智能电能表无导线连接式开关电源设计的关键技术

易 凡

（江西应用工程职业学院，江西 萍乡 337042）

0 引 言

智能电能表是科技发展的产物，其对于环境的适应性较强，不会因环境变化而产生工作状态的变化。在实际的智能电能表设计与构造过程中，需要对智能电能表的开关电源进行分析。由于开关电源设计涉及到智能电能表的实际使用效果，因此在设计过程中需要使用无导线连接式开关电源来提升智能电能表的实际应用效果。

1 开关电源的特点

1.1 可靠性

可靠性是开关电源的重要特性之一，有利于开关电源对智能电能表进行持续稳定的电能供应，进而发挥开关电源对于智能电能表的有效作用。在设计中，需要适当降低开关电源的功率，以保证其外壳内部的热量稳定，避免发生烧穿或者热量过高导致短路的情况。

1.2 维修性

维修性决定了开关电源在使用过程中的状态维持能力，需要开关电源在规定的时间内实现有效维修。在维修中，一般包括日常保养、修复性维修以及防护维修。在应用中，应尽量保证日常保养，降低开关电源出现故障的概率。在紧急情况下才能使用修复性维修，在最短时间内将开关电源的状态恢复至标准水平[1]。

1.3 测试性

测试性对开关电源来说可以帮助对其状态进行全面且精准的检查，以此来实现对于开关电源中相应故障的精准定位。在测试性方面，需要相关工作人员对开关电源的实际运行状况了解清楚，并且在实际的开关电源运行过程中实现对其故障因素的有效检测和预防，以保证开关电源在投入到应用前能有一定的质量保证。

2 无导线连接式开关电源与传统开关电源的区别

2.1 传统开关电源电路

传统的开关电源电路应用中，为了在开关电源进行供电时降低安全风险，通常会选择安全性高且运行效率较高的电路，如图1所示。

图1 开关电源电路

根据图1，该电路中的主要组成部分是反馈电路。在反馈电路中，一般会在电压线圈释放的电流经过电阻后进行处理，将其转换为电路中的电压。一旦在实际的开关电源中发生了电流过载的情况，电压装置以及电阻装置可以实现对开关电源的保护。在反馈电路运行中，比较常见的就是通过绕组释放脉冲，然后将脉冲通过变压器，让绕组中感应到电压变动，并且在场效应器的作用下可以将绕组中的电流释放出去，减小变压器中脉冲的占空比，进而实现电流的稳定供应[2]。但是这类根据绕组进行供电的电路稳定性并不强，在供电需求较大的场所中很容易出现电流不稳定的情况，只适用于供电需求相对较小的场合。

2.2 无导线连接式开关电源电路

在正常的开关电源电路应用中，一旦发生电流过载的故障，由于电流的流动速度较快，因此保护电路与场效应管难以迅速反应过来，就会导致过载电流通过量加大，造成开关电源的损坏。而无导线连接式开关电源中对电流的传输采用了更加复杂的步骤，电流在反馈电路中经由绕组储能释放，经过多个绕组后才能传输至电容电阻，同时经过多个电容电阻的流通和分压滤波后才会将电流输入到相应的控制器中进行释放。在电流出现过载时，基于稳压电阻和精密电阻的运行，保护电路以及场效应器拥有足够的反应时间，其会进行关断操作，进而让输出脉冲得到限制，以此来解决电流过载的问题。整体电路会对过载电流以及电压波动进行响应观察，在电流电压恢复正常之前会一直关断，以实现开关电源的稳定供电。

3 智能电能表无导线连接式开关电源设计关键技术

3.1 交流电源

智能电能表中无导线连接式开关电源的设置中，主要使用交流电源作为智能电能表的供电电源。而无导线连接式开关电源的交流电源设计中，通常会使用到单相电源中的直流电源作为电源供应。直流电源的电压约为14 V，能够实现智能电能表中3条路径的电源输入[3]。第1条是对计量单元进行供电，以保证智能电能表中的数字正常显示与计算；第2条是对通信单元进行供电；第3条是对智能电能表中其他需要用电的功能以及部位进行供电。具体的无导线连接式开关电源交流电源的电路设计如图2所示。

图2 交流电源电路

3.2 电源电路

在无导线连接式开关电源的供电中，需要根据开关电源的不同状态切换不同的电路供电模式。在实际的无导线连接式开关电源的电源电路设计中，需要设置好电路中的供电反应通路。在开关电源需要关闭或者降低功率时，开关电源电路中的终端接口会留存开关电源的运行状态数据，之后将电源输送额度降低，实现开关电源在实际应用中的合理控制，促进开关电源的有效应用。

3.3 计量单元可靠性电路

计量单元在开关电源中比较重要，其能够对开关电源运行中的相应电流和电压进行检测。在开关电源运行出现问题时，计量单元会发出相应的指令，以调节开关电源电路中各个部位的运行状态。计量单元中的主要计量对象是电压与电流，其会单独分出两个电路对电压、电流进行计量检测。剩下的电路需要对开关电源运行过程中的其他数值变动进行检查，例如温度、信号强弱等[4]。

3.3.1 电流采样

在电流检测过程中，为了得到精准的计量单元数据，需要使用到相应的锰铜材料制作的电流检测装置来进行采样。锰铜材料是一种良好的导体，并且其性质稳定，不易在电流经过时出现烧损[5]。在检测过程中，需要将交流电源中的电流释放出来，使其通过锰铜装置，通过的电流需要经过滤波处理，保证电流自身的波动稳定性和强度稳定性。在流经锰铜装置之后会得到取样数值，根据其数值可以对开关电源中的最大电压值和基准电流值进行测定，并且在测定过程中实现对于相应的开关电源的电流参数确认，以此来保障开关电源的平稳运行[6]。

3.3.2 电压采样

在电压采样过程中，需要使用到电阻作为电压的交流信号转换介质，使采样装置可以顺利获取到精准的电压数值。在采样装置的设计中，考虑到电压通过时带来的温度、电压、功率变化，采用较高功率的电阻来作为电压采样装置中通过电压的介质。与此同时，还需要采用温度与电压耐受值较大的采样装置，以保证在采样过程中不会因为电压的冲击过大而导致采样失败或者采样不精准[7]。

3.4 端口配置

开关电源的应用中，需要对其端口进行相应的配置[8]。在开关电源的端口配置中，需要使用单片芯片作为开关电源中的调节中枢，从而有效实现芯片的闪存与测试调试功能[9]。

3.5 储存器

储存器在开关电源中能够对智能电能表的应用相关信息进行储存，包括电量使用情况、电能表的费用结算以及电能表在应用中的性能稳定程度等，需要根据国际标准完善智能电能表中的储存器设计与安装[10]。在数据储存过程中，需要实现对于储存器的时钟频率调节。时钟频率可以直接影响到储存器中数据传输的速率，以此来改进储存器的性能。

4 结 论

在实际的智能电能表使用过程中，其对于目前用电方面的控制与计算起到重要的作用。无导线连接式开关电源的设计可以帮助智能电能表实现对相应电量使用情况的监督，保障开关电源供电稳定与安全，加快电路的反应速度。未来将继续对无导线连接式开关电源设计进行全面深入的探究，进一步提高智能电能表的质量。