盤秋榮

摘 要本文介紹了電能表對(duì)電源的指標(biāo)要求；敘述了AP8012H芯片的特點(diǎn)，基于AP8012H的開關(guān)電源方案設(shè)計(jì)，對(duì)電源方案的每個(gè)框圖作了簡(jiǎn)要的說明，并給出了具體的設(shè)計(jì)原理圖。

【關(guān)鍵詞】AP8012H 電能表 開關(guān)電源

現(xiàn)階段，由于線性電源具有可靠高、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)被單相電能表廣泛采用，然而功耗高、效率低是它顯著的缺點(diǎn)，這給國(guó)家電網(wǎng)公司每年浪費(fèi)了大量的能源。國(guó)家電網(wǎng)公司為了倡導(dǎo)節(jié)能減排，對(duì)電能表的功耗開始嚴(yán)格的限制。線性電源方案的電能表已經(jīng)無法滿足國(guó)家電網(wǎng)的功耗要求，然而開關(guān)電源方案的電能表具有功耗低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，恰好可以彌補(bǔ)線性電源的缺點(diǎn)。

1 電能表對(duì)電源的指標(biāo)要求

電源的輸入從電網(wǎng)取電，電網(wǎng)的額定電壓為：220VAC，由于電網(wǎng)的環(huán)境比較復(fù)雜，所以要求電源能夠在85VAC～265VAC的電壓環(huán)境下工作，并且具有抗雷擊信號(hào)、脈沖群信號(hào)的能力。

電源的輸出主要給電能表的各個(gè)模塊供電，電能表的模塊包括：計(jì)量模塊、MCU及外圍模塊、繼電器控制模塊、載波通信模塊、RS-485通信模塊等，模塊的具體要求如表1所示。

2 AP8012H介紹

AP8012H是無錫芯朋微電子股份有限公司（Chipown）研發(fā)的一款反激式開關(guān)電源控制芯片，內(nèi)部集成了PWM控制器和800V高壓MOSFET，采用SOP8封裝，適用于6W以下的離線式開關(guān)電源。該芯片具有過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)，并且還集成了高壓?jiǎn)?dòng)模塊等功能。其特點(diǎn)是：低待機(jī)功耗、外圍電路簡(jiǎn)單、固定工作頻率、寬工作電壓、完善的保護(hù)功能等。

3 基于AP8012H設(shè)計(jì)的開關(guān)電源原理

根據(jù)指標(biāo)要求，原理框圖如圖1所示。

3.1 EMC處理設(shè)計(jì)

EMC處理電路主要有兩個(gè)作用：

（1）濾除來自電網(wǎng)的雷擊干擾、脈沖群干擾等，保護(hù)電源模塊不被損壞；

（2）濾除開關(guān)電源自身產(chǎn)生的高頻信號(hào)，避免污染電網(wǎng)和無線電。

主要通過壓敏電阻、安規(guī)電容、共模電感組成濾波網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于220Vac輸入的電壓，壓敏電阻可以選用TDK品牌的20K420，安規(guī)電容可以選用0.1uF，共模電感可以選用33mH。

3.2 輸入整流濾波電路設(shè)計(jì)

輸入整流濾波主要的作用是：把電網(wǎng)50Hz的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。主要通過整流橋和高壓電解電容來實(shí)現(xiàn)，電解電容的容量的設(shè)計(jì)可以根據(jù)以下公式取得：

式中，△VDCmax一般取最小交流輸入的0.15倍，Pin為輸入功率，Dch為輸入整流濾波電容的占空比，一般取0.2，Vlinemin為最小交流輸入電壓，fL為電網(wǎng)的頻率，CDC為電容的容量。

3.3 高頻變壓器設(shè)計(jì)

根據(jù)電能表的指標(biāo)要求，電源的最大功率為3.3W，初步評(píng)估高頻變壓器可以選用EE16磁芯，由于變壓器的設(shè)計(jì)過程較為復(fù)雜，具體的參數(shù)設(shè)計(jì)不再介紹，最終設(shè)計(jì)的變壓器初級(jí)圈數(shù)為：120圈，電感量為2mH，三個(gè)次級(jí)輸出，圈數(shù)分別為：26圈、15圈、15圈，一個(gè)輔助繞組，圈數(shù)為28圈。

3.4 輸出整流濾波電路設(shè)計(jì)

主要由整流二極管和電容組成。二極管選型的額定電流一般取輸出電路的3倍，耐壓根據(jù)輸入電壓的最大值，再根據(jù)變壓器的匝比來計(jì)算，整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間也是很重要的一個(gè)參數(shù)，一般選用快恢復(fù)二極管；電容的容量大小主要決定了輸出電壓的紋波大小，主要根據(jù)輸出電流和脈沖電壓的頻率取得。

3.5 LDO型號(hào)選擇

LDO為低壓差的三端穩(wěn)壓器，主要用于穩(wěn)壓輸出，本原理框圖的3個(gè)LDO輸出電壓為5V，電流在30mA到100mA之間，明達(dá)微品牌下的MD7550可以滿足上述3個(gè)LDO的需求。MD7550的靜態(tài)電流僅1.2uA，輸入與輸出的壓差僅10mV，輸出電流為100mA，非常適合低功耗的電源設(shè)計(jì)。

4 典型設(shè)計(jì)

如圖2所示。

5 結(jié)束語

本文介紹了基于AP8012H設(shè)計(jì)的電能表開關(guān)電源，此電源已經(jīng)在單相遠(yuǎn)程載波電能表上得到應(yīng)用，并且已經(jīng)通過了國(guó)家電網(wǎng)公司的檢驗(yàn)測(cè)試，在測(cè)試的報(bào)告中，電能表的工作功耗僅0.4W，相比線性電源方案的電能表，功耗降低了50%，未來的使用，將為電力公司節(jié)約電能打下了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]王志強(qiáng)等譯.Switching Power Supplies A to Z精通開關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社

[2]盧佳慧.開關(guān)電源在電子式電能表中的應(yīng)用[J].機(jī)電技術(shù)，2005.

作者單位

武漢盛帆電子股份有限公司 湖北省武漢市 430200