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高能效智能电表电源方案

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发表于 2010-12-24 09:52:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
  近年来,世界各国均发展智能电网,智能电表在这应用中发挥关键作用,可以使 用户与电力系统之间实现互动,如一方面帮助电力机构精确了解用户的用电规律,为高峰用电或低谷用电设定差异化的电价;另一方面,用户也可以调整自己的用电 计划,节省电费支出。
  从智能电表的组成来看,主要包括通信、电源及电源管理、计量及存储等功能模块。安森美半导体身为应用于高能效电子产品的 首要高性能硅方案供应商,提供应用于智能电表各个功能模块的丰富解决方案,如PLC调制解调器和线路驱动器、放大器、稳压、监控、电压保护、温度传感器、实时时钟、存储器、LCD背光、I/O接口、智能卡接口和I/O扩 展器等。
  其中,就电源及电源管理模块(参见图1)而言,安森美半导体亦提供丰富的产品选择,包括高压交流-直流 (AC-DC)开关稳压器、直流-直流(DC-DC)开关稳压器 /控制器和低压降(LDO)线性稳压器等(参见表1),方便用户根据具体应用选择适合的方案。这些电源方案具有高能效、低能耗及丰富保护特 性等特点,非常适合智能电表应用。
  


  1:智能电表电源及电源管理模块框图。

  

  1安森美半导体应用于智 能电表电源及电源管理模块的器件列表。

  提供高能效及低待机能耗的AC-DC开关稳压器
  如表1所示,在交流-直流电源转换部分,可以选用安森美半导体的一系列开关稳压器,如适合低功率应用的 NCP1010/1/2/3/4自供电单片开关稳压器、适合中等功率应用的NCP1027高压单片开关稳压器,以及高压门控开关稳压器NCP1050/1 /2/3/4/5等。
  以NCP101x为例,这系列器件集成了固定频率电流模式控制器及典型导通阻抗为11或22 Ω的700  V MOSFET,提供构建强固及低成本开关电源所 需的全部特性,包括软启动、频率抖动、短路保护、跳周期、最大峰值电流设定点及动态自供电(不需要辅助绕组)等。在正常负载工作期间,NCP101x以 65、100及130  kHz中的某一频率开关;而当电流设定点降到低于某个给定值(如输出功率需求消失)时,NCP101x自动进入所谓的跳周期模式(在此模式下跳除不需要的 开关周期),从而提供极佳的轻载能效。由于进入跳周期模式通常发生在最大峰值电流的1/4时,故没有可听噪声产生。因此,待机能耗降至最低,且没有可听噪 声产生。NCP101x典型应用电路及不同型号的关键参数参见图2。
  

  2:NCP101x单片开关稳压器典型应 用电路及不同器件关键参数。

  NCP1027则为目标输出功率等级为数瓦到15  W的通用主电源反激应用提供新的方案。这器件采用安森美半导体专有的高压技术,集成了均直接连接至大电容的功率MOSFET及启动电流源。为了防止在低输 入电压条件下出现热失控,这器件具有的可调节输入欠压保护电路阻止出现这种状况,直到达到充足的输入电平。这器件的其它特性包括可调节斜坡补偿、过功率保 护、短路保护、过压保护等。此外,NCP1027提供较大的导通阻抗值,使其成为待机/辅助离线电源或要求较高输出功率应用的极佳选择。
  NCP105x是使终端设备能够符合低待机能耗要求的单片开关稳压器,这系列器件直接采用整流的交流线路 电源工作。在反激转换器应用中,它们在100、115或230  V固定交流输入电压下能够提供6.0至40 W的输出功率,而在85到265 V的可变交流输入电压下能够提供3.0至20  W的输出功率。这系列器件提供有源启动稳压器电路,使转换器变压器上无需辅助偏置绕组。其它特性包括故障检测器及可编程定时器(用于转换器过载保护)、独 特的门控配置(提供极快环路路应及双重脉冲抑制)、电源开关限流、带迟滞的输入欠压锁定、热关闭及自动重启故障检测等。这系列器件25  ℃结温下的限流阈值典型值介于100 mA到680 mA之间。
  提供不同电流电平的DC-DC开关稳压器
  工程师同样可以根据具体应用选择安森美半导体的不同DC-DC开关稳压器方案,如3 A  开关稳压器NCP3155、1.5 A开关稳压器NCP3063/4、0.5/1.0/3  A开关稳压器LM2594/5/6、NCP3020/11脉宽调制(PWM)控制器及NCP1034 PWM控制器。
  以NCP3155为例,这是安森美半导体新推出的一款DC-DC同步降压稳压器,包含NCP3155A和 NCP3155B两个版本。NCP3155包含全集成电源开关(48 mΩ高端FET及18  mΩ低端FET),提供完整的故障保护特性(输入欠压锁定、输出过压保护及输出欠压保护、限流及短路保护)。这器件的输入电压范围为4.7至24  V,输出电压可调节。NCP3155支持较高的工作频率(A版本为500 kHz,B版本为1 MHz),能够使用较小的滤波器组件,从而减小占用的电
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