开关电源在电子式电能表中的应用.pdfVIP

86 机电技术 2011年8月 开关电源在电子式电能表中的应用 卢佳慧 (福建省机械科学研究院，福建 福州 350005) 摘 要：介绍开关电源的组成及工作原理，电子式电表对开关电源的特殊要求；以TOPSwitch．HX 开关电源芯片 作为案例，针对电磁兼容、雷击浪涌以及 1．9倍过压的设计进行论述。 关键词：电子式电能表：开关电源；TOPSwitch．HX芯片应用 中图分类号：TM933．4 TN86 文献标识码：A 文章编号：1672—4801(2011)04-086-03 随着 电子式 电能表功能的不断增加，以及 目 图1是开关电源 的典型原理图，主要由整流， 前国家智能电网的改造，电子式电能表具有GPRS 纹波，高频变压器，输出DC 电压电路，反馈输 通信、电力载波通信、无线 WIFI通信、以太网 出DC电压情况的反馈电路以及具有控制、PWM 通信、光纤通信等通信方式，为提高计量精度和 调制输出、保护等功能的开关电源芯片组成。开 电表多功能的处理效率，电表也大多采用了DSP 关电源的工作原理：在 电源系统中，所需的 DC 的高速CPU，这些功能要求电子式电能表要有足 电压会随着系统的负载和外部输入电压的变化而 够大的电源供电能力。电子式电能表的外形尺寸 变化。普通的线性电源是用固定频率的输入 电压 比较小，同时电子式电能表也是一个用电器件， 来转化成所需的电压(也就是无论系统负载和外 因此电源器件不能过大，白损耗功率不能过高。 部输入如何变化其转化效率是固定的)，而开关电 传统应用在 电子式电能表的电源设计主要是线性 源是动态的改变导通的速率来转化效率(也就是 电源，但是线性电源存在的转化效率低(自损耗功 不同负载或者输入时，用不同的频率和不同的脉 率大)、体积大、稳压范围小等等缺点。相比之下 宽来改变导通时间，这个方法叫时间比率控制 开关电源具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、 TimeRatioControl，缩写为TRC)。 稳压范围宽等许多优点。因此，电子式电能表， 尤其是三相 电子式电能表使用开关电源供 电是比 较理想的电源解决方案。 但开关电源也存在缺点，它会产生较强的电 磁干扰(EMI)，在应用到电子式电能表的设计中需 要更高的防雷击的设计，电表存在接地故障(相地 电压220V变成线电压 380V，也就是 1．73倍的关 图 1 开关电源 的典型原理 图 系，在加上电网可能过压 10％以上，因此接地故 障电压会达到 1．9倍以上)，需要开关电源有 1．9 如以下计算公式： 在 DCOUT间的电压平均值Vout可用式(1) 倍过压技术的设计。 表示 。 本文就开关电源在 电子式电能表的应用中， 关于电磁兼容性、防雷击设计和过电压设计进行 ：Vi× ：VixD (1) 7’ 了探讨。 式中：ton一每个周期的导通时间； 1 开关电源的工作原理及在 电子式 电能 一 工作周期； 表中的应用 D一 占空