智能电能表电源设计技术探讨

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1、智能电能表电源设计技术探讨李向锋浙江正泰仪器仪表有限责任公司目录一、智能电表中的线性电源设计二、智能电能表开关电源设计三、智能电能表先进开关电源--PFC设计四、国内外智能电表开关电源实例介绍五、隔离变压器与DC-DC应用智能电能表工作原理三相智能电能表工作原理智能电表中的线性电源设计线性电源智能电表由MCU、显示与驱动、计量、通讯（含模块）、存储、电源与管理等部分组成。优秀的电源设计是电能表可靠运行的基本保障。线性电源具有设计和制造简单、适应性强、可靠性经过大批量验证、成本较低、抗干扰能力强、纹波电压小等优点，已经成为智能电表的

2、主流。缺点是：电压工作范围窄、功率密度小、效率低、功率因数低。智能电表线性电源组成智能电表电子电路工作时都需要直流电源提供能量；电池因使用费用高，一般只用于维持实时时钟，以及使用频次不高的停电显示和抄表。滤波电路是将脉动直流中的交流成分整流电路是将工频交流电转为具有直滤除，减少交流成分，增加直流成分。流电成分的脉动直流电。稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。智能电能表的线性电源电源单元电解电容压敏电阻，抗浪涌实验热敏电阻，1.9倍过电压保护电池容量检测电路电池智能电能表的线性电源电源单元线性电源体积大，功率密度仅0.1~

3、0.2W/cm3,平均效率40%~50%智能电能表的线性电源工频变压器设计要点1．铁芯的选择SKP1（1）计算变压器次级总功率P2P2i（2）变压器本身损耗应按次级总功率的30%~50%计算P1(1.3~1.5)P2（3）铁芯型式与有效截面积—矽钢片（R型/C型/环型）Sab（4）10W以下小功率变压器K=2.0~2.22.原副变匝数计算（1）选定矽钢片材质（表面有鳞片结晶最佳）（2）每伏匝数N（40~55）/S（3）考虑导线电阻，次级应放大5%~10%（由电流大小确定）3.漆包线线径选择：3A/cm2（I—A,d—mm）d0.65~

4、0.8I4.阻燃骨架与高强度漆包线绕制（逐圈密排、层叠绕制）5.绝缘控制（4kVAC@5mA/min）6.浸漆与灌封7.符合GB19212.7-2006《一般用途隔离变压器特殊要求》智能电能表的线性电源工频变压器设计数据智能电能表的线性电源线性电源FMEA1.变压器漏磁严重，干扰计量，影响EMC性能2.变压器绝缘强度不足，雷电等易击穿，损坏电表3.变压器铁芯锈蚀，导致输出能力下降，严重时影响通信、计量等正常工作4.载波、光纤、GPRS等智能电表工作瞬间功率大，变压器设计容量不足会导致输出能力不足，严重时影响通信、计量等正常工作（电表复位、死机等）

5、智能电能表的开关电源开关电源功能框图工频高频高频交流整流直流高频交流交流高频脉动直流直流变压器滤波器电路逆变整流整流电路是将工频交流电转为具有直逆变电路是将直流电通过PWM方式流电成分的脉动直流电。控制的开关管转为高频脉冲交流电（20kHz~132kHz之间）。滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。智能电能表的开关电源小功率反激式开关电源原理框图PWM控制电路OffOn智能电能表的开关电源小功率反激式开关电源MOS管保护智能电能表的开关电源小功率反激式开关电源的优点1.功率输出小，效率高2.输入输出电压和电流可调范

6、围宽、响应速度快3.设计简单、成本低4.功率密度适中，易于模块化5.技术方案选项多，有成熟设计可参考6.输入输出容易实现隔离智能电能表的开关电源单相智能电表开关电源典型设计智能电能表的开关电源智能电能表的开关电源反激式开关电源变压器是核心部件1.采用与开关电源控制芯片配套的专用设计软件进行变压器设计2.需要配套设计EMI抑制、MOS保护、过热和过载保护等3.变压器的加工要求非常高（气隙、绝缘、绕制方式等）4.开关电源配套的开关管、光耦、二极管的速度要求较高，否则影响开关电源的效率5.PCB布局有特殊要求智能电能表的开关电源开关电源的输入EMI抑

7、制智能电能表的开关电源开关电源电磁干扰（EMI）的产生机理开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种；若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。现在按噪声干扰源来分别说明：1、二极管的反向恢复时间引起的干扰高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。2、开关管工作时产生的谐波干扰功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流，其中含

8、有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时，这种谐波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压