發布日期：2022-04-28 點擊率：47
智能電表是下一代電表，它們將取代仍在使用幾十年前開發技術的現有電表。智能電表使用安全連接網絡，將能源使用情況通過無線自動發送到公用事業公司。這意味著客戶將不會再收到估計的電表賬單，或讓抄表員進入家中讀表。
與傳統IR（紅外線）和IrDA（紅外線數據關聯）界面相比，智能電表采用了更先進的通信界面；它們需要更多內存和更強大的微控制器。由于這些功能會導致能耗增加，因此必須使用開關型電源（SMPS），而不是電容液滴電源。單相電表的使用范圍為交流100V至500V。三相電表為最低單相交流100V到各相300V。由于必須符合能效標準，特別是符合較低功耗要求，因此為SMPS設計人員帶來了更多挑戰，因為你不能因為電表使用的能源向客戶收費。另一方面，智能電表使用的能源也不應該對公用事業帶來無法接受的電力要求。
由于受到全球范圍內對電表進行篡改的影響，公用事業公司一直面臨著相應的收入損失。自推出第一款電子電表以來，就有一些不道德的人試圖通過改動電表進行偷電。他們為此想出了各種方法。因此電表篡改可能是智能電表電源設計人員必須應對的最重要的問題。大部分電源使用的都是鐵氧體磁芯變壓器，這種變壓器雖然經濟高效，但很容易受到幾厘米以外稀土磁鐵產生的強磁場的影響。當磁鐵靠近變壓器時，它會使變壓器趨向飽和并產生過載，損壞開關（MOSFET/雙極結型晶體管），從而破壞電源。如今使用的大部分電源控制器都有內置的集成過載保護功能。如果變壓器趨向飽和，快速電流比較器會關閉開關以保護電源。但缺點是由于計量塊失去供電，將會無法計量。但這是電表最重要的功能。為了在有人試圖篡改時保持電表的持續運作，一種方法是用磁屏蔽材料對變壓器進行屏蔽。但費用很昂貴，而且會增加組裝成本——每個鐵氧體磁芯變壓器都需要屏蔽。
另一種方法是在變壓器中使用高磁阻壓粉鐵芯來替代鐵氧體磁芯。壓粉鐵芯的磁通密度更高，為1.2-1.4特斯拉，而鐵氧體磁芯僅為0.4-0.5特斯拉。與對變壓器進行磁屏蔽相比，它的成本相對較低。但由于磁芯的損失較高，因此會對供電效率產生嚴重影響。但對于智能電表電源這種缺點可能會不太明顯。
根據使用的無線通信協議，智能電表的峰值功耗會躍升至1W-10W。
sub 1 GHz的峰值功耗約為0.5W；ZigBee的峰值功耗約為1W，全球移動通信系統（GSM）的峰值功耗約為10W。
但在大部分使用中，電表通常的耗電量不到1W。在確定電表的總功耗時，低/輕負載時的電源效率是至關重要的。電源設計人員會將較高的輕載效率作為目標。有幾種方法可以提高在低/輕負載情況下的效率，例如降低開關控制器的靜態電流，使用配備高壓啟動集成電路的初級側控制器，或使用包含調頻和調幅組合的開關控制器。降低開關頻率，當負載降低時電流會減少磁芯損失，因此建議使用壓粉鐵芯變壓器。
在智能電表中，必須采用高工作電壓，以防止將單相電表意外連接到兩相（交流500V）或各相為交流300V 的三相電表上。但這種高壓會增加電力復雜性、組件數量和成本。
反激拓撲是智能電表電源設計中最簡單和最經濟的拓撲設計。在反激拓撲中，開關組件必須經受1000V的電壓。直流730V（交流300V *√3 *√2）加上直流220V鉗位電壓以及由于緩沖器二極管傳導延遲造成的直流50V過沖。在假設降低定額值為15%的情況下，開關組件的額定電壓應當為1200V。開關轉換器（帶內置700V/800V MOSFET）在共源共柵配置中使用另一個500V MOSFET，以滿足1200V的要求。另一項低成本技術使用配有開關控制器的單1200V BJT提供高壓保護。電壓和電流等級相同的BJT成本價格僅為MOSFET的三分之一。
因此，最佳SMPS設計應當是壓粉鐵芯變壓器，通過控制開關轉換器應對輕載效率和共源共柵結構，以承受高輸入電壓。
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