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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(shè)計250w 以下的高效率、多功能單端反激式開關(guān)電源的最佳選擇。
數(shù)字電表是開關(guān)電源廣泛應(yīng)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�，F(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(shè)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(shè)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(dāng)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(shè)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(shè)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(shè)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(guān)參數(shù)
驗證.，是否滿足.，=(4～10)A/mm 。如果 10A/mm ，則選擇較粗的導(dǎo)線或多股繞制;否則可選擇較細的導(dǎo)線。實際當(dāng)中結(jié)合POWER INTEGRATION 的單片開關(guān)電源設(shè)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(shè)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(fù)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(chǔ)上留夠裕量。具體方案如表1所示。
2.6 軟啟動電路的設(shè)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(shè)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(shè)計
電磁兼容設(shè)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(guān)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(dāng)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(biāo)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(guān)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(yīng)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(yīng)用前景。
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