【正文】 通常不是整數(shù)，但大多數(shù)磁芯智能繞成整數(shù)匝，因此要取最接近的整數(shù)來近似。這就會導(dǎo)致輸出電壓誤差增加。我們就要核對這個誤差否則就會超出電源容許的范圍。比較原來每匝電壓值與取整后的每匝電壓值。如果有些電壓輸出誤差太大，首先考慮換一種具有更高或者更低正向?qū)▔航档恼髌?。如果輸出電壓還不滿足要求，就可以在原來的輸出繞組上增加一匝線圈，并重新計算加匝后的輸出電壓值，同時檢查誤差是否在可以接受的范圍內(nèi)。如果這樣修改后結(jié)果讓無法接受，只好回到最開始的地方，重新增加一次繞組的匝數(shù)。然后重新計算二次繞組的匝數(shù)。要記住，增加一次繞組的匝數(shù)可以使磁通密度朝小的方向調(diào)整，但是可能會是電源在較低的輸入電壓時，輸出無法達到額定電壓[7]。在本設(shè)計中，為了降低誤差以及減小設(shè)計的難度和設(shè)計周期，在變壓器的二次側(cè)的輸出端添加了三端穩(wěn)壓集成7815和7805這樣既可以減小變壓器匝數(shù)的近似帶來的誤差，又可以減小由于電壓的交叉調(diào)整率設(shè)計的不當而引入的誤差。電磁兼容（EMC）是指在有限的空間、時間、和頻率范圍內(nèi)各種電氣設(shè)備共存而不引起性能下降。它包括電磁干擾（EMI）和電磁敏感（EMS）兩方面的內(nèi)容。EMI是指電氣產(chǎn)品向外發(fā)射出干擾，EMS是指電氣產(chǎn)品抵抗電磁干擾的能力。一臺具有良好電磁兼容性能的設(shè)備應(yīng)該既不受周圍電磁干擾的影響，也不對周圍環(huán)境造成電磁干擾[[] 周志敏，周紀海，紀愛華，單片開關(guān)電源—應(yīng)用電路電磁兼容 PCB布線，北京：電子工業(yè)出版社，2007]。開關(guān)電源中的功率開關(guān)管在高頻下的通、斷過程中產(chǎn)生大幅度的電壓和電流跳變，因而產(chǎn)生強大的電磁干擾，但干擾的頻率范圍（30MHz）是比較低的[8]。在開關(guān)電源中的電磁干擾分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。開關(guān)電源由電網(wǎng)供電時，將從電網(wǎng)取得的電能變換成另一種特性的電能供給負載。同時開關(guān)電源又是噪聲源，通過耦合通道對電網(wǎng)、開關(guān)電源本身和其他設(shè)備產(chǎn)生干擾[8]?！肮材８蓴_”是指干擾大小和方向一致，其存在與電源任何一項對大地或中性線對大地之間。共模干擾也稱為縱模干擾、不對稱干擾或接地干擾，是載流體與大地之間的干擾?！安钅８蓴_”是指大小相等，方向相反，其存在于電源相線與中性線及相線與相線之間。差模干擾也稱為常模干擾、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾，是載流體之間的干擾[8]。開關(guān)電源濾波器安裝在電源線與開關(guān)電源之間，用于電源線引出的傳導(dǎo)干擾，又可以降低從電網(wǎng)引入的傳導(dǎo)干擾。對于提高開關(guān)電源的可靠性有重要的作用?？疾煲粋€典型的電源線濾波器，它安裝在交流電源線與開關(guān)電源之間。連接到開關(guān)電源的電源線的特征阻抗大約為150Ω，當整流器在電源波形的尖峰附近導(dǎo)通時，相當于短路，而在其他時間相當于開路。下圖給出了常用的電源濾波電路。圖 4 19共模濾波原理圖其中的濾波電感主要是用來濾除從電源中傳導(dǎo)過來的共模干擾，并且抑制電源中的共模干擾傳道到電源線上，這種濾波電路對于差摸干擾沒有抑制作用。電路中的電容是用來濾除從電源中傳導(dǎo)過來的差模干擾，并抑制電源中的差模干擾傳導(dǎo)到電源線上，這種濾波電路對共模干擾沒有抑制作用。瞬態(tài)干擾指交流電網(wǎng)上出現(xiàn)的浪涌電壓、振鈴電壓、火花放電等瞬間干擾信號，其特點是作用時間極短，但電壓幅度高、瞬態(tài)能量大。瞬態(tài)干擾會造成控制系統(tǒng)的電源電壓的波動；當瞬態(tài)電壓疊加在控制系統(tǒng)的輸入電壓上，使輸入控制系統(tǒng)的電壓超過系統(tǒng)內(nèi)部器件的極限電壓時，便會損壞控制系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備，因此必須采取措施。常用的保護器件有二極管型保護器件、TVS管保護器件、氧化物壓敏電阻等。氧化物壓敏電阻和其他非線性元件（如雪崩二極管等）相比具有使用電壓范圍寬（從幾千伏到幾萬伏以上），耐浪涌能力較強，生產(chǎn)工藝簡單、廉價、電壓溫度系數(shù)小等優(yōu)點[8]，所以在本設(shè)計當中采用的是壓敏電阻作為瞬態(tài)干擾抑制。當壓敏電阻兩端加上電壓時，在某一電壓值以下幾乎沒有電流通過，一旦浪涌電壓超過壓敏電壓值時，電流會急劇增大，其伏安特性如圖 4 20IV圖 4 20壓敏電阻伏安特性圖加入壓敏電阻以后的輸入級濾波電路如圖 4 21所示：圖 4 21輸入級濾波原理圖輸出濾波器把經(jīng)過整流以后的方波變換成直流輸出。正激式變換器通常用一個雙極點的LC濾波器把整流后的方波平均成一個直流量[7]。濾波電感的目的是當開關(guān)管斷開時，為負載存儲能量。電氣上的作用是把開關(guān)方波脈沖積分成直流電壓。濾波電感的設(shè)計比較簡單。在選好磁芯的前提下用下式確定所需的最小電感[7]： (410)式中—對應(yīng)的輸出端上整流后的最高峰值電壓；—輸出電壓；—估計的最大輸入電壓下，開關(guān)管導(dǎo)通時間；—預(yù)先知道的輸出端上負載最小電流。這個值就是電感的最小值，如果低于這個值，在輸出端上流過最小額定負載電流時，電感電流會發(fā)生斷續(xù)，設(shè)計中的一個關(guān)鍵要素是要把電感設(shè)計在電流連續(xù)工作模式。電源系統(tǒng)需要考慮的一個量是輸出端的交叉調(diào)整量。所謂的交叉調(diào)整量是指電源一個或多個輸出端負載變化時，對其他輸出端電壓的影響。交叉調(diào)整性能差的電源表現(xiàn)為：當參與輸出反饋的輸出端加載時，沒有參與反饋測量的輸出端的電壓將出現(xiàn)較大增加。在正激式變換器中，為了提高交叉調(diào)整性能，可以采用相互耦合的輸出濾波電感，或者采用多電壓檢測即對所有電壓都進行檢測，本設(shè)計中采用的是在負載不是很大的且對電壓穩(wěn)定性要求比較嚴格的輸出口上采用了7807815用來增強交叉調(diào)整性能[7]。輸出濾波電容可以簡單的由所需要的輸出紋波電壓峰峰值決定。這個輸出紋波電壓就是疊加在輸出直流電壓上的交流三角波。如果電路對紋波比較敏感，設(shè)計時要在加一級輸出濾波。通過下式可以計算出輸出電容值[7]。 (411)式中—輸出端的額定電流值，單位為A；—在高輸入電壓和輕載下所估計的最小占空比；—期望的輸出電壓紋波峰峰值，單位為V。此外，還要注意大容量電容上要并聯(lián)高頻電容，這是由于鋁電解電容和鉭電容無法吸收加在其兩端的高頻電流分量。電壓反饋環(huán)的唯一功能就是使輸出電壓保持一個固定值。但考慮瞬態(tài)響應(yīng)、輸出精度、多路輸出、隔離輸出等方面，電壓反饋的設(shè)計就變得很復(fù)雜了。傳統(tǒng)的電壓反饋的核心部分是一個高增益的誤差放大器，而是直接用一個信號將相應(yīng)的管腳拉低。電壓反饋的另一個重要部分就是反饋隔離問題，當考慮輸入電壓會造成控制器損壞時，就要用反饋隔離。電氣隔離用兩種可用的方法：光隔離（光隔離器）和電磁隔離（變壓器）。這里在設(shè)計中考慮到體積問題以及電磁兼容問題采用了光隔離。二次側(cè)的誤差放大器通常采用TL431。TL431是一個三端封裝器件，其電氣符號如圖 4 22所示：圖 4 22TL431引腳圖內(nèi)部有一個具有溫度補償?shù)碾妷簠⒖荚春鸵粋€放大器。等效原理如圖 4 23所示：圖 4 23TL431內(nèi)部框圖正常工作時，它需要一個最小為1mA的連續(xù)電流輸入輸出引腳，輸出信號就加到這個偏置電流上。本設(shè)計的反饋回路如圖 4 24所示：圖 4 24反饋電路原理圖在本設(shè)計中R6的值由采樣電流決定的可以依據(jù)下式計算： (412)式中—參考端的參考電壓；—反饋采樣電流。R7的計算可以有下式計算： (413)R3和C9的作用是進行環(huán)路補償?shù)?，其值的大小要根?jù)回路的零極點來進行設(shè)計，R5的作用是在光耦不工作的時候為TL431提供一個直流偏置電流，R4的起到限流的作用。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，對于小功率開關(guān)電源的設(shè)計也由原來的許多分立元件發(fā)展成為單片集成開關(guān)電源。在眾多的開關(guān)系列中TinySwitchⅢ產(chǎn)品系列更具靈活性及更大功率范圍的高效離線式開關(guān)IC。此IC集成了一個700V的功率MOSFET、振蕩器、高壓開關(guān)電流源、電流限流及熱關(guān)斷電路。IC產(chǎn)品系列采用開/關(guān)控制方式，提供一個靈活的設(shè)計方案，并且實現(xiàn)更低的系統(tǒng)成本及更大的輸出功率范圍。因此廣泛應(yīng)用于手機或電話、PDA、數(shù)碼相機、MP3等一些里設(shè)備中。其引腳如圖 4 25所示：圖 4 25功率開關(guān)引腳圖各個引腳功能的說明如下：1) 使能/欠壓（EN/UV）引腳（1）：輸入使能信號和輸入線電壓欠壓檢測。在正常工作時，通過此引腳可以控制功率MOSFET的開關(guān)。當從此引腳拉出的電流大于某個閥值電流時，MOSFET將被關(guān)斷。當此引腳拉出電流小于某個閥值電流時，MOSFET將被重新啟動。對閥值電流的調(diào)制可以防止群脈沖現(xiàn)象發(fā)生。閥值的電流值在57uA到115uA之間。在EN/UV引腳和DC電壓間連接一個外部電阻可以用來感測輸入電壓的欠壓情況。如果沒有外部電阻連接到此引腳，TinySwitch可以檢測出這一情況并禁止輸入電壓欠壓保護功能。2) 旁路/多功能(BP/M)引腳（2）：一個外部旁路電容連接到這個引腳上。作為外部限流點設(shè)定，根據(jù)所使用電容的數(shù)值選擇電流限流值。對于TNY275278，使用數(shù)值為1uF的電容會將電流限流值降低到相鄰更小型號的標準電流限流值上。使用數(shù)值為10uF的電容會將限流值增加到相鄰更大型號的標準電流限流值上。它還提供了關(guān)斷功能。在輸入掉電時，當流入旁路引腳的電流超過時關(guān)斷器件，直到BP/。還可將一個穩(wěn)壓管從BP/M引腳鏈接到偏置繞組供電端實現(xiàn)輸出過壓保護。3) 漏極（D）引腳（4）：功率MOSFET的漏極連接點。在開啟及穩(wěn)態(tài)工作時提供內(nèi)部操作電流。4) 源極（S）引腳（8）：內(nèi)部連接到MOSFET的源極，用于高電壓功率的返回節(jié)點及控制電路的參考點。在設(shè)計電測儀表的時候，往往會有電能脈沖的輸出，用來計量電能。本設(shè)計的硬件電路如下圖所示：圖 4 26電能脈沖輸出隔離圖電能脈沖通過編程ADE7758使其與有功和無功電能成一定得關(guān)系，再通過光耦進行隔離，避免從外界引入高電壓沖擊燒毀芯片。第5章總 結(jié)由電力部門的管理需求和實際用戶的需求為原動力，電參數(shù)的測量取得了較大的發(fā)展，各單元技術(shù)已經(jīng)較為成熟。目前有兩個較主要的發(fā)展方向，一是電參數(shù)測量的多功能性，二是電參數(shù)測量的精度提高。本文以電能計量芯片和高性能單片機為核心器件，對多功能的電參數(shù)測量進行了研究并取得了如下成果：1) 分析論述了電測儀表在國內(nèi)的發(fā)展狀況對電能測量的基本理論進行了深刻的探討。2) 對傳統(tǒng)的功率測量進行了分析、比較，設(shè)計出全電子電測儀表的方案。3) 對電測儀表的信號調(diào)理、信號的分析計算、還有電源部分做了具體的分析和設(shè)計。4) 通信部分采用的是RS485通信控制器采用超低功耗MAX1487使總線理論帶載上限可達128個，與RS232相比其共模干擾抑制能力、傳輸距離和傳輸速率都大大提高，存儲部分采用的是非易失性鐵電存儲器FM25640，提高了數(shù)據(jù)的可靠性。5) 。當然在設(shè)計中我也遇到了一些問題，比如設(shè)計的電源由于零極點的配置和功率開關(guān)的最大限流值選擇不合理而導(dǎo)致電源達不到預(yù)期的帶載能力，在設(shè)計初期由于沒有添加上拉電阻而使鍵盤部分沒有任何的作用，以及信號調(diào)理電路中由于電容選擇不當而使信號與輸入信號產(chǎn)生差異等。在不斷地查閱資料，反復(fù)思考后這些問題都逐一的被攻克，通過對這些問題的解決，使我對所接觸到得知識又有了更深一步的了解和認識。附 錄附一 開關(guān)電源和485通訊原理圖附二 顯示和鍵盤原理圖附三 信號調(diào)理原理圖附四 單片機、存儲、ADE