基于AP8012H單相電能表開關電源設計

盤秋榮

摘 要本文介紹了電能表對電源的指標要求；敘述了AP8012H芯片的特點，基于AP8012H的開關電源方案設計，對電源方案的每個框圖作了簡要的說明，并給出了具體的設計原理圖。

【關鍵詞】AP8012H 電能表 開關電源

現階段，由于線性電源具有可靠高、設計簡單等優點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，這給國家電網公司每年浪費了大量的能源。國家電網公司為了倡導節能減排，對電能表的功耗開始嚴格的限制。線性電源方案的電能表已經無法滿足國家電網的功耗要求，然而開關電源方案的電能表具有功耗低、效率高等優點，恰好可以彌補線性電源的缺點。

1 電能表對電源的指標要求

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

電源的輸出主要給電能表的各個模塊供電，電能表的模塊包括：計量模塊、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）研發的一款反激式開關電源控制芯片，內部集成了PWM控制器和800V高壓MOSFET，采用SOP8封裝，適用于6W以下的離線式開關電源。該芯片具有過流保護、過壓保護、欠壓保護、過溫保護，并且還集成了高壓啟動模塊等功能。其特點是：低待機功耗、外圍電路簡單、固定工作頻率、寬工作電壓、完善的保護功能等。

3 基于AP8012H設計的開關電源原理

根據指標要求，原理框圖如圖1所示。

3.1 EMC處理設計

EMC處理電路主要有兩個作用：

（1）濾除來自電網的雷擊干擾、脈沖群干擾等，保護電源模塊不被損壞；

（2）濾除開關電源自身產生的高頻信號，避免污染電網和無線電。

主要通過壓敏電阻、安規電容、共模電感組成濾波網絡來實現，對于220Vac輸入的電壓，壓敏電阻可以選用TDK品牌的20K420，安規電容可以選用0.1uF，共模電感可以選用33mH。

3.2 輸入整流濾波電路設計

輸入整流濾波主要的作用是：把電網50Hz的交流電壓轉換為直流電壓。主要通過整流橋和高壓電解電容來實現，電解電容的容量的設計可以根據以下公式取得：

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為電網的頻率，CDC為電容的容量。

3.3 高頻變壓器設計

根據電能表的指標要求，電源的最大功率為3.3W，初步評估高頻變壓器可以選用EE16磁芯，由于變壓器的設計過程較為復雜，具體的參數設計不再介紹，最終設計的變壓器初級圈數為：120圈，電感量為2mH，三個次級輸出，圈數分別為：26圈、15圈、15圈，一個輔助繞組，圈數為28圈。

3.4 輸出整流濾波電路設計

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，耐壓根據輸入電壓的最大值，再根據變壓器的匝比來計算，整流二極管的反向恢復時間也是很重要的一個參數，一般選用快恢復二極管；電容的容量大小主要決定了輸出電壓的紋波大小，主要根據輸出電流和脈沖電壓的頻率取得。

3.5 LDO型號選擇

LDO為低壓差的三端穩壓器，主要用于穩壓輸出，本原理框圖的3個LDO輸出電壓為5V，電流在30mA到100mA之間，明達微品牌下的MD7550可以滿足上述3個LDO的需求。MD7550的靜態電流僅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計。

4 典型設計

如圖2所示。

5 結束語

本文介紹了基于AP8012H設計的電能表開關電源，此電源已經在單相遠程載波電能表上得到應用，并且已經通過了國家電網公司的檢驗測試，在測試的報告中，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，將為電力公司節約電能打下了基礎。

參考文獻

[1]王志強等譯.Switching Power Supplies A to Z精通開關電源設計[M].北京：人民郵電出版社

[2]盧佳慧.開關電源在電子式電能表中的應用[J].機電技術，2005.

作者單位

武漢盛帆電子股份有限公司 湖北省武漢市 430200