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三相電開關(guān)電源電表技術(shù)難題解析
三相智能電表的內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)：
智能電表中開關(guān)電源的要求：
本文僅針對(duì)幾個(gè)重要的要求提出解決方案：
極寬輸入電壓范圍
多路輸出調(diào)整率
各類異常
層疊式普通反激方案：
對(duì)于常規(guī)輸入電壓(85Vac-265Vac)的小功率開關(guān)電源應(yīng)用,，綜合效率及成本，反激拓?fù)鋤ui為常見,。結(jié)構(gòu)上可以采用控制器配外置的開關(guān)器件,，或者考慮集成度,，也有集成控制器和開關(guān)器件于一個(gè)封裝,。開關(guān)器件的耐壓等級(jí)通常為650V，700V和800V,。如果對(duì)于三相應(yīng)用,，考慮到變壓器的反射電壓及漏感和設(shè)計(jì)余量，該類器件無法滿足要求,。而單純采用一個(gè)高壓開關(guān)器件,，如1000V或1200V以上的功率開關(guān)器件，挑選余地并不大,，成本也較高,。因此，在三相電表中考慮的*個(gè)設(shè)計(jì)問題就是如何解決高輸入電壓下的耐壓?jiǎn)栴},。
以一個(gè)具體規(guī)格為例進(jìn)行說明：
規(guī)格：
由于多路輸出和小功率輸出的特點(diǎn),，電源拓?fù)?/strong>選擇反激較為合適。本文中控制芯片為英飛凌ICE3AR2280JZ,。其內(nèi)部除了工作頻率為100KHz的電流模式控制器外,，還集成了800VCoolMOS，導(dǎo)通電阻為2.2ohm,，封裝為DIP7,。該芯片內(nèi)部同時(shí)集成了800V的高壓?jiǎn)?dòng)單元。在環(huán)境溫度為50度,，常規(guī)寬電壓輸入(85Vac-265Vac)情況,，zui大輸入功率可達(dá)28W。同時(shí),，芯片還具有過流,、過壓、輸入欠壓,、過溫等保護(hù)功能和提高輕載效率的突發(fā)模式,。鑒于小功率應(yīng)用,，變壓器尺寸及環(huán)路補(bǔ)償?shù)纫蛩兀ǔ＝ㄗh系統(tǒng)在全負(fù)載段工作于電流斷續(xù)模式(DCM),。
原理描述：
輸入電壓經(jīng)過前級(jí)的共模濾波器L1,，C20，C21和兩個(gè)整流橋BR1和BR2;壓敏電阻RV1,，RV2,，RV3及CX11，CX12,，CX13構(gòu)成過壓保護(hù)線路;功率電阻R1,，R2，R3用于抑制浪涌電流,。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),，濾波電感的位置被放置于整流橋后以節(jié)省成本?？紤]到輸入缺相情況,，即只要任意兩根線存在，不論火線零線還是火線火線,，系統(tǒng)仍舊可以正常工作,，采用兩個(gè)整流橋輸出并聯(lián)使用。整流后,，由于zui大峰值電壓可達(dá)780V,，因此采用兩個(gè)450V電解電容進(jìn)行串聯(lián)使用，同時(shí)考慮電壓平衡,，R13,，R14，R15,，R16并接在電容兩側(cè),。
原邊的開關(guān)線路由變壓器、鉗位電路,、開關(guān)管及CoolSET,、TVS、齊納二極管等組成,。
啟動(dòng)時(shí),，電流通過R19，R20,，R21,，R22流過齊納二極管D10進(jìn)入CoolSET的漏極相連的高壓?jiǎn)?dòng)單元。CoolSET內(nèi)部的高壓?jiǎn)?dòng)單位為800V，由于外部的TVS二極管的存在,，超高電壓會(huì)被鉗位于一個(gè)特定的電壓,，以保護(hù)CoolSET。但CoolSET開通時(shí),，外部MOSFET的源極被拉至地,，從而齊納管D10形成反偏，從而使外部MOSFET開通;當(dāng)CoolSET關(guān)斷時(shí),，電感電流首先對(duì)CoolSET內(nèi)部的MOSFET的漏源電容進(jìn)行充電,，直到Vds電壓達(dá)到外部TVS二極管的鉗位電壓時(shí)，電流開始對(duì)外部MOSFET的門極源極電容進(jìn)行放電,，直到位于GS間的齊納二極管的正向電壓超過0.7V,，外部MOSFET關(guān)斷，同時(shí)電流將通過齊納二極管D10流向外部TVS二極管或R19,，R20,，R21，R22,。取決于兩個(gè)回路的阻抗,，由于外部MOSFET的Vgs已經(jīng)接近于零,，因此MOSFET將被*關(guān)斷;對(duì)于超過外部TVS管額定電壓的輸入,，此時(shí)CoolSET電壓應(yīng)力即為外部TVS的鉗位電壓值。例如,，采用了550VTVS二極管和一個(gè)800V的外部MOSFET,，那么反激的耐壓能力為：550V+800V=1350V。作為設(shè)計(jì),，考慮惡劣情況,，可以粗略估計(jì)從內(nèi)部MOSFET到外部MOSFET關(guān)斷的時(shí)間即為流過外部TVS二極管的時(shí)間，用zui大負(fù)載時(shí)的峰值電流容易得到流過TVS的平均電流,。因此TVS二極管的損耗即為平均電流和鉗位電壓之積;
輸出電路由肖特基二極管,，吸收電路，濾波器構(gòu)成,。為了紋波要求,，采用二級(jí)濾波器。其中輸出1為主5V,，與12V共地,，另外一個(gè)5V的參考地與輸出1，2隔離,?？紤]到多路輸出負(fù)載交叉調(diào)整問題，12V的參考疊加在5V輸出,。這樣對(duì)于12V輸出,，調(diào)整精度有所提高,。因?yàn)橐?guī)避了5V輸出上二極管正向壓降隨電流變化的影響?；趧?dòng)態(tài)穩(wěn)定性方面的考慮,，12V輸出電容C8放置于5V輸出，這樣可以避免5V輸出大動(dòng)態(tài)負(fù)載跳變時(shí)造成12V輸出不穩(wěn)定的情況,。
反饋電路由分壓網(wǎng)絡(luò),、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、TL431及光耦構(gòu)成,。補(bǔ)償部分由C10,，C11和R10構(gòu)成，其中R10與C10,，C11分別構(gòu)成兩個(gè)極點(diǎn)和零點(diǎn)對(duì)電流型反激進(jìn)行補(bǔ)償,。