電子電度表電源設(shè)計(jì)

摘要：通過(guò)對(duì)電子式單相、三相電度表的電源特點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出了設(shè)計(jì)方法和注意事項(xiàng)，并針對(duì)用戶對(duì)電度表的寬輸入電壓、低功耗等特殊要求提供了解決方法。

關(guān)鍵詞：電子式電度表；電源；設(shè)計(jì)

Design of Power Supply for Electronic Watt? hour Meter

LI Chang-bo 

Abstract:The characteristics of the power supplies for use in single? phase and three? phase electronic watt? hour meter are analyzed.The design methods and points for attention are proposed.The solution for a wide range of input voltage and lower power consume of electronic watt? hour meter as consumer′ s especial requests are provided.

  Keywords:Electronic watt-hour meter; Power supply; Design  　

1  引言

    隨著國(guó)家電力產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，以及電力行業(yè)推行“一戶一表”制，使得早期使用的機(jī)電式電度表越來(lái)越不適應(yīng)市場(chǎng)要求，而電子式電度表由于具有計(jì)量準(zhǔn)確、可遠(yuǎn)程抄表和分時(shí)計(jì)量等特點(diǎn)，且產(chǎn)品的可靠性也占有優(yōu)勢(shì)，因而市場(chǎng)見好。據(jù)報(bào)道每年僅國(guó)內(nèi)就約有五千萬(wàn)只的需求。由于電度表屬于不間斷工作的電力計(jì)量產(chǎn)品，對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確性、可靠性和EMC特性等有嚴(yán)格要求，因而其電源部分則是電子電度表設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。

    電度表有詳細(xì)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 17215-19981級(jí)和2級(jí)靜止式交流有功電度表(對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為IEC1036:1996)，GB/T 15284-1994多費(fèi)率(分時(shí))電度表，DL/T 698-1999低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)技術(shù)條件、DL/T 614-1997多功能電能表等。這些標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)與電度表電源設(shè)計(jì)有關(guān)的整機(jī)功耗，輸入電壓范圍，EMC測(cè)試等方面提出了詳細(xì)要求。下面分別探討簡(jiǎn)單的單相純計(jì)量表、單相多功能表、三相電度表的電源設(shè)計(jì)方法和應(yīng)注意的問(wèn)題。

2  單相電子電度表的電源設(shè)計(jì)

    單相電子電度表中純計(jì)量表和多功能電表，對(duì)電源的需求有所不同。

2.1  單相純計(jì)量表的電源設(shè)計(jì)

    單相純計(jì)量表一般只含有一個(gè)基本的計(jì)量單元，一個(gè)電子計(jì)度器，一個(gè)發(fā)光二極管和脈沖輸出口等，整機(jī)耗電一般不超過(guò)50mW，采用低成本的串聯(lián)阻容降壓電路即可滿足整個(gè)電度表的供電需求;有的計(jì)量IC只需要單一＋5V電源供電，如ADE7755等，如圖1所示。而有的計(jì)量IC需要±5V或±2.5V雙電源供電，如BL0932、SA9602M等，如圖2所示。

圖1  單 電 源 供 電

圖2  雙 電 源 供 電

    輸入電路的電阻R1（或R1、R2）要采用品質(zhì)較好的金屬膜電阻或水泥電阻，功率2～5W，阻值100～820Ω；降壓電容C2（或C5）采用高質(zhì)量的高壓金屬化聚丙烯電容，一般0.22～0.47μF，耐壓應(yīng)≥AC 250V，電容的容量過(guò)大會(huì)引起視在功率超標(biāo)。

    當(dāng)計(jì)量脈沖驅(qū)動(dòng)計(jì)度器時(shí)，計(jì)度器的步進(jìn)電機(jī)瞬間會(huì)吸收較大的電流，如果輸出濾波電容量不足時(shí)，將引起電壓波動(dòng)，影響計(jì)量的準(zhǔn)確度，尤其電度表在大電流輸入時(shí)，計(jì)量脈沖的頻率更快，供電電壓更易受到影響，所以還應(yīng)選擇較大的輸出濾波電容，保證在大電流計(jì)量工作時(shí)，不影響計(jì)量精度。一般情況下主電路濾波電容取1000μF～2200μF，并且要用長(zhǎng)壽命（>2000h）的電解電容以提高可靠性，同時(shí)也應(yīng)考慮發(fā)光二極管、脈沖輸出口有計(jì)量脈沖輸入時(shí)，瞬間也會(huì)吸收部分電流，對(duì)電源電壓的穩(wěn)定性也有影響。

2.2  單相多功能電度表的電源設(shè)計(jì)

    單相多功能電度表的基本單元一般包含計(jì)量，CPU，顯示等。對(duì)電源來(lái)說(shuō)，主要考慮的是電度表需要幾路電源，各路的電壓、功率需求；有些電表可能還有外接控制線或通訊線，對(duì)這些引出線應(yīng)有安全隔離要求。由于該電度表上所用的元器件和集成電路等遠(yuǎn)比單相純計(jì)量表要多，所需功率也較大，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，電壓線路的靜態(tài)功耗對(duì)不同類電度表應(yīng)≤1.5～3W，視在功率≤10VA，一般采用低成本的線性變壓器供電即可。有的供電局對(duì)電子電度表功耗提出了更加嚴(yán)格的要求，比如靜態(tài)功耗要<1W，而對(duì)輸入電壓波動(dòng)范圍要求在（70％～130％）Un，甚至更大。如果保證在最低輸入電壓70％Rn時(shí)電表能輸出正常的工作電壓，按線性變壓器特性，則在額定輸入電壓Un時(shí)，輸出電壓會(huì)較高，如果輸出電壓整流濾波后采用一般的線性穩(wěn)壓器供電，將會(huì)使整機(jī)功耗加大；而在最高輸入電壓時(shí)，將會(huì)使變壓器溫升增大，線性穩(wěn)壓電路損耗加大，發(fā)熱量也會(huì)增大；針對(duì)整機(jī)耗電較大的電子電度表，其解決辦法一是可以采用較好材質(zhì)的硅鋼片，如Z11型硅鋼片；二是低壓輸出穩(wěn)壓電路采用一個(gè)低成本的高效率DC/DC變換電路，即可使整機(jī)功耗顯著降低，還可在寬輸入電壓范圍內(nèi)，穩(wěn)定、高效地工作。這些DC/DC電路可以采用簡(jiǎn)單的低成本MC34063、LM2574等DC/DC變換器，采用MC34063設(shè)計(jì)的＋5V輸出DC/DC變換器如圖3所示。

圖3  DC/DC變 換 器 [!--empirenews.page--]

    現(xiàn)在，大部分供電部門為防止由于電網(wǎng)零線接錯(cuò)而損壞電度表或人為采用過(guò)壓供電方法破壞電度表等問(wèn)題，已要求新安裝的單相電度表能夠承受高壓（如380V電壓）一定時(shí)間（如4h）而不損壞，如果單相表的輸入電路不加處理，輸入的高壓將會(huì)使電度表在短時(shí)間內(nèi)燒毀。只要在變壓器輸入端串聯(lián)一只合適的PTC熱敏電阻作過(guò)流保護(hù)，讓外部電壓主要加在PTC熱敏電阻上，則可保證線性變壓器不致發(fā)熱、損壞。為保證不發(fā)生誤動(dòng)作，熱敏電阻的不動(dòng)作電流應(yīng)參考電度表的實(shí)際交流輸入電流選取，并留有50％余量，居里溫度應(yīng)≥80℃；在最高工作溫度下，最大負(fù)荷工作時(shí)，電表不能被保護(hù)，而在最低工作溫度下，輸入端加入380V交流電時(shí)，電度表內(nèi)的PTC應(yīng)在很短時(shí)間內(nèi)起保護(hù)作用，保證電表不被損壞，電路圖如圖4所示。

圖4單 相 多 功 能 電 度 表 電 源

3  三相電度表電源設(shè)計(jì)

    三相電度表有三相三線，三相四線，輸入電壓有3×(220～240)V/380～400V、3×57V/100V等。三相電度表供電電路可以參考單相電度表電源的設(shè)計(jì)方法，對(duì)于三相四線供電電路，可以在每一相線對(duì)零線之間接1只線性變壓器，共3只線性變壓器；對(duì)三相三線可以取一相如Β相作為公共地線，A、C相對(duì)Β相接2只線性變壓器。這些變壓的副邊單獨(dú)整流后再將輸出的正極接在一起、負(fù)極接在一起，經(jīng)電容濾波后，再通過(guò)DC/DC變換器輸出穩(wěn)定電壓，向電度表供電，如圖5所示。

圖5  三 相 電 度 表 線 性 電 源

    這種供電方式體積和重量較大，成本也較高，顯然按以上電路連接時(shí)，對(duì)三相四線供電時(shí)不能缺零線，對(duì)三相三線供電時(shí)不能缺公共地線，如B相；另外，有的供電局用戶要求，三相電度表輸入端任意兩線有電壓輸入時(shí)都能工作，則圖5的設(shè)計(jì)便不能達(dá)到目的；當(dāng)采用三相電度表專用開關(guān)電源模塊供電時(shí)，可解決以上問(wèn)題，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6  三 相 電 度 表 專 用 開 關(guān) 電 源 模 塊

    這種三相電度表專用開關(guān)電源模塊，體積為32mm×75mm×22mm，輸入電壓范圍寬，在60～480V范圍內(nèi)，任意二線、三線、四線輸入都可工作，帶有輸入過(guò)壓、輸出過(guò)流保護(hù)功能，電源的EMC特性也較好，另外還有體積小、重量輕、效率高、損耗小等優(yōu)點(diǎn)，它的每相供電的自身?yè)p耗均<0.4W，已經(jīng)過(guò)我公司三年批量試用，具有良好效果。

4  結(jié)語(yǔ)

    電子電度表的電源設(shè)計(jì)應(yīng)合理選擇元、器件，以提高產(chǎn)品的可靠性，并降低成本；主機(jī)應(yīng)選擇低壓供電、低功耗的電路以降低整機(jī)功耗；另外，合理地布置元、器件及PCB布線等，對(duì)提高電度表的EMC性能有極其重要意義。