[实用新型]一种用于带通信模块电能表的电源及继电器驱动电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及电能表电路线路设计，主要是涉及带通信模块及继电器驱动的且该通信模块与强电之间有4000V电气隔离要求的电能表。 

背景技术

2013版国家电网公司要求电能表的通信模块及辅助端子与强电之间有4000V电气隔离以保护人身安全，目前大致有两种方案：第一种是采用计量前端与MCU分开的分离方案，该分离方案的电气隔离位于计量前端与MCU之间，该方案的缺点是：MCU与通信模块直接连接，中间没有电气隔离，当通信模块受到外界干扰时，MCU也同时受到干扰，而MCU是电能表的核心部分，一旦受到干扰，电能表就容易发生故障。同时该方案也限制了SOC芯片在电能表中的应用，而SOC电能表方案具有成本低、数据可靠等特点。该方案还有一个缺点是当通信模块为载波模块且电能表还带有IC卡接口时导致IC卡接口和强电之间达不到4000V电气隔离要求，因为载波模块技术条件中规定其强电与弱电间的电气隔离强度为2500V。第二种是设计电源变压器有两组大负载绕组输出，这两组大负载绕组输出与强电原边均有4000V电气隔离，一组输出供计量前端和MCU及继电器驱动电路共用，另一组输出供通信模块及RS485电路共用，该方案的缺点是：由于需要两组大负载绕组输出，增加了电源变压器的成本和体积。同样也导致当通信模块为载波模块时强电与RS485弱电端子之间的电气隔离强度达不到4000V的要求，因为载波模块技术条件中规定其强电与弱电间的电气隔离强度为2500V。 

发明内容

针对现有技术缺陷，本实用新型要解决的技术问题就是要设计一种新的电源电路及继电器驱动电路，使该电路既适用于SOC方案，又适用于计量前端与MCU分开的分离方案，还要保证通信模块与强电之间有4000V电气隔离，同时不增加电源变压器成本和体积，同时也保障当通信模块为载波模块时不降低电能表所要求的4000V电气隔离强度。 

本实用新型所述的一种用于带通信模块电能表的电源及继电器驱动电路，包括：有三组输出的电源变压器，其中一组为原边自耦输出，负载能力小于等于50mA；另两组为隔离输出，一组为大负载输出，负载能力大于100mA，另一组为弱负载输出，负载能力小于等于30mA；还包括继电器驱动输入电路、继电器驱动输出电路、以及位于该输入输出电路之间的光耦隔离电路；还包括通信模块数字信号弱电接口与MCU之间的光耦隔离电路、RS485与MCU之间的光耦隔离电路、以及计量前端和MCU、SOC、RS485电路、全波整流电路、半波整流电路及继电器。 

本实用新型的工作原理如下所述：小于等于50mA的自耦绕组输出经半波整流及稳压器后供计量前端与MCU或SOC供电；小于等于30mA的隔离绕组输出经半波整流及稳压器后供RS485电路供电；大于100mA的隔离绕组输出经全波整流后及稳压器后供通信模块电路及继电器驱动输出电路供电。MCU或SOC通过光耦隔离与RS485电路、通信模块电路、继电器驱动输出电路之间达成信号交换且具有4000V电气隔离强度；由于通信模块处于发送状态时及继电器驱动电路驱动继电器动作时均产生较大电流，故通过MCU或SOC来控制分时驱动这两部分电路。 

附图说明

图1是本实用新型的原理框图； 

图2是电源电路及光耦隔离电路示意图； 

图3是SOC电路示意图。 

具体实施方式

以SOC方案为例，参照附图2，强电220V从电源变压器T1原边输入，共产生三组电源输出，T1的2、3绕组为负载能力小于等于50mA的自耦输出，经二极管D5半波整流及U6稳压用于给SOC U20电路供电；T1的4、5绕组为负载能力小于等于30mA的隔离输出，经二极管D6半波整流及U8稳压用于给RS485电路供电；T1的6、7绕组为负载能力大于100mA的隔离输出，经整流堆U12全波整流及U11稳压后用于给通信模块电路及继电器驱动输出电路供电。 

参照附图2和附图3，SOC U20的IO引脚21~24及引脚41~42通过光耦U14~U19与载波通信模块电路构成隔离的通信接口；通过光耦U1和U2与继电器驱动输出电路三极管Q1、Q2、Q3、Q4及电阻R2、R3、R5、R6实现继电器驱动隔离，继电器驱动输入电路为电阻R1和R4；通过光耦U9、U10与RS485电路实现通信与控制功能。 

为了降低对电源变压器T1的6、7绕组输出电流的要求，通过SOC软件程序控制分时使用继电器驱动及载波发送。