智能電能表無導線連接式開關電源設計的關鍵技術

易 凡

（江西應用工程職業學院，江西 萍鄉 337042）

0 引 言

智能電能表是科技發展的產物，其對于環境的適應性較強，不會因環境變化而產生工作狀態的變化。在實際的智能電能表設計與構造過程中，需要對智能電能表的開關電源進行分析。由于開關電源設計涉及到智能電能表的實際使用效果，因此在設計過程中需要使用無導線連接式開關電源來提升智能電能表的實際應用效果。

1 開關電源的特點

1.1 可靠性

可靠性是開關電源的重要特性之一，有利于開關電源對智能電能表進行持續穩定的電能供應，進而發揮開關電源對于智能電能表的有效作用。在設計中，需要適當降低開關電源的功率，以保證其外殼內部的熱量穩定，避免發生燒穿或者熱量過高導致短路的情況。

1.2 維修性

維修性決定了開關電源在使用過程中的狀態維持能力，需要開關電源在規定的時間內實現有效維修。在維修中，一般包括日常保養、修復性維修以及防護維修。在應用中，應盡量保證日常保養，降低開關電源出現故障的概率。在緊急情況下才能使用修復性維修，在最短時間內將開關電源的狀態恢復至標準水平[1]。

1.3 測試性

測試性對開關電源來說可以幫助對其狀態進行全面且精準的檢查，以此來實現對于開關電源中相應故障的精準定位。在測試性方面，需要相關工作人員對開關電源的實際運行狀況了解清楚，并且在實際的開關電源運行過程中實現對其故障因素的有效檢測和預防，以保證開關電源在投入到應用前能有一定的質量保證。

2 無導線連接式開關電源與傳統開關電源的區別

2.1 傳統開關電源電路

傳統的開關電源電路應用中，為了在開關電源進行供電時降低安全風險，通常會選擇安全性高且運行效率較高的電路，如圖1所示。

圖1 開關電源電路

根據圖1，該電路中的主要組成部分是反饋電路。在反饋電路中，一般會在電壓線圈釋放的電流經過電阻后進行處理，將其轉換為電路中的電壓。一旦在實際的開關電源中發生了電流過載的情況，電壓裝置以及電阻裝置可以實現對開關電源的保護。在反饋電路運行中，比較常見的就是通過繞組釋放脈沖，然后將脈沖通過變壓器，讓繞組中感應到電壓變動，并且在場效應器的作用下可以將繞組中的電流釋放出去，減小變壓器中脈沖的占空比，進而實現電流的穩定供應[2]。但是這類根據繞組進行供電的電路穩定性并不強，在供電需求較大的場所中很容易出現電流不穩定的情況，只適用于供電需求相對較小的場合。

2.2 無導線連接式開關電源電路

在正常的開關電源電路應用中，一旦發生電流過載的故障，由于電流的流動速度較快，因此保護電路與場效應管難以迅速反應過來，就會導致過載電流通過量加大，造成開關電源的損壞。而無導線連接式開關電源中對電流的傳輸采用了更加復雜的步驟，電流在反饋電路中經由繞組儲能釋放，經過多個繞組后才能傳輸至電容電阻，同時經過多個電容電阻的流通和分壓濾波后才會將電流輸入到相應的控制器中進行釋放。在電流出現過載時，基于穩壓電阻和精密電阻的運行，保護電路以及場效應器擁有足夠的反應時間，其會進行關斷操作，進而讓輸出脈沖得到限制，以此來解決電流過載的問題。整體電路會對過載電流以及電壓波動進行響應觀察，在電流電壓恢復正常之前會一直關斷，以實現開關電源的穩定供電。

3 智能電能表無導線連接式開關電源設計關鍵技術

3.1 交流電源

智能電能表中無導線連接式開關電源的設置中，主要使用交流電源作為智能電能表的供電電源。而無導線連接式開關電源的交流電源設計中，通常會使用到單相電源中的直流電源作為電源供應。直流電源的電壓約為14 V，能夠實現智能電能表中3條路徑的電源輸入[3]。第1條是對計量單元進行供電，以保證智能電能表中的數字正常顯示與計算；第2條是對通信單元進行供電；第3條是對智能電能表中其他需要用電的功能以及部位進行供電。具體的無導線連接式開關電源交流電源的電路設計如圖2所示。

圖2 交流電源電路

3.2 電源電路

在無導線連接式開關電源的供電中，需要根據開關電源的不同狀態切換不同的電路供電模式。在實際的無導線連接式開關電源的電源電路設計中，需要設置好電路中的供電反應通路。在開關電源需要關閉或者降低功率時，開關電源電路中的終端接口會留存開關電源的運行狀態數據，之后將電源輸送額度降低，實現開關電源在實際應用中的合理控制，促進開關電源的有效應用。

3.3 計量單元可靠性電路

計量單元在開關電源中比較重要，其能夠對開關電源運行中的相應電流和電壓進行檢測。在開關電源運行出現問題時，計量單元會發出相應的指令，以調節開關電源電路中各個部位的運行狀態。計量單元中的主要計量對象是電壓與電流，其會單獨分出兩個電路對電壓、電流進行計量檢測。剩下的電路需要對開關電源運行過程中的其他數值變動進行檢查，例如溫度、信號強弱等[4]。

3.3.1 電流采樣

在電流檢測過程中，為了得到精準的計量單元數據，需要使用到相應的錳銅材料制作的電流檢測裝置來進行采樣。錳銅材料是一種良好的導體，并且其性質穩定，不易在電流經過時出現燒損[5]。在檢測過程中，需要將交流電源中的電流釋放出來，使其通過錳銅裝置，通過的電流需要經過濾波處理，保證電流自身的波動穩定性和強度穩定性。在流經錳銅裝置之后會得到取樣數值，根據其數值可以對開關電源中的最大電壓值和基準電流值進行測定，并且在測定過程中實現對于相應的開關電源的電流參數確認，以此來保障開關電源的平穩運行[6]。

3.3.2 電壓采樣

在電壓采樣過程中，需要使用到電阻作為電壓的交流信號轉換介質，使采樣裝置可以順利獲取到精準的電壓數值。在采樣裝置的設計中，考慮到電壓通過時帶來的溫度、電壓、功率變化，采用較高功率的電阻來作為電壓采樣裝置中通過電壓的介質。與此同時，還需要采用溫度與電壓耐受值較大的采樣裝置，以保證在采樣過程中不會因為電壓的沖擊過大而導致采樣失敗或者采樣不精準[7]。

3.4 端口配置

開關電源的應用中，需要對其端口進行相應的配置[8]。在開關電源的端口配置中，需要使用單片芯片作為開關電源中的調節中樞，從而有效實現芯片的閃存與測試調試功能[9]。

3.5 儲存器

儲存器在開關電源中能夠對智能電能表的應用相關信息進行儲存，包括電量使用情況、電能表的費用結算以及電能表在應用中的性能穩定程度等，需要根據國際標準完善智能電能表中的儲存器設計與安裝[10]。在數據儲存過程中，需要實現對于儲存器的時鐘頻率調節。時鐘頻率可以直接影響到儲存器中數據傳輸的速率，以此來改進儲存器的性能。

4 結 論

在實際的智能電能表使用過程中，其對于目前用電方面的控制與計算起到重要的作用。無導線連接式開關電源的設計可以幫助智能電能表實現對相應電量使用情況的監督，保障開關電源供電穩定與安全，加快電路的反應速度。未來將繼續對無導線連接式開關電源設計進行全面深入的探究，進一步提高智能電能表的質量。