【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 《三相四線制智能電表專用電源的設(shè)計(jì)》 專業(yè)（系） 電氣自動(dòng)化 班 級(jí) 鐵自 092 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 完成日期 2021115 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 2021屆畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、課題名稱： 三相四線制數(shù)字智能電表專用電源 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 二、指導(dǎo)老師： 劉紅兵 三、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 課題概述 隨著脈寬調(diào)制技術(shù)的發(fā)展與完善 ,開關(guān)穩(wěn)壓電源以其極高的性價(jià)比在空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)、通信、家電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。美國(guó) POWER INTEGRATION公司的第二代開關(guān)電源芯片 —— TOPSwitch— Ⅱ系列芯片 ,與第一代產(chǎn)品相比 ,不僅性能上進(jìn)一步改進(jìn) ,而且輸 出功率明顯提高。其外圍元件少、開發(fā)周期短、成本低、系統(tǒng)可靠性高 ,是目前設(shè)計(jì) 250W 以下的高效率、多功能單端反激式開關(guān)電源的最佳選擇。 數(shù)字電表是開關(guān)電源廣泛應(yīng)用的場(chǎng)合之一。隨著社會(huì)用電量迅速增長(zhǎng)和用戶對(duì)電能質(zhì)量要求的不斷提高 ,三相智能電表的需求量也迅速增長(zhǎng)。采用電子計(jì)量原理的三相智能電表具有高精度、多參數(shù)測(cè)量、諧波功率電能計(jì)量等優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)有的電表專用模塊中普遍存在輸出路數(shù)較少、隔離性較差等缺陷。 本課題就是利用 TOPSwitch— Ⅱ系列芯片來設(shè)計(jì)三相四線制數(shù)字電表專用電源，設(shè)計(jì)好的專用電源能更適合應(yīng)用于單相 (220V)、三相 (380V)數(shù)字智能電表中 ,也可作為電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的電源模塊。 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 1) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 三相四線制電表專用電源模塊的電路設(shè)計(jì)方案是：根據(jù)六路輸出的電流及電壓估算總功率約為 10W，采用推薦功率為 40W TOPSwitch— Ⅱ系列中的 TOP224芯片。采用功率容量較大的 TOP224 不僅可以提高電源的效率和電源模塊的過載能力 ,更有利于提高電源模塊的可靠性。其次 TOPSwitch— II 芯片集成度高 ,設(shè)計(jì)工作主要針對(duì)外圍電路進(jìn)行。外圍電路可以分為：輸入整流濾波電路、箝位保護(hù)電路、高頻變壓器、 輸出整流濾波電路、反饋電路、軟啟動(dòng)電路及電磁兼容設(shè)計(jì)等七部分組成。 2)設(shè)計(jì)要求： 為了減少外圍接口 ,智能電表大多以測(cè)量電壓作為電表電源的進(jìn)線電壓 ,這就要求智能電表具有足夠?qū)挼碾妷狠斎敕秶?(110V177。 25V～ 220V177。 45V),在智能電表的所有功能模塊中 ,從 MCU 處理器、 A/D 采樣芯片 ,到不同偏壓的數(shù)字電路、周湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 邊設(shè)備以及輸入 /輸出電路 ,都各有特定的電源電壓要求。本電源模塊各輸出分別要求設(shè)計(jì)為 : A) 主路 5V 供給 MCU 及相關(guān)數(shù)字電路。 B) 輔路 5V 一路供給鍵盤、顯示及其驅(qū)動(dòng)電路 ,另外一路供給 A/D 和 MCU 的模 擬電源。 C) 177。 15V 供運(yùn)算放大器芯片。 D) 24V 為外接繼電器提供電源。 E) 智能電表因長(zhǎng)期在較惡劣的工作環(huán)境下工作 ,除了要求有較高的可靠性外 ,對(duì)電源的效率及散熱也有較高的要求。 F) 電表電源還需要一定的電磁兼容性能 ,例如抗浪涌干擾以及抗射頻電磁場(chǎng)輻射等。 G) 對(duì)于智能電表電源 ,由于其輸出功率較高、輸出路數(shù)多、線性穩(wěn)壓電源的效率低、適應(yīng)電網(wǎng)電壓范圍窄 ,穩(wěn)壓性能差、笨重等智能電表趨向于采用技術(shù)成熟的開關(guān)電源。 3）系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)： A) 三相四線制輸入。當(dāng)輸入為單相時(shí)也可工作。電源進(jìn)線端可直接接電表的電壓測(cè)量端獲取電能 ,輸入電壓范 圍每相 85V～ 265V(AC)或 80V～ 375V(DC)。 B) 采用 TOP224Y 設(shè)計(jì)的具有六路輸出的單端反激式電源。最大輸出功率約 10W,六路輸出分別是 :+5V/1A 兩路 +5V/、 +15V/、 15V/、 +24V/50mA。 C) 輔路輸出設(shè)計(jì)具有低壓差三端穩(wěn)壓芯片 ,使得輔路的輸出電壓不受主路負(fù)載變化的影響。 D) 具有斷電提示 POWERGOOD 信號(hào)。當(dāng)輸入母線電壓驟降 (如發(fā)生三相短路或操作分閘 )在電源停止輸出之前產(chǎn)生下降沿時(shí) ,通知電表芯片及時(shí)存儲(chǔ)有用的數(shù)據(jù)。 E) 電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)壓性好、可靠性高 ,配有光 耦和 TL431 的反饋回路使穩(wěn)壓性能顯著提高。輸入端具有抗啟動(dòng)過流、浪涌電壓的能力 ,同時(shí)具有過熱保護(hù)、短路自動(dòng)重啟、安全電流限制功能。 F) 具有良好的抗干擾特性。 四、設(shè)計(jì)參考書： 《開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理及應(yīng)用》、《電源電路的分析與設(shè)計(jì)》、《檢測(cè)技術(shù)》、《電子元件手冊(cè)》、《 protel電路板設(shè)計(jì)方法》等。 五、設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容 封面 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 目錄 內(nèi)容摘要（ 200～ 400字左右，中英文） 引言 正文（設(shè)計(jì)方案與選擇，設(shè)計(jì)方案原理、計(jì)算、分析、論證，設(shè)計(jì)結(jié)果的說明及特點(diǎn)） 結(jié)束語 附錄（參考文獻(xiàn)、 圖紙、材料清單等） 六、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程安排 第 1周：方案設(shè)計(jì)討論，教師輔導(dǎo)； 第 23周：分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)初稿、元件選擇、電氣原理圖等； 第 45周：編制程序、修改方案、設(shè)計(jì)說明書初稿； 第 6周：第一次檢查，討論并改寫文稿； 第 7周：第二次檢查，完善文稿輔導(dǎo)答辯； 第 8周：設(shè)計(jì)書成績(jī)?cè)u(píng)定、答辯。 七、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯與論文要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯要求 答辯前三天，每個(gè)學(xué)生應(yīng)按時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書或畢業(yè)論文、專題報(bào)告等必要資料交指導(dǎo)教師審閱，由指導(dǎo)教師寫出審閱意見。 學(xué)生答辯時(shí)對(duì)自述部分應(yīng)寫出書面提綱，內(nèi)容包括課題的任 務(wù)、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評(píng)價(jià)。 答辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基本理論、知識(shí)、設(shè)計(jì)與計(jì)算方法、實(shí)驗(yàn)方法、測(cè)試方法，鑒別學(xué)生獨(dú)立工作能力、創(chuàng)新能力。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求 文字要求：說明書要求打?。ǔ龍D紙外），不能手寫。文字通順，語言流暢，排版合理，無錯(cuò)別字，不允許抄襲。 圖紙要求：按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。 曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示 意圖等不準(zhǔn)用徒手畫，必須按國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。 摘要 本文介紹了一款基于美國(guó) POWER INTEGRATION 公司的第二大開關(guān)電源芯片TOP224Y采用其功率為 40W的 TOP224Y芯片而制作的三相四線制智能電表并說明其工作原理設(shè)計(jì)流程。設(shè)計(jì)輸入電壓范圍（ 220V177。 25— 380177。 25V）提供六路輸出電壓，該電源體積小、重量輕、外圍元件少，成本低有較高的可靠性和電磁兼容性可用于單相三相智能電表中。 Abstract This article describes a . POWER INTEGRATION based pany39。s secondlargest switching power supply chip, its power is 40W using TOP224Y TOP224Y chip of the production of threephase fourwire smart meters and explain their design process works. Design input voltage range (220V 177。 25380 177。 25V) provides six output voltages, the power, small size, light weight, fewer external ponents and low cost with high reliability and electromagic patibility can be used for singlephase threephase smart meters in. 關(guān)鍵詞：開關(guān)電源 PWM 控制 TOPSwitchⅡ 智能電表 Switching Power Supply PWM control TOPSwitchⅡ Smart meters 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 目錄 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 ............................................... 2 摘要 ................................................................ 5 第 1 章 引言 ....................................................... 7 開關(guān)電源的發(fā)展背景 ........................................... 7 論文設(shè)計(jì)目標(biāo)和意義 ........................................... 8 論文章節(jié)安排 ................................................. 8 第 2 章 方案論證與設(shè)計(jì) .............................................. 9 方案的論證 ................................................... 9 方案工作元件的選擇 ......................................... 11 開關(guān)器件： (TOP224Y)： ................................. 11 其它元件的選用： ...................................... 14 方案的總體設(shè)計(jì) .............................................. 14 高頻變壓器的設(shè)計(jì) ............................................ 16 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì)與原理分析 ..................................... 20 開關(guān) 電源的原理與應(yīng)用 ....................................... 20 原理圖 ..................................................... 21 整流濾波電路 .......................................... 22 箝位保護(hù)電路： ........................................ 23 反饋電路 .............................................. 24 輸出整流濾波電路的確定 ................................ 24 軟啟動(dòng)電路 .......................................... 25 電磁兼容性設(shè)計(jì)： ...................................... 26 PCB 圖 ..................................