摘要：介紹了一款基于TOP224Y芯片的lOW 三相四線制電表專用電源模塊的原理電路、高頻

　　一代產(chǎn)品相比，不僅性能上進一步改進，而且輸出功率明顯提高。其外圍元件少、開發(fā)周期短、成本低、系統(tǒng)可

　　靠性高，是目前設計250w 以下的高效率、多功能單端反激式開關電源的最佳選擇。

　　數(shù)字電表是開關電源廣泛應用的場合之一。隨著社會用電量迅速增長和用戶對電能質(zhì)量要求的不斷提高，三相智能電表的需求量也迅速增長。采用電子計量原理的三相智能電表具有高精度、多參數(shù)測量、諧波功率電能計量等優(yōu)勢。現(xiàn)有的電表專用模塊中普遍存在輸出路數(shù)較少、隔離性較差等缺陷。本文介紹的三項四線制電表

　　(2)采用TOP224Y設計的具有六路輸出的單端反激式電源。最大輸出功率約lOW，六路輸出分別是：+5V/1A、兩路+5V/0.2A、+15V/0.1A、一15V/0.1A、+24V/50mA。

　　(3)輔路輸出設計具有低壓差三端穩(wěn)壓芯片，使得輔路的輸出電壓不受主路負載變化的影響。

　　(4)具有斷電提示P0WERG00D信號。當輸入母線電壓驟降(如發(fā)生三相短路或操作分閘)在電源停止輸出之前產(chǎn)生下降沿時，通知電表芯片及時存儲有用的數(shù)據(jù)。

　　(5)電路簡單、穩(wěn)壓性好、可靠性高，配有光耦和TL431的反饋回路使穩(wěn)壓性能顯著提高。輸入端具有抗啟動過流、浪涌電壓的能力，同時具有過熱保護、短路自動重啟、安全電流限制功能。

　　(6)具有良好的抗干擾特性。

　　2 電路設計

　　三相四線制電表專用電源模塊的電路圖如圖1所示。根據(jù)六路輸出的電流及電壓估算總功率約為10W.TOP224推薦功率為40W。采用功率容量較大的TOP224不僅可以提高電源的效率和電源模塊的過載能力，更有利于提高電源模塊的可靠性。由于TOPS tch— II芯片集成度高，設計工作主要針對外圍電路進行。外圍電路可以分為輸入整流濾波電路、箝位保護電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路、反饋電路、軟啟動電路及電磁兼容設計七部分。

　　2.1輸入整流濾波電路的確定

　　在計算初級電感量之前，先確定初級電路的有關參數(shù)

　　驗證.，是否滿足.，=(4～10)A/mm 。如果 10A/mm ，則選擇較粗的導線或多股繞制;否則可選擇較細的導線。實際當中結(jié)合POWER INTEGRATION 的單片開關電源設計軟件PIXLs Designer電子表格，綜合上述的計算

　　結(jié)果來確定變壓器的參數(shù)。其設計結(jié)果如下：初級繞組用‘p0.21mm漆包線繞兩層50+50匝，次級主回路繞組用‘p0.20mm 漆包線繞4層4匝，兩路5V各用‘P0.14mm 漆包線繞4層5匝，±15V用‘p0.14mm 漆包線繞2層14匝，24V輸出用‘p0.25mm漆包線繞1層18匝，反饋繞組用‘p0.14mm 漆包線繞9匝。初級電感量9571xH 。

　　2.4輸出整流濾波電路的確定

　　整流管必須選擇恢復速度高的肖特基整流管，具體的選擇是依據(jù)各路的輸出電壓水平和輸出電流容量，整流管額定工作電流至少為該支路最大輸出電流的三倍以上，管子的反向耐壓也需要在最低耐壓值的基礎上留夠裕量。具體方案如表1所示。

　　2.6 軟啟動電路的設計

　　由于電源為多路輸出，變壓器所接電容較多，啟動時充電電流較大，因此必須設計軟啟動環(huán)節(jié)限制開啟電源時的占空比.使輸出電壓平穩(wěn)地升高。為此在TL431正負極兩端并聯(lián)一只47tzF的電解電容c5作為軟啟動電容，可以獲得大于2ms的軟啟動時間，對TOP224起到了保護作用。斷電時C 通過尺 進行放電。

　　2.7 電磁兼容及抑制瞬態(tài)干擾的設計

　　電磁兼容設計主要考慮抑制電源發(fā)出的差模干擾和共模干擾，并且減小外界引入的高頻干擾。本電源模塊采用直流EMI濾波器，其中的濾波電容(X電容)可以有效抑制由初級電流基波與諧波所產(chǎn)生的差模泄漏電流，其中的模扼流圈可以抑制由初級繞組接TOP芯片D端的高壓開關波形所產(chǎn)生的共模泄漏電流 。

　　圖1中，具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻尺 可以限制上電時電流的突然增大，避免濾波電容受到大電流的沖擊。尺。為壓敏電阻，當電網(wǎng)上電壓超過275V時，尺。被擊穿，能起到箝位保護的作用。C：用來濾除來自電網(wǎng)的高頻電壓干擾，C 為安全電容，用于濾除由高頻變壓器初、次級耦合電容引起的干擾。 ·

　　3 電源性能測試

　　在實驗室完成了對該電源模塊的制作和實驗，在輸入220Vrms電源滿載的情況下，電源效率不低于75%。圖2為該電源模塊實物圖。本模塊使用的PCB板的尺寸為標準PC104板(90mmx96mm)。

　　在其余支路均滿載時測量每路負載調(diào)整率。主路5V負載調(diào)整率小于1.5%。除24V支路以外，由于其他輔路中有三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，其負載調(diào)整率均小于0.5% 。

　　3.3 紋波電壓

　　輸出各電壓波形均在電源模塊滿載時測量。由于三端穩(wěn)壓的存在，使得輔路5V 和±15V輸出電壓的紋波明顯減小。基于TOP224Y 芯片的多路輸出電表專用電源模塊與傳統(tǒng)的開關電源相比，具有外圍元件少、可靠性高、針對性強、性價比高的特點。該電源在一款智能電表上得到了應用，實際工作中性能穩(wěn)定可靠。隨著智能電表的普及，這種電表專用電源模塊將會有很好的應用前景。

　　參考文獻

　　1黃海宏，王海欣.基于TOPSwitchⅡ的開關電源設計[J】.

　　現(xiàn)代電子技術，2006;(4)：16～18

　　2沙占友.新型單片開關電源設計與應用技術[M】.北京：

　　電子工業(yè)出版社，2004

　　3李躍忠，李昌禧.多功能智能調(diào)節(jié)儀開關電源設計fJ1.

　　華東理工學院學報，20o5;(3)：278—281

　　4謝嘩源.基于TOPSwitch的電磁兼容性設計[J】.電源技術

　　應用，20o5;(8)：32～36