智能电能表电源相关设计优化研究

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1、智能电能表电源相关设计优化研究陆春光，沈建良，周佑，章江铭，杨思洁，徐韬（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）摘要：随着智能电能表在电网中大量应用，保障电能表安全可靠运行成了日益重要的问题。针对电能表电池欠压问题，本文结合典型案例及电路设计，深入分析故障发生原因，并用软件仿真的方法，提出了软硬件方面的设计优化思路，对提高智能电能表电源系统可靠性具有重要意义。关键词：智能电能表；时钟电池；欠压故障；软硬件设计；电路仿真中图分类号：TM933.4文献标识码：B文章编号：1001-1390(2017)00-0000-00ResearchontheImprovedim

2、provedPowerpowerSourcesourceDesigndesignforSmartsmartMetermeterLuChunguang,ShenJianliang,ZhouYou,ZhangJiangming,YangSijie,XuTao(StateGridZhejiangElectricPowerResearchInstitute,Hangzhou310014,China)Abstract：:Withthewideuseapplicationofsmartmetersinpowergrid，,thesafetyandreliabilityofsmartmet

3、ersbecomeanincreasinglyimportantsubject.Basedontypicalmalfunctioncaseandcircuitdesign,thispaperanalyzedthemaincausesoflowbatteryvoltagemalfunction.Andanimproveddesignwasproposedbysoftwaresimulation,whichimprovedthereliabilityofpowersourceandreducedthepowerconsumptionofmeterssysteminsmartmet

4、ers.Keywords：:smartmeter,clockbattery,lowvoltagemalfunction,softwareandhardwaredesign,circuitsimulation60引言随着智能电能表在电网中大量应用，因电池欠压而引起的问题较为突出[1-3]。本文通过分析智能电能表电源相关部分电路典型设计，对电能表出现电池欠压问题的原因进行了分析，结合相应仿真数据提出了针对性的改进措施。1典型故障案例某公司生产的单相智能电能表在现场运行时出现电池欠压问题，将电能表拆回在实验室内进行分析试验，发现电能表在停电过程中出现反复重启的现象。利用示波器对电能

5、表主工作电压以及MCU向E2PROM存储器保存数据端口电压进行监测，掉电过程中电压波形如图1所示。其中上方波形为保存数据端口电压波形，下方波形为主工作电压波形。6图1电能表掉电过程中电压波形Fig.1ThewWaveformofvoltageduringmeterpowerfailurefail从电压监测波形可以看出，MCU向E2PROM存储器保存数据操作时间超过120ms，在主电工作电压已经降到3V以下时仍在写入数据，此时监测到电能表电池处于持续放电状态，放电电流约为1mA。0智能电能表电源相关软硬件典型设计2.1供电电源及掉电检测电路以单相智能电能表为例，电能表的供电电源

6、部分电路典型设计如图2所示。电网系统正常供电时，交流220V电压通过变压器T1变压、整流桥堆DB1整流、稳压芯片VS1稳压、电容滤波等环节后，形成主工作电源+5V，供电能表正常工作。同时通过检测主工作电源+5V电压判断是否掉电，低于检测阀值即认为掉电。6图2电能表工作电源电路原理图Fig.2Schematicdiagramofpowersupplycircuit62.2电池周边电路时钟芯片、电池周边电路典型设计如图3所示。主工作电源+5V与3.6V电池通过双二极管进行切换，电网交流220V电压供电时，主工作电源+5V侧二极管D1导通，电池侧二极管D2截止，由主工作电源+5V供

7、电；电能表掉电后，主工作电源+5V侧二极管D1截止，电池侧二极管D2导通，由电池供电，此时由V_CPU供电的元器件主要有CPU、时钟芯片RTC、液晶LCD、E2PROM存储器、按键等，电池功耗在液晶不显示时约为20μA，在液晶显示时约为30μA。图3电池周边电路原理图Fig.3Schematicdiagramofcircuitaroundclockbattery2.3掉电后软件程序操作过程电能表检测到掉电后，进行必要的操作后，应尽快进入低功耗状态，各生产厂家电能表CPU的软件处理程序大致相同，主要包括以