通過本地接口模塊接口分別與所述電信息采集模塊模組化終端的本地接口模塊和所述電信息采集模塊模組化終端的處理顯示模塊連接；優選的，所述開關電源單元由帶有功率因數校正電路的三相濾波整流器組成，其中所述三相濾波整流器的初級電路包括：二極管整流橋、依次串聯的電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、濾波電感L、功率因數校正控制器、開關管Q1、二極管D1、電容C1和串聯的控制電路和高隔離變壓器的初級側；所述三相濾波整流器的次級電路包括：高隔離變壓器的次級側、二極管D2、電容C2。進一步的，所述二極管整流橋依次與所述依次串聯的電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、所述開關管Q1、所述電容C1、所述串聯的控制電路和高隔離變壓器的初級側并聯，所述電阻R1與所述二極管整流橋的連接點與所述濾波電感L的一端連接，所述濾波電感L的另一端連接與所述二極管整流橋并聯的所述開關管Q1，所述電阻R3和所述電阻R4的連接點與所述功率因數校正控制器的一端連接，所述功率因數校正控制器的另一端連接所述開關管Q1，所述開關管Q1與所述濾波電感L的連接點與所述二極管D1的一端連接，所述二極管D1的另一端連接與所述二極管整流橋并聯的所述電容C1；所述高隔離變壓器的次級側經所述二極管D2與所述電容C2并聯。進一步的，所述二極管整流橋具有4個橋臂，即第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和第四橋臂。進一步的，所述功率因數校正控制器的開關頻率為250kHz。進一步的，所述高隔離變壓器包括：變壓器骨架、初級側和次級側；其中所述初級側包括：初級繞組和輔助繞組，所述次級側包括：次級繞組；所所述輔助繞組與所述初級繞組之間設置一層絕緣膠帶，所述初級繞組與所述次級繞組之間設置三層絕緣膠帶；所述次級繞組通過三重絕緣漆包線繞制，外側設置兩層絕緣膠帶；所述初級繞組、輔助繞組和所述次級繞組的兩端分別增加5mm擋墻，每層所述絕緣膠帶能夠耐高壓3kv。優選的，所述三相交流電采集模塊包括：交采互感器、計量芯片、MCU、本地接口模塊接口單元、本地通信模塊接口單元和處理顯示模塊接口單元；所述交采互感器與所述計量芯片和所述MCU依次連接；所述計量芯片與所述本地接口模塊接口單元連接；所述MCU與所述處理顯示模塊接口單元連接。進一步的，所述交采互感器由三相電流互感器和精密電阻組成，每7個精密電阻與所述交采互感器的一次側回路串聯，組成采樣回路；所述交采互感器的二次側回路與所述計量芯片連接。進一步的，所述本地接口模塊接口單元包括：正向有功脈沖接口、正向無功脈沖接口和接地接口。進一步的，所述本地通信模塊接口單元分別與接線端子和電信息采集模塊模組化終端的本地通信模塊連接。進一步的，所述處理顯示模塊接口單元包括：電源VDD接口、地GND接口、接收RXD接口和發送TXD接口。與最接近的現有技術比，本技術提供的技術方案具有以下有益效果：1)本技術提供的技術方案，將電源電路與三相交流電采集電路合并為一個模塊，減小了用電信息采集終端的體積，優化了生產，提高了可靠性；2)開關電源使用了三相功率因數校正電路，三相電經整流電路之后，引入三相功率因數校正器；采樣三相整流后的輸入電壓波形，通過開關管控制輸入電流波形的方式，同時功率因數校正控制器開關頻率為250kHz,遠遠高于輸入頻率50Hz，提高用電信息采集系統的功率因數，使得三相交流輸出功率2～3W時功率因數高于0.8，減小無功損耗，提高了電能利用率；3)使用高隔離度變壓器，該變壓器包含三本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用電信息采集系統模組化終端的電源交采模塊，其特征在于，所述模塊包括：開關電源單元、三相交流電采集模塊和接線端子；所述開關電源單元和所述三相交流電采集模塊分別連接所述接線端子；所述三相交流電采集模塊通過本地接口模塊接口分別與所述電信息采集模塊模組化終端的本地接口模塊和所述電信息采集模塊模組化終端的處理顯示模塊連接。

【技術特征摘要】
1.一種用電信息采集系統模組化終端的電源交采模塊，其特征在于，所述模塊包括：開關電源單元、三相交流電采集模塊和接線端子；
所述開關電源單元和所述三相交流電采集模塊分別連接所述接線端子；
所述三相交流電采集模塊通過本地接口模塊接口分別與所述電信息采集模塊模組化終端的本地接口模塊和所述電信息采集模塊模組化終端的處理顯示模塊連接。
2.如權利要求1所述的模塊，其特征在于，所述開關電源單元由帶有功率因數校正電路的三相濾波整流器組成，其中所述三相濾波整流器的初級電路包括：二極管整流橋、依次串聯的電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、濾波電感L、功率因數校正控制器、開關管Q1、二極管D1、電容C1和串聯的控制電路和高隔離變壓器的初級側；所述三相濾波整流器的次級電路包括：高隔離變壓器的次級側、二極管D2、電容C2。
3.如權利要求2所述的模塊，其特征在于，所述二極管整流橋依次與所述依次串聯的電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、所述開關管Q1、所述電容C1、所述串聯的控制電路和高隔離變壓器的初級側并聯，所述電阻R1與所述二極管整流橋的連接點與所述濾波電感L的一端連接，所述濾波電感L的另一端連接與所述二極管整流橋并聯的所述開關管Q1，所述電阻R3和所述電阻R4的連接點與所述功率因數校正控制器的一端連接，所述功率因數校正控制器的另一端連接所述開關管Q1，所述開關管Q1與所述濾波電感L的連接點與所述二極管D1的一端連接，所述二極管D1的另一端連接與所述二極管整流橋并聯的所述電容C1；所述高隔離變壓器的次級側經所述二極管D2與所述電容C2并聯。
4.如權利要求2所述的模塊，其特征在于，所述二極管整流橋具有4個橋臂，即第一橋臂、第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：阿遼沙葉，祝恩國，劉宣，徐英輝，馬成有，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，國家電網公司，
類型：新型
國別省市：北京;11