文档介绍：毕业设计(论文)
《三相四线制智能电表专用电源的设计》
专业(系) 电气自动化
班级铁自 092
学生姓名
指导老师
完成日期 2011-11-5
2012届毕业设计任务书
一、课题名称:三相四线制数字智能电表专用电源的设计与实现
二、指导老师:刘红兵
三、设计内容与要求
1、课题概述
随着脉宽调制技术的发展与完善,开关稳压电源以其极高的性价比在空间技术、计算机、通信、家电等领域得到了广泛的应用。美国POWER INTEGRATION公司的第二代开关电源芯片——TOPSwitch—Ⅱ系列芯片,与第一代产品相比,不仅性能上进一步改进,而且输出功率明显提高。其外围元件少、开发周期短、成本低、系统可靠性高,是目前设计250W以下的高效率、多功能单端反激式开关电源的最佳选择。
数字电表是开关电源广泛应用的场合之一。随着社会用电量迅速增长和用户对电能质量要求的不断提高,三相智能电表的需求量也迅速增长。采用电子计量原理的三相智能电表具有高精度、多参数测量、谐波功率电能计量等优势。现有的电表专用模块中普遍存在输出路数较少、隔离性较差等缺陷。
本课题就是利用TOPSwitch—Ⅱ系列芯片来设计三相四线制数字电表专用电源,设计好的专用电源能更适合应用于单相(220V)、三相(380V)数字智能电表中,也可作为电能质量监测装置的电源模块。
设计内容与要求
1) 设计内容
三相四线制电表专用电源模块的电路设计方案是:根据六路输出的电流及电压估算总功率约为10W,采用推荐功率为40W TOPSwitch—Ⅱ系列中的TOP224芯片。采用功率容量较大的TOP224不仅可以提高电源的效率和电源模块的过载能力,更有利于提高电源模块的可靠性。其次TOPSwitch—II芯片集成度高,设计工作主要针对外围电路进行。外围电路可以分为:输入整流滤波电路、箝位保护电路、高频变压器、输出整流滤波电路、反馈电路、软启动电路及电磁兼容设计等七部分组成。
2)设计要求:
为了减少外围接口,智能电表大多以测量电压作为电表电源的进线电压,这就要求智能电表具有足够宽的电压输入范围(110V±25V~220V±45V),在智能电表的所有功能模块中,从MCU处理器、A/D采样芯片,到不同偏压的数字电路、周边设备以及输入/输出电路,都各有特定的电源电压要求。本电源模块各输出分别要求设计为:
主路5V供给MCU及相关数字电路。
辅路5V一路供给键盘、显示及其驱动电路,另外一路供给A/D和MCU的模拟电源。
±15V供运算放大器芯片。
24V为外接继电器提供电源。
智能电表因长期在较恶劣的工作环境下工作,除了要求有较高的可靠性外,对电源的效率及散热也有较高的要求。
电表电源还需要一定的电磁兼容性能,例如抗浪涌干扰以及抗射频电磁场辐射等。
对于智能电表电源,由于其输出功率较高、输出路数多、线性稳压电源的效率低、适应电网电压范围窄,稳压性能差、笨重等智能电表趋向于采用技术成熟的开关电源。
3)系统主要技术指标:
三相四线制输入。当输入为单相时也可工作。电源进线端可直接接电表的电压测量端获取电能,输入电压范围每相85V~265V(AC)或80V~375V(DC)。
采用TOP224Y设计的具有六路输出的单端反激式电源。最大输出功率约10W,六路输出分别是:+5V/1A两路+5V/、+15V/、-15V/、+24V/50mA。
辅路输出设计具有低压差三端稳压芯片,使得辅路的输出电压不受主路负载变化的影响。
具有断电提示POWERGOOD信号。当输入母线电压骤降(如发生三相短路或操作分闸)在电源停止输出之前产生下降沿时,通知电表芯片及时存储有用的数据。
电路简单、稳压性好、可靠性高,配有光耦和TL431的反馈回路使稳压性能显著提高。输入端具有抗启动过流、浪涌电压的能力,同时具有过热保护、短路自动重启、安全电流限制功能。
具有良好的抗干扰特性。
四、设计参考书:
《开关稳压电源的原理及应用》、《电源电路的分析与设计》、《检测技术》、《电子元件手册》、《protel电路板设计方法》等。
五、设计说明书内容
1、封面
2、目录
3、内容摘要(200~400字左右,中英文)
4、引言
5、正文(设计方案与选择,设计方案原理、计算、分析、论证,设计结果的说明及特点)
6、结束语
7、附录(参考文献、图纸、材料清单等)
六、毕业设计进程安排
第1周:方案设计讨论,教师辅导;
第2-3周:分系统方案设计初稿、元件选择、电气原理图等;
第4-5周:编制程序、修改方案、设计说明书初稿;
第6周:第一次检查,讨论并改写文稿;
第7周:第二次检查,完善文稿辅导答辩;
第8周:设计书成绩评定