电源电路模块

Q/HX-XXXX-XX/XX-XXXXX/X./电源电路模块变压器电源电路〔MCU+RS485电路名称变压器电源电路〔MCU+RS485。电路概述变压器输出电源电路,是将市电利用变压器的降压以及后续的整流稳压输出低压直流电的功能电源电路。本文针对公司静止式电能表、预付费电能表等产品中,普遍使用的输出提供MCU计量和RS485通信的两路负载需要的变压器电源电路作介绍。火线Line,缩写L

零线Neutral,缩写N

地线Earthline,缩写E

保护接地线Protectearthingline,缩写PE电路图及原理分析MYN23-751K压敏电阻：主要用途：防雷,过压保护。如电力变压器在进户端放入氧化锌避雷器可以有效防雷,电子设备在电网电源输入端放入压敏电阻,一但电网电压升高压敏电阻会不可恢复击穿短路同时保险丝也将断开,从而有效的放止过电压进入线路板。在空调线线路板应用压敏电阻最为多。230V变压器单相提供MCU+RS485电源电路变压器电源电路〔MCU+RS485一般原理如图1-1所示,变压器电源电路基本功能是将电网中的交流电,通过变压器的电磁转换从副极线圈输出低压交流电。如图〔编号6和7的副边低压交流电经过整流桥堆的整流操作输出一个脉动电压,这个脉动电压通过〔如C1类的电解电容器的滤波,在DV1稳压二极管的钳位作用下转换成了可以用于LDO等低压稳压器件操作的直流电。另一组〔编号9、10副边低压交流电通过二极管的半波整流操作输出一个脉动电压,之后通过C3的滤波和DV2的稳压二极管钳位作用输出一个可用于低压稳压器件操作的直流电。然而,如C1电解电容器在整个电能表的供电模块中还扮演着掉电瞬间数据存储提供能量的重要角色,所以选取的时候需谨慎,详细请看。图1-1中红色虚框中的DV3稳压二极管是在客户需要380V过压的时候加上〔或将DV1换成额定功率>2W的稳压二极管,没有过压要求的可以去掉,详见。以下图1-2至图1-5是不同输入电压段的单相和三相变压器电源电路供MCU+RS485的原理图：注意：三相四线电能表需要过接地故障实验,变压器要求过1.9倍输入电压4小时不损坏的测试。110V变压器单相提供MCU+RS485电源电路变压器的型号不同63.5V变压器三相相提供MCU+RS485电源电路110V变压器三相提供MCU+RS485电源电路230V变压器三相提供MCU+RS485电源电路主要元器件的选取压敏电阻〔如图1-1电路中MOV1的选取：压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性电阻元件、损耗型元器件。压敏电阻对电压较敏感,当电压达到一定数值时,电阻迅速导通。具有良好的非线特性、通流量大、残压水平低、动作快和无续流等特点。压敏电阻器的主要参数有标称电压、电压比、最大控制电压、残压比、通流容量、漏电流、电压温度系数、电流温度系数、电压非线性系数、绝缘电阻、静态电容等。压敏电压：所谓压敏电压,即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值,大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值。最大限制电压：指压敏电阻器两端能承受的最高电压值。通流容量：通流容量也称通流量,是指在规定的条件〔以规定的时间间隔和次数,施加标准的冲击电流下,允许通过压敏电阻器上的最大脉冲〔峰值电流值。为了延长器件的使用寿命,氧化锌压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出发,要求所选用的通流量大一些好。压敏电阻的计算方法：针对三相四线制电能表3*240/416VVmax>1.9Vn*1.1=1.9*240*1.1=501.6V。〔Vmax为电能表最大输入电压,选取压敏电阻的压敏电压必须>Vmax；1.9倍是换算后的接地故障电压倍数；Vn电能表额定电压；1.1压敏电阻10%差异同理3*57.7/100VVmax>1.9Vn*1.1=1.9*57.7*1.1=120.6V。针对3*100V〔三相三线电能表,不需要接地故障测试Vmax>1.2Vn*1.1=1.2*100*1.1=132V。同理,单相因为不需要接地故障,一般过压1.2倍即可,Vmax>1.2Vn*1.1=1.2*240*1.1=316.8V。但许多客户要求240V需要416V过压的,Vmax>416*1.1=457.6V。压敏电阻工作电流压敏型号MYN23-471KMYN23-681KMYN23-751KMYN23-821K最XX续工作电压〔交流有效值300V420V460V510V针对通流量：符合公司浪涌要求,另外尽量采用M23封装。因此根据要求：3*240/416V选择MYN23-821K,3*57.7/100V选择MYN23-471K,3*100V选择MYN23-471K,单相表〔220V选用MYN23-681K,如果有过压要求〔如220V过压380V,240V过压416V的使用MYN23-751K。具体情况根据上述公式计算。变压器〔如图1-1电路中T1的选取变压器是利用电磁感应原理,从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器,是电能传递或作为信号传输的重要元件,主要参数如下：电压比：变压器两组线圈圈数分别为N1和N2,N1为初级,N2为次级,在初级线圈上加一交流电压,在次级线圈两端就会产生感应电动势,当N2>N1时,其感应电动势要比初级所加的电压还要高,这种变压器称为升压变压器；当N2<N1时,其感应电动势低于初级电压,这种变压器称为降变压器。初级次级电压和线圈圈数间具有下列关系：n=U2/U1=N2/N1〔式中n称为电压比或圈数比,U1为初级线圈输入电压,U2为次级线圈输出电压。当n<1时,则N1>N2,U1>U2,该变压器为降压变压器,反之则为升压变压器,另有电流之比I1/I2=N2/N1,电功率P1=P2。注意上面的式子只在理想变压器只有一个线圈时成立,当有两个副线圈P1=P2+P3,U1/N1=U2/N2=U3/N3,电流则须利用电功率的关系式去求,有多个时依此推类。变压器的效率：即在额定功率时,变压器的输出功率和输入功率的比值。公式：η=〔P2/P1x100%〔式中η为变压器的效率；P1为输入功率,P2为输出功率。当变压器的输出功率P2等于输入功率P1时,变压器的转换效率为100%,变压器将不产生任何损耗,但实际上这种变压器是没有的。变压器传输电能时总要产生损耗,这种损耗主要有铜损和铁损：铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗。当电流通过线圈电阻发热时,一部分电能就转变为热能而损耗。由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成,因此称为铜损。变压器的铁损包括两个方面：一是磁滞损耗,当交流电流通过变压器时,通过变压器硅钢片的磁力线其方向和大小随之变化,使得硅钢片内部分子相互摩擦,放出热能,从而损耗了一部分电能,这便是磁滞损耗。另一是涡流损耗,当变压器工作时,铁芯中有磁力线穿过,在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流,由于此电流自成闭合回路形成环流,且成旋涡状,故称为涡流。涡流的存在使铁芯发热,消耗能量,这种损耗称为涡流损耗。变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系,通常功率越大,损耗与输出功率比值就越小,效率也就越高。反之,功率越小,效率也就越低。变压器的功率与变压器铁心磁通和施加的电压有关：在电流中励磁电流不会随着负载的增加而增加。虽然负载增加铁心不会饱和,将使线圈的电阻损耗增加,超过额定容量由于线圈产生的热量不能及时的散出,线圈会损坏,假如用的线圈是由超导材料组成,电流增大不会引起发热,但变压器内部还有漏磁引起的阻抗,但电流增大,输出电压会下降,电流越大,输出电压越低,所以变压器输出功率不可能是无限的。假如变压器没有阻抗,那么当变压器流过电流时会产生特别大电动力,很容易使变压器线圈损坏,虽然变压器功率无限但不能用。随着超导材料和铁心材料的发展,相同体积或重量的变压器输出功率会增大,但不是无限大。以下变压器骨架实物图：变压器骨架实物图整流桥堆〔如图1-1电路中AB1的选取整流桥堆在电源电路中起到整流的作用,即将交流电整流成直流电。在选取整流桥堆的时候主要参考以下两个参数：最高电压：即整流桥两端最大承受电压,超过这个电压整流桥可能反向击穿。最大电流：即整流桥最大能通过的承载电流,超过这个电流整流桥可能会被烧毁。所以在选取整流桥的时候,使整流桥的最高电压>后续电路的最大电压、最大电流>后续电路的最大电流,本电路由于输出功率只有1W左右,所以选用B6S整流桥即最大电压、电流为600V、0.5A。稳压二极管〔如图1-1电路中DV1的选取稳压二极管在变压器电源中起到钳位电压的作用。它一般工作在两种状态：稳压状态〔即反向击穿状态,当稳压二极管稳压端电压已经超过稳压二极管稳压值,此时稳压二极管将承受多余压降,二极管反向导通。另一个状态是稳压端电压低于它的稳压值,稳压二极管不工作,此时也存在很小的电流通过它流向"地"。因而在选取稳压二极管的时候需要考虑两个指标：稳定电压值：指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于变压器电源后极需要接入DC-DC或者LDO电路,所以要求稳压值不能高于后面电路的最大输入电压。额定功耗：由芯片允许温升决定,其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。这个参数决定了稳压二极管在稳压状态下能够承受能力。例：20V/1W的稳压二极管在稳压状态下最大能流过50mA的电流,超过这个值极可能损坏管子。因而在功耗不能满足要求的情况下,建议使用额定功耗大的,暂时找不到大功率的管子可考虑多个同型号管子并联的方式〔存在一定风险,不能保证多个稳压管流过的电流平均。所以在选取稳压二极管的时候需要测试电路在稳压管工作状态下最大流经稳压二极管的电流,则稳压二极管功率必须满足以下条件：P>IMAX*Vr。P为稳压二极管功率,IMAX为稳压管工作状态下最大流经稳压二极管的电流,Vr为稳压二极管的稳压值。本文所示电路原理图中选用的是20V/1W的稳压二极管。铝电解电容器〔如图1-1电路中的C1的选取首先要明确一点,铝电解电容器一定会坏,只是时间问题。影响电容寿命的原因有很多,过电压、逆电压、高温、急速充放电等等,正常使用的情况下,最大的影响就是温度,因为温度越高电解液的挥发损耗越快。需要注意的是这里的温度不是指环境或表面温度,是指铝箔工作温度。厂商通常会将电容寿命和测试温度标注在电容本体。因电容的工作温度每增高10℃寿命减半,所以不要以为2000小时寿命的铝电解电容就比1000小时的好,要注意确认寿命的测试温度。每个厂商都有温度和寿命的计算公式,在设计电容时要参照实际数据进行计算。需要了解的是要提高铝电解电容的寿命,第一要降低工作温度,在PCB上远离热源,第二考虑使用最高工作温度高的电容,当然价格也会高一些。铝电解电容器在变压器电源电路中一般起到两个作用：其一是滤波脉动电压,即利用电容器充放电原理,平滑电压波形。如下图所示：平滑电压波形虚线是脉动电压波形,实线是经C1滤波后的波形。再者是针对后面SOC系统提供掉电延时数据储存等操作所需要的能量。鉴于以上作用,在电解电容器选取时要考虑以下两个参数：耐压值：由加给电容两端的电压决定,比理论上能施加的最大电压的最大波峰点的值一般大30%左右就可以。结合公司实际应用情况,本电路建议使用25V耐压的电解电容。容值：主要取决于后续电路中SOC系统在掉电瞬时存数据需要的延时时间。可根据如下公式计算时间或容值：t=RC*Ln[〔V1-V0/〔V1-Vt]t是放电时间,R是与电容并联的电阻〔即电容器后续电路的等效电阻,C为电容器的容值,V0为电容上的初始电压值,V1为电容最终可放到的电压值,Vt为t时刻电容上的电压值。PCB布板变压器电源输出电路PCB布板三相表变压器电源输出电路PCB布板布板注意事项：如图1-8所示,市电接入变压器电源是必须先经过压敏电阻,使得压敏电阻起到保护作用。市电接入点到变压器输入脚的布线越短越好,如果不能做到,建议加大走线的横截面积,加大电流承载能力。如图1-9所示,在三相电能表布板时,需要把三个变压器的电压直接合并,这样使得输出电平起伏较大,另外需要测试接地故障〔1.9倍过压输入为此并联3个或以上的稳压二极管确保稳压的同时,能够扛下较大的流过稳压二极管的电流而不损坏。注意两路电源"地"之间安全距离〔4KV交流耐压一般要求安全距离不小于6.5mm。在三相电能表布板时由于三个变压器公用一根零线,在布板的时候注意与每相火线间的安全距离。电路测试实验温度：20℃±2℃；实验平台：图1-1所示变压器电源供MCU+RS485电路,负载一纯电阻〔2个150R/3W绕线电阻；实验设备：万用表、示波器、校表台功率源、工频耐压测试台。测试数据测试项目测试结果单位备注变压器性能指标测试：1.9倍额定电压,过压测试PASS450V4小时交流耐压PASS50Hz4000V1分钟漏电流≤1mA电路性能测试：输出纹波〔MCU,峰峰值240mV如图1-1：VHH测试点电压13.45V,44.5mA负载下纹波波形转换效率55.4%MCU主回路接300R负载,RS485断路不工作。QUOTEQUOTEQUOTEQUOTE1.2倍输入电压稳压管电流〔MCU19.3mA276VAC输入,VHH开路380V输入电压稳压管电流〔MCU59.6mA380VAC输入,VHH开路380V输入电压稳压管电流〔RS48518.9mA380VAC输入,V485开路380V输入电流13.4mA根据以上测试数据针对单相电能表,如果客户要求220V额定输入需要过压380V〔或者230V过压400V,240V过压416V的在MCU全波整流一路需要并联2个及以上如DV1所示稳压二极管〔或选用额定功率>2W的稳压二极管,确保过压稳压过程中稳压二极管不损坏！实验温度：20℃±2℃；实验平台：图1-2〔110V变压器电路所示变压器电源供MCU+RS485电路；实验设备：万用表、校表台功率源。测试数据测试项目测试结果单位备注1.9倍输入电压稳压管电流〔MCU80.6mA210VAC输入,VHH开路1.9倍输入电压稳压管电流〔RS48526.5mA210VAC输入,V485开路210V输入电流15.6mA根据以上测试数据,如果是三相四线电能表,必须要过接地故障实验,在MCU全波整流一路需要并联2个及以上如DV1所示稳压二极管〔或选用额定功率>2W的稳压二极管,确保过压稳压过程中稳压二极管不损坏！详见图1-3、图1-4、图1-5元器件清单以下为图1-1原理图对印的元器件清单：元器件清单参数位号封装器件名称备注1000V1AD21808整流二极管M7220μF25VC3ECAP-8电解电容600V0.5AAB1SO-4整流桥堆20V1W5%DV1,DV2,DV3DIODE0.4稳压二级管IN4747A,根据具体电路并联多个,具体详见1.和实验数据1000μF25VC1ECAP-12.5电解电容根据具体使用环境调整容值100nF10%50VX7RC2,C40603贴片电容根据具体电路适当增加数量750V7500AMOV120DXXX压敏电阻具体计算方法见1.230V2*12.5V50mA20mAT1MDTB8-3变压器根据不同应用环境选择适合输出功率变压器注意事项由于变压器应用环境的差异只是输出电压起伏较大。建议在变压器副极线圈整流后最大输出电压超过25V时,采用多个稳压二极管并联的形式或换功率更大的稳压二极管。单相电能表220V额定输入电压中客户有380V过压要求,则必须采用2个及以上如图1-1中DV1的稳压二极管并联的形式或则换用功率超过2W的稳压二极管〔具体见因为三相四线电能表里面有一个接地故障实验,若选取的变压器未通过1.9倍额定电压4小时测试不损坏的实验,建议在初级线圈〔即市电输入处输入电路上串联热敏电阻PTC保护变压器及后电路。变压器存在一定的漏磁,所以在PCB布板时特别注意,需要远离电能表的采样电路,尤其是电流采样模块。.变压器电源电路〔MCU+RS485+载波电路名称变压器电源输出。电路概述变压器电源电路是利用工频变压器将变压器输出的交流信号转化成设计者期望的交流信号。变压器低压侧有两路输出,一路供给MCU和PLC电路,一路供给RS485电路。低压交流信号整流后,变成直流电压提供给各自模块电路使用。同时,该电路提供必要的前端保护。工作参数及指标〔瑞斯康PLC模块整个表计主要有三大块电路组成,电表的标准电路、RS485电路、PLC载波模块电路。这3个电路,数PLC电路负载最大,再加上PLC电路为了达到比较好的通信效果,对发送电路的电压要求也是比较高,因此变压器的选取很关键。因为瑞斯康PLC模块在国内和海外市场使用的量最大,也更有代表性,所以PLC以瑞斯康的方案为参考。根据瑞斯康3501芯片载波硬件标准电路提供的参数来看,当发送电路有200mA的电流时,通过实际测试PLC有150米的通信距离。实验电路：巴勒斯坦预付费单相表电路〔4万套；环境温度：12℃；测试设备：万用表、温度计、稳压源。工作参数及指标项目厂家规格书实测值单位备注RS485电路空载电压1415.2VMCU电路空载电压1516.3VRS485电路负载电压11.3V30mA14.5VMCU电路负载电压11.3V230mA16VPLC处于接收状态MCU电路负载电压11.3V230mA15VPLC处于发送状态过电压345V48小时h变压器本身具备一定的抗过压能力,当1.9倍电压时,需外置热敏电阻进行限压保护效率50%温度40℃1.2倍额定电压温度48℃1.9倍额定电压电路图三相四线230V原理图三相三线100V原理图PCB正面PCB反面电路图的工作原理描述强电首先经过压敏电阻短时过压保护,通过热敏复合型电阻的保护,流到变压器的一次侧。二次侧有两路输出,一路给RS485电路供电。另外一路给MCU和PLC电路供电。具体器件原理介绍和选取变压器功能及用途针对我们产品使用的变压器,主要起着电压变换和隔离的作用。变压器工作原理变压器是利用电磁感应原理,从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器,是电能传递或作为信号传输的重要元件。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电流时,铁芯〔或磁芯中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压〔或电流。变压器由铁芯〔或磁芯和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。我们的变压器主要起着降压的作用。理想变压器不计一次、二次绕组的电阻和铁耗,其间耦合系数K=1的变压器称之为理想变压器。描述理想变压器的电动势平衡方程式为：e1〔t=-N1dφ/dte2〔t=-N2dφ/dt若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化,则有不计铁心损失,根据能量守恒原理可得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系。变压器的结构铁心铁心是变压器中主要的磁路部分。表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。铁心分为铁心柱和横片俩部分,铁心柱套有绕组；横片是闭合磁路之用。铁心结构的基本形式有心式和壳式两种。绕组它是用双丝包绝缘扁线或漆包圆线绕成。变压器的基本原理是电磁感应原理,以本文档使用的输出变压器为例说明其基本工作原理：当一次侧绕组上加上电压Ú1时,流过电流Í1,在铁芯中就产生交变磁通Ø1,这些磁通称为主磁通,在它作用下,两侧绕组分别感应电势É1,É2,感应电势公式为：E=4.44fNØm式中：E--感应电势有效值；f--频率；N--匝数；Øm--主磁通最大值。由于二次绕组与一次绕组匝数不同,感应电势E1和E2大小也不同,当略去内阻抗压降后,电压Ú1和Ú2大小也就不同。变压器的主要参数工作频率：变压器铁芯损耗与频率关系很大,故应根据使用频率来设计和使用,这种频率称工作频率。额定功率：在规定的频率和电压下,变压器能长期工作,而不超过规定温升的输出功率。额定电压：指在变压器的线圈上所允许施加的电压,工作时不得大于规定值。电压比：指变压器初级电压和次级电压的比值,有空载电压比和负载电压比的区别。空载电流：变压器次级开路时,初级仍有一定的电流,这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流〔产生磁通和铁损电流〔由铁芯损耗引起组成。对于50Hz电源变压器而言,空载电流基本上等于磁化电流。空载损耗：指变压器次级开路时,在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗,其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗〔铜损,这部分损耗很小。效率：指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大,效率就愈高。绝缘电阻：表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。变压器的选取针对MCU+RS485+PLC电路,选用的是PE1819BD-120/230的变压器。两路输出,电压都是11.3V,电流分别是230mA〔MCU+PLC和30mA〔RS485。这款变压器满足绝缘耐压4kV的要求,但是48小时的耐压只有345V,所以前端要加热敏电阻进行保护。变压器给RS485供电的输出与给主回路和PLC供电的输出要保证AC4kV的耐压。热敏电阻简介PTCR是正温度系数热敏电阻器的英文简称,由BaTiO3系铁电材料通过施加微量改性元素按电子陶瓷工艺制备而成,属温度敏感型陶瓷电阻器。一般情况下,这种电阻器具有很大的正电阻温度系数,当温度低于居里温度〔相变点时,对应电阻值随温度变化不大,当温度超过居里温度后,电阻值随温度升高呈阶跃上升,发生突变,其Rmax/Rmin可达106以上。根据热敏电阻值随温度变化的陡峭程度,可将分为缓变型和阶跃型二大类,利用其电阻温度特性、电压电流特性和电流时间特性,使PTC热敏电阻器可广泛应用于温度补偿、控温加热、过热过流保护、自动消磁、马达启动等领域。正温度系数〔PTC复合型热敏电阻器主要性能参数正温度系数〔PTC复合型热敏电阻器在热敏电阻器特性的有效部分,其电阻值随温度的增加而增加的热敏电阻器,简称PTC热敏电阻器。开关温度电阻值开始阶跃式增加时所规定的温度,通常为2倍R25所对应的温度,也称居里温度。标称零功率电阻值是在某一规定温度〔优先是25℃与某一功耗下测量的热敏电阻器的直流电阻值。该功耗要足够的低,以致于进一步降低功率所引起的电阻值的变化可忽略。热时间常数热敏电阻器的热时间常数〔理想值为其热容量与热阻之乘积。是指热敏电阻器受到外部环境温度突变的影响时,热敏电阻器的温度改变其始末温度差63.2%所需的时间。规定电压下平均电阻温度系数α电阻值随温度的变化率,以%/k表示。按下列公式计算：α示ln〔RP/Rb/〔TP-Tb*100此处TP大于Tb至少10k。对于温度补偿用PTC电阻,规定：TP=50℃Tb=25℃动作电流It在规定的温度〔优先是25℃5℃℃℃5℃℃℃5℃℃℃5℃℃℃5℃℃℃5℃℃℃5℃态的最低电流。动作时间ts在规定的温度〔优先是25℃下给PTC热敏电阻施加动作电流,通过PTC热敏电阻的电流降低到起始电流的50%时经历的时间就是动作时间。最大不动作电流Imax.nt在规定的环境温度〔优先是25℃下,热敏电阻器始终保持其低阻态的最大电流。最大过载电流Imo工作温度范围内不能超过的电流值。剩余电流Ires在规定环境温度〔优先是25℃5℃℃℃5℃℃℃优先是是指低电流。器受到电流。阻之乘积。是指热敏电阻器热敏电阻的选取根据国网大量现场使用运行和国外市场需要1.9倍电压48小时变压器不坏的要求,考虑使用复合型的PTC热敏电阻。复合型的PTC热敏电阻不用考虑电源负载的大小,不用考虑变压器生产厂家的差异,不用考虑环境温度对反应速度的影响,满足所有单相或三相表计变压器初级的过电压的要求,并能恰当地降低浪涌电压及群脉冲等对表计精度的影响。外加过电压时,短时间内立即响应,使变压器初级电压钳位在230V左右,电表正常工作。过压降低后恢复到最初工作状态。国网大量使用的是XX劲阳公司生产的MZ11-06E151RM/10D391热敏电阻。以下是热敏电阻实验参数。实验时间：12月15日10点30分到17日的10点30分变压器能345V能抗48小时。48小时加电压：338V,然后通过调节电表的输入电压做以下试验,并记录数据。试验数据1交流输入电压变压器一次侧电压3.3V系统ACPLC系统AC3.3V系统整流桥输出PLC系统整流桥输出276V1.2倍电压27215.817.519.823.433831317.119.620.72635029016.719.020.325.536028316.318.119.923.637027016.117.720.023.838025215.317.119.722.939025415.717.319.622.540026215.517.119.222.141025415.316.619.022.242025215.116.618.821.543024914.916.218.821.544024214.516.018.421.2重新选择一只表,从230V开始给电表的输入加电,试验并记录数据。实验数据2交流输入电压变压器一次侧电压3.3V系统ACPLC系统AC3.3V系统整流桥输出PLC系统整流桥输出23023013.6151719.823923914.115.417.620.424224214.215.517.920.724724614.515.818.321.225525414.916.319.021.926326215.416.819.622.627026915.617.219.723.127627515.817.619.823.4结论：当电压从额定电压往上增加到276V时,热敏电阻压降只有1V,说明对电源的影响很小,而且变压器最大承受的电压是345V,属于安全范围。电压输入达额定电压的1.9倍时,经热敏电阻保护后输入到变压器的电压只有242V,变压器还是安全的。考虑到热敏电阻动作的非线性,当输入电压338V时,经热敏电阻保护后输入到变压器的电压只有313V,变压器还是安全的。把这只电表放到60度的恒温箱测试,加1.9倍电压时,动作稍微提前动作。但是1.2倍额定电压时,热敏电阻的前后压降只有2V左右,对电表影响不大。压敏电阻工作原理介绍压敏电阻〔又称变阻器或变阻体,英文通常称为Varistor,又称为VDR,VoltageDependentResistor是一种具有显著非欧姆导体性质的电子元件,电阻值会随外部电压而改变,因此它的电流-电压特性曲线具有显著的非线性。压敏电阻广泛的被应用在电子线路中,来防护因为电力供应系统的暂态电压突波所可能对电路的伤害。当高压来到时,压敏电阻的电阻降低而将电流予以分流,因而保护了敏感的电子元件。特点通流容量大限制电压低响应速度快无续流对称的伏安特性〔即产品无极性电压温度系数低压敏电阻器的主要参数压敏电阻器的主要参数有标称电压、电压比、最大控制电压、残压比、通流容量、漏电流、电压温度系数、电流温度系数、电压非线性系数、绝缘电阻、静态电容等。压敏电压：所谓压敏电压,即击穿电压或阈值电压。根据被保护电源电压选择压敏电阻器的规定电流下的电压V1mA。一般选择原则为：对于直流回路：V1mA≥2.0VDC对于交流回路：V1mA≥2.2V有效值。最大限制电压指压敏电阻器两端能承受的最高电压值。通流容量：所谓通流容量,即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下,对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言,压敏电压的变化不超过±10％时的最大脉冲电流值。为了延长器件的使用寿命,ZnO压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出发,要求所选用的通流量大一些好。在许多情况下,实际发生的通流量是很难精确计算的。简单的讲-通流容量也称通流量,是指在规定的条件〔以规定的时间间隔和次数,施加标准的冲击电流下,允许通过压敏电阻器上的最大脉冲〔峰值电流值。压敏选择计算方法压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性电阻元件、损耗型元器件。压敏电阻对电压较敏感,当电压达到一定数值时,电阻迅速导通。具有良好的非线特性、通流量大、残压水平低、动作快和无续流等特点。压敏电阻器的主要参数有标称电压、电压比、最大控制电压、残压比、通流容量、漏电流、电压温度系数、电流温度系数、电压非线性系数、绝缘电阻、静态电容等。压敏电压：所谓压敏电压,即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值,大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值。最大限制电压：指压敏电阻器两端能承受的最高电压值。通流容量：所谓通流容量,即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下,对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言,压敏电压的变化不超过±10％时的最大脉冲电流值。为了延长器件的使用寿命,ZnO压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出发,要求所选用的通流量大一些好。在许多情况下,实际发生的通流量是很难精确计算的。简单的讲-通流容量也称通流量,是指在规定的条件〔以规定的时间间隔和次数,施加标准的冲击电流下,允许通过压敏电阻器上的最大脉冲〔峰值电流值。压敏电阻的计算方法：针对三相四线制电能表〔3*240/416VVmax>1.9Vn*1.1=1.9*240*1.1=501.6V〔Vmax为电能表最大输入电压,选取压敏电阻的压敏电压必须>Vmax；1.9倍是换算后的接地故障电压倍数；Vn电能表额定电压；1.1压敏电阻10%差异同理3*57.7/100VVmax>1.9Vn*1.1=1.9*57.7*1.1=120.6V针对3*100V〔三相三线电能表,不需要接地故障测试Vmax>1.2Vn*1.1=1.2*100*1.1=132V同理单相因为不需要接地故障,一般过压1.2倍即可Vmax>1.2Vn*1.1=1.2*240*1.1=316.8V但许多客户要求240V需要416V过压的Vmax>416*1.1=457.6V不同压敏电阻最XX续工作电压压敏型号MYN23-471KMYN23-681KMYN23-751KMYN23-821K最XX续工作电压〔交流有效值300V420V460V510V针对通流量：符合公司浪涌要求,另外尽量采用M23封装。因此根据要求：3*240/416V选择MYN23-821K3*100V选择MYN23-471K单相表〔220V选用MYN23-681K,如果有过压要求〔如220V过压380V,240V过压416V的使用MYN23-751K。具体情况根据上述公式计算。整流桥将4个硅二极管接成桥式整理电路之后封装在一起用塑料封装好,引出4只脚,两个交流输入,两个直流输出。通过二极管的单向导电特性将电平在零点上下浮动的交流电转换成单向的直流电。特点：小巧方便,少占PCB面积。主要考虑的指标是：最大反向电压和最大工作电流两个指标。在同样的封装大小下,MB6S最大方向电压有600V,最大工作电流有0.5A,正向压差是1.0V,满足电表电路的需求。铝电解电容简介电容器是一种储能元件,在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时。电容器通常叫做电容。按其结构可分为固定电容器、半可变电容器、可变电容器三种。电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中,电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。铝电解电容器它的特点是容量大,但是漏电大,误差大,稳定性差,常用作交流旁路和滤波,在要求不高时也用于信号耦合。电解电容有正、负极之分,使用时不能接反。主要性能指标标称容量和允许误差：电容器储存电荷的能力,常用的单位是F、μF、pF。电容器上标有的电容数是电容器的标称容量。电容器的标称容量和它的实际容量会有误差。一般,电容器上都直接写出其容量,也有用数字来标志容量的额定工作电压：在规定的工作温度范围内,电容长期可靠地工作,它能承受的最大直流电压,就是电容的耐压,也叫做电容的直流工作电压。如果在交流电路中,要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值绝缘电阻：由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体,它的电阻不是无限大,而是一个有限的数值,一般在1000兆欧以上,电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻,或者叫做漏电电阻,大小是额定工作电压下的直流电压与通过电容的漏电流的比值。漏电电阻越小,漏电越严重。电容漏电会引起能量损耗,这种损耗不仅影响电容的寿命,而且会影响电路的工作。因此,漏电电阻越大越好。介质损耗：电容器在电场作用下消耗的能量,通常用损耗功率和电容器的无功功率之比,即损耗角的正切值表示。损耗角越大,电容器的损耗越大,损耗角大的电容不适于高频情况下工作。电解电容的选用根据电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍,所以选用的是1000μF/25V的电解电容。当电表工作时,整理输出电压基本在15V左右,25V\15V=1.66倍,跟1.42倍比较接近,又考虑到电表的成本。元器件BOM元器件清单物料编号参数封装位号数量品名订货信息厂家R10010150R220VAC插件1热敏电阻MZ11-06E151RM/10D391XX劲阳A01033-120V1W5%插件Z1,Z2,Z3,Z44稳压二极管1N4747ATAKCHEONGC07017470μF25VECAP-8C61电解电容25VYXF470UZ10*16RubyconC070131000μF25VECAP-10C1,C22电解电容25VYXF1000UZ12.5*20RubyconC09035100nF10%300VRAD0.4CX1,CX2,CX33金属化聚丙烯膜电容LE104-KOKAYAA01013-11000V1A1808〔3D1,D2,D33整流二极管M7扬杰A01702-2600V0.5ABRIDGEAB1,AB2,AB33桥堆MB6S扬杰R09010820V10%M2320DXXXMOV1,MOV2,MOV33压敏电阻MYN23-821K铁达R09022470V10%M2320DXXX压敏电阻MYN23-471K铁达R10008300R20％RTRT1,RT2,RT33热敏电阻MZ27-3001K230XX海创C01013100nF-20%--+80%50VY5V604C3,C4,C5,C74贴片电容0603F01958230V2X11.3V30mA230mAPE1819TR1,TR2,TR33变压器PE1819BD-230XX裕正F01959120V2*11.3V30mA230mAPE1819变压器PE1819BD-120XX裕正使用注意事项变压器布局：主要考虑不要放置在PCB过于边上,防止恒定磁场对其影响。交流采样电路尽可能远离变压器,防止小信号的精度不好。压敏摆放位置：最好摆放在电压进线处,浪涌释放回路短而粗,要求在3mm及以上。变压器下面尽量不要走线。变压器封装孔不能太大,根据PCB设计规范执行,建议不要有预留孔,导致生产过程中未注意漏锡在变压器下,导致耐压不合格。整流输出电压最高有26V,所以不能用20V的整流管。建议采用LM317或者最高输入电压30V以上的DC/DC电源芯片。.变压器电源电路〔无线表方案电路名称变压器电源电路电路概述变压器电源电路是利用变压器工作原理,将高压交流信号转化为低压交流信号,然后将低压交流信号整流后的直流电压提供给表计电源使用。工作参数及指标〔用于大功率无线通讯对于提供大功率输出电路,需满足无线瞬时通讯5V2A〔持续时间1ms的发射功率要求,保证三相电能表在单相额定电压条件下正常工作。另外根据现场运用情况,GRPS无线天线需要隔离,表计电压采样采用电阻分压方式。因此设计考虑余量,MCU侧电流100mA,GPRS通讯侧电流300mA设计。那么根据以上技术条件,选择PE1415A变压器作为设计首选。环境温度23℃测试设备：万用表、点温计、稳压源工作参数及指标项目最小值实测值最大值单位备注空载电压GPRS通讯路≥讯路MCU路≥CUGPRS通讯路≤讯路MCU路≤CUV负载电压GPRS通讯≥讯RV负载电流300mAMCU路≥CUV负载电流100mA过电压≥电h1.9倍额定电压效率50%温度57.8℃满负载1.2倍额定电压温度103℃满负载1.9倍额定电压后面测试数据以PE1415A-220作为测试依据。电路图原理图<三相四线>220V原理图<三相四线57.7V>原理图<三相三线100V>PCB正面PCB反面〔注释电路图的工作原理描述变压器变压器工作原理介绍变压器是利用电磁感应原理,从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种重要元件。理想变压器不计一次、二次绕组的电阻和铁耗,其间耦合系数K=1的变压器称之为理想变压器。描述理想变压器的电动势平衡方程式为e1<t>=-N1dφ/dt,e2<t>=-N2dφ/dt。若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化,则不计铁心损失,根据能量守恒原理可得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系。电压比变压器两组线圈圈数分别为N1和N2,N1为初级,N2为次级.在初级线圈上加一交流电压,在次级线圈两端就会产生感应电动势.当N2>N1时,其感应电动势要比初级所加的电压还要高,这种变压器称为升压变压器：当N2<N1时,其感应电动势低于初级电压,这种变压器称为降变压器.初级次级电压和线圈圈数间具有下列关系：U1/U2=N1/N2式中n称为电压比<圈数比>.当n＞1时,则N1>N2,U1>U2,该变压器为降压变压器.反之则为升压变压器.另有电流之比I1/I2=N2/N1电功率P1=P2注意上面的式子只在理想变压器只有一个线圈时成立当有两个副线圈时P1=P2+P3,U1/N1=U2/N2=U3/N3,电流则须利用电功率的关系式去求,有多个时依此推类。变压器的效率在额定功率时,变压器的输出功率和输入功率的比值,叫做变压器的效率,即η=<P2÷P1>x100%；式中η为变压器的效率,P1为输入功率,P2为输出功率。当变压器的输出功率P2等于输入功率P1时,效率η等于100%,变压器将不产生任何损耗.但实际上这种变压器是没有的.变压器传输电能时总要产生损耗,这种损耗主要有铜损和铁损.铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗。当电流通过线圈电阻发热时,一部分电能就转变为热能而损耗。由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成,因此称为铜损.变压器的铁损包括两个方面.一是磁滞损耗,当交流电流通过变压器时,通过变压器硅钢片的磁力线其方向和大小随之变化,使得硅钢片内部分子相互摩擦,放出热能,从而损耗了一部分电能,这便是磁滞损耗.另一是涡流损耗,当变压器工作时。铁芯中有磁力线穿过,在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流,由于此电流自成闭合回路形成环流,且成旋涡状,故称为涡流。涡流的存在使铁芯发热,消耗能量,这种损耗称为涡流损耗.变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系,通常功率越大,损耗与输出功率就越小,效率也就越高。反之,功率越小,效率也就越低。变压器铁心磁通和施加的电压有关：在电流中励磁电流不会随着负载的增加而增加。虽然负载增加铁心不会饱和,将使线圈的电阻损耗增加,超过额定容量由于线圈产生的热量不能及时的散出,线圈会损坏,假如你用的线圈是由超导材料组成,电流增大不会引起发热,但变压器内部还有漏磁引起的阻抗,但电流增大,输出电压会下降,电流越大,输出电压越低,所以变压器输出功率不可能是无限的。假如你又说了,变压器没有阻抗,那么当变压器流过电流时会产生特别大电动力,很容易使变压器线圈损坏,虽然你有了一台功率无限的变压器但不能用。只能这样说,随着超导材料和铁心材料的发展,相同体积或重量的变压器输出功率会增大,但不是无限大。变压器内部骨架照片变压器内部骨架照片压敏电阻工作原理介绍压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性电阻元件；电阻对电压较敏感,当电压达到一定数值时,电阻迅速导通。压敏电阻具有良好的非线特性、通流量大、残压水平低、动作快和无续流等特点。压敏电阻器的主要参数压敏电阻器的主要参数有标称电压、电压比、最大控制电压、残压比、通流容量、漏电流、电压温度系数、电流温度系数、电压非线性系数、绝缘电阻、静态电容等。压敏电压所谓压敏电压,即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值,大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值。最大限制电压指压敏电阻器两端能承受的最高电压值。通流容量所谓通流容量,即在环境温度为25℃情况下最大脉冲电流的峰值。对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言,压敏电压的变化不超过±10％时的最大脉冲电流值。为了延长器件的使用寿命,ZnO压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出发,要求所选用的通流量大一些好。在许多情况下,实际发生的通流量是很难精确计算的。简单的讲-通流容量也称通流量,是指在规定的条件〔以规定的时间间隔和次数,施加标准的冲击电流下,允许通过压敏电阻器上的最大脉冲〔峰值电流值。压敏选择计算方法针对3*220/380V〔说明1.9倍是接地故障电压,Vp是峰值电压,1.1为压敏电阻10%差异V最大>1.9Vp*1.1=1.9*220*1.4142*1.1=650V针对3*57.7/100VV最大>1.9Vp*1.1=1.9*57.7*1.4142*1.1=170V针对3*100VV最大>1.2Vp*1.1=1.2*100*1.4142*1.1=186V针对单相220V,要求380V过压的V最大>380*1.4142*1.1=591V不同压敏最XX续工作电压〔交流压敏型号MYN23-471KMYN23-681KMYN23-751KMYN23-821K最XX续工作电压〔交流385V560V615V670Ｖ针对通流量：符合公司浪涌要求,另外尽量采用M23封装。因此根据要求：3*220/380V选择MYN23-821K3*57.7/100V选择MYN23-471K3*100VMYN23-471K铝电解电容优点：容量大、耐压高、价格便宜缺点：漏电流大、误差大、稳定性差、寿命随温度的升高下降很快数字电路中使用的铝质电解电容一般用于电源平滑滤波,除容量、耐压、容量误差、工作温度、封装尺寸等熟知的参数外,还有几个有关电容器品质的重要参数,包括损耗角正切、漏电流、等效串联电阻ESR、允许的纹波电流、使用寿命等。这些参数不标在成品封装外皮上,只在产品规格书中体现的,但这些参数有可能是关系电路性能的关键。有的电容还会标出ESR值〔等效串联电阻,ESR越低,损耗越小,输出电流就越大,电容器的品质越高。串联等效电阻ESR的单位是毫欧〔mΩ。通常钽电容的ESR通常都在100毫欧以下,而铝电解电容则高于这个数值,同样当容量固定时,选用高的额定电压的品种也能降低ESR；故选用耐压高的电容确实有许多好处；低频时ESR高,高频时ESR低；高温也会造成ESR的升高。ESR值与纹波电压的关系可以用公式V=R〔ESR×I表示。这个公式中的V就表示纹波电压,而R表示电容的ESR,I表示电流。可以看到,当电流增大的时候,即使在ESR保持不变的情况下,纹波电压也会成倍提高,因此采用更低ESR值的电容是势在必行的。因此在需要更低ESR的场合,而低ESR的大容量电容价格又相对昂贵的情况下,用多个ESR相对高的铝电解电容并联,形成一个低ESR的大容量电容也是一种常用的办法。很多开关电源采取的电容并联的策略,以牺牲一定的PCB空间,换来器件成本的减少。容量和额定工作电压铝电解电容本体上标有的容量和耐压,这两个参数很重要,是选用电容最基本的内容。在实际电容选型中,对电流变化节奏快的地方要用容量较大的电容,但并非容量越大越好。首先,容量增大,成本和体积可能会上升,另外,电容越大充电电流就越大,充电时间也会越长。这些都是实际应用选型中要考虑的。额定工作电压：在规定的工作温度范围内,电容长期可靠地工作,它能承受的最大直流电压。在交流电路中,要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。常用的固定电容工作电压有6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、2500V、400V、500V、630V。电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中,电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。另外还要注意的一个问题是工作电压裕量的问题,一般来说要在15％以上。例如某电容的额定电压是50V,虽然涌浪电压可能高至63V,但一般最高只会施加42V电压。让电容器的额定电压具有较多的余裕,能降低内阻、降低漏电流、降低损失角、增加寿命。虽然说,48V的工作电压使用50V的铝电解电容短时间不会出现问题,但使用久了,寿命就有可能降低。纹波电流和纹波电压在有的资料中称作涟波电流和涟波电压,其实就是ripplecurrent,ripplevoltage。含义就是电容器所能耐受纹波电流/电压值。纹波电压等于纹波电流与ESR的乘积。当纹波电流增大的时候,即使在ESR保持不变的情况下,纹波电压也会成倍提高。换言之,当纹波电压增大时,纹波电流也随之增大,这也是要求电容具备更低ESR值的原因。叠加入纹波电流后,由于电容内部的等效串连电阻〔ESR引起发热,从而影响到电容器的使用寿命。一般的,纹波电流与频率成正比,因此低频时纹波电流也比较低。额定纹波电流是在最高工作温度条件下定义的数值。而实际应用中电容的纹波承受度还跟其使用环境温度及电容自身温度等级有关。规格书目通常会提供一个在特定温度条件下各温度等级电容所能够承受的最大纹波电流。甚至提供一个详细图表以帮助使用者迅速查找到在一定环境温度条件下要达到某期望使用寿命所允许的电容纹波量。寿命首先要明确一点,铝电解电容一定会坏,只是时间问题。影响电容寿命的原因有很多,过电压,逆电压,高温,急速充放电等等,正常使用的情况下,最大的影响就是温度,因为温度越高电解液的挥发损耗越快。需要注意的是这里的温度不是指环境或表面温度,是指铝箔工作温度。厂商通常会将电容寿命和测试温度标注在电容本体。因电容的工作温度每增高10℃寿命减半,所以不要以为2000小时寿命的铝电解电容就比1000小时的好,要注意确认寿命的测试温度。每个厂商都有温度和寿命的计算公式,在设计电容时要参照实际数据进行计算。需要了解的是要提高铝电解电容的寿命,第一要降低工作温度,在PCB上远离热源,第二考虑使用最高工作温度高的电容,当然价格也会高一些。各种使用系列电表专用系列YXA、YXF〔高频长寿命-55～105℃节能灯专用系列YXA、BXA〔1000～12000小时、BXC〔5000～1000小时、CFX〔5000小时-55～105℃开关电源专用系列YXA、YXF、YXG、MXR、MXG、MXC、AXW、WXA、ZL、ZLH-40~85℃我们电能表选择YXF系列。选择容量采用0.289/f×〔U/I×ACv,0.289是由半波阻性负载整流电路的波纹系数推演来的常数f,是整流电路的脉冲频率,如50Hz交流电源输入,半波整流电路的脉冲频率为50Hz,全波整流电路的脉冲频率为100Hz。单位是HzU是整流电路最大输出电压,单位是VI是整流电路最大输出电流,单位是AACv,是波纹系数,单位是%,我们选择8%因此主电源电解电容容量=0.289/{100×〔18/0.1×0.08}≈0.002F而GPRS电源电解电容容量=0.289/{100×〔18/0.3×0.08}≈0.006F选择C2,C4耐压选取原则是：电容耐压≥1.9倍电压条件下整流后电压,大于30V,因此选择35V耐压.寿命时间：Lx=L0×QUOTELx=实际工作寿命L0=保证寿命T0=最高工作温度<105℃>Ta=电容器实际工作周围温度我们一般选择5000小时,环境温度选择75℃则LX=5000×QUOTE=4.5年最终我们选择：YXF35V1000uF2颗,2200uF3颗系统原理图说明假设变压器一次侧与二次侧闸数比N1：N2：N3,则当交流电源AC220V加在变压器TR1初级两端,那么变压器二次侧分别输出220VN2/N1,220VN3/N1。二次侧电压经过整流后并经过电解电容滤波后电压约分别为：〔1.4142*220N2/N1-1.4V,〔1.4142*220N3/N1-1.4V,若后面增加负载,那么电压会随之下降。输入交流电压值在额定Un情况下：在额定Un情况下输入交流电压值4、5侧负载电阻〔Ω4、5侧有效电压〔V6、7侧有效电压〔V5011.813.147212.599413.0610013.1813.812213.6415013.7214.06空载14.9314.634、5侧负载为50Ω情况下输入交流电压值〔V4、5侧有效电压〔V60%Un7.0870%Un8.2580%Un9.4390%Un10.61100%Un11.8110%Un12.96120%Un14.13转换效率输入功率输出功率效率输入电压：220V输入电流：25.9mA第4、5路输出电压：8.1V第4、5路负载电阻：33载第6、7路输出电压：8.1V第6、7路负载电阻：100电45.74该效率已经将整流桥堆消耗的也计算进去。元器件清单元器件清单参数位号器件名称3*220/380V820VM2310%VR1,VR2,VR3压敏电阻220V/10V300mA10V100mATR1,TR2,TR3变压器600V0.5AB1,B2,B3,B4,B5,B6整流桥堆100N10%50VX7RC1,C3贴片电容35V5000小时2000uFC4电解电容35V5000小时6000uFC2电解电容参数位号器件名称3*57.7/380V470VM2310%VR1,VR2,VR3压敏电阻220V/10V300mA10V100mATR1,TR2,TR3变压器600V0.5AB1,B2,B3,B4,B5,B6整流桥堆100N10%50VX7RC1,C3贴片电容35V5000小时2000uFC4电解电容35V5000小时6000uFC2电解电容参数位号器件名称3*100V470VM2310%VR1,VR2,VR3压敏电阻220V/10V300mA10V100mATR1,TR2,TR3变压器600V0.5AB1,B2,B3,B4,B5,B6整流桥堆100N10%50VX7RC1,C3贴片电容35V5000小时2000uFC4电解电容35V5000小时6000uFC2电解电容PE1415A-220空载电流测试PE1415A-220空载电流测试输入交流电压值〔V输入端空载电流〔mA70%Un1.3080%Un1.5090%Un1.80100%Un2.30110%Un3.00120%Un3.90130%Un5.00140%Un6.30150%Un7.90160%Un10.20170%Un13.80180%Un19.80190%Un21.10使用时注意事项变压器选择额外考虑漏磁,防磁饱和变压器输入输出电压关系=r*空载电压-〔空载电压-额定满载电压r：输入电压/额定电压B1,B2,整流桥堆选取原则是：根据变压器输出功率以及负载的容量选取如下两款整流桥堆两款整流桥堆MB6S600V,0.5A<推荐>注意变压器的工作温度,以及电解电容位置摆放,变压器温度不能超过150℃,温度越高寿命越短,而电解电容寿命也一样。压敏摆放位置最好摆放在电压进线处,浪涌释放回路短而粗。要求在4mm以上,尽量在Bottomsolder开层过波峰上锡。〔见图PCB正面紫色图层尽量少在变压器下面走耐压4000V线,可能由于变压器线圈过大,环氧树脂密封不够全面导致耐压击穿。变压器封装孔不能太大,根据PCB设计规范执行,建议不要有预留孔,导致生产过程中未注意漏锡在变压器下,导致耐压不合格。电压进线强烈建议不走PCB下面,防止PCB插件。尖引脚将电压进线绝缘皮刺破导致短路爆炸,或者电压进线教长。.阻容压降电路分析电容降压的工作原理并不复杂。他的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。例如,在50Hz的工频条件下,一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。当220V的交流电压加在电容器的两端,则流过电容的最大电流约为70mA。虽然流过电容的电流有70mA,但在电容器上并不产生功耗,应为如果电容是一个理想电容,则流过电容的电流为虚部电流,它所作的功为无功功率。设计概要将交流市电转换为低压直流的常规方法是采用变压器降压后再整流滤波,当受体积和成本等因素的限制时,最简单实用的方法就是采用电容降压式电源.这一类的电路通常用于低成本取得非隔离的小电流电源。它的输出电压通常可在几伏到三几十伏,取决于所使用的齐纳稳压管。所能提供的电流大小正比于电容容量。采用电容降压时应注意以下几点：根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容,而不是依据负载的电压和功率。限流电容必须采用无极性电容,绝对不能采用电解电容。而且电容的耐压须在400V以上。电容降压不能用于大功率条件,因为不安全。电容降压不适合动态负载条件。同样,电容降压不适合容性和感性负载。当需要直流工作时,尽量采用半波整流,不建议采用桥式整流,而且要满足恒定负载的条件。一般地,此类电路全波整流虽电流稍大,但是因为浮地,稳定性和安全性要比半波整流型更差,所以用的更少。为保证C1可工作,其耐压选择应大于两倍的电源电压。电路设计时,应先测定负载电流的准确值,然后参考示例来选择降压电容器的容量。因为通过降压电容C1向负载提供的电流Io,实际上是流过C1的充放电电流Ic。C1容量越大,容抗Xc越小,则流经C1的充、放电电流越大。当负载电流Io小于C1的充放电电流时,多余的电流就会流过稳压管,若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁。工作原理阻容降压相当于一个恒流源,所以后面要用一个稳压管来稳压,阻容降压不怕短路,但怕开路。具体电流计算如下：采用半波整流时,每微法电容可得到电流〔平均值为：〔国际标准单位I〔AV=0.44*V/Zc=0.44*220*2*Pi*f*C=0.44*220*2*3.14*50*C=30000C=30000*0.000001=0.03A=30mA电路图和电路分析稳压管参数表型号NominalZenerVoltageatIztTestcurrentIztmAMaximumZenerimpendanceAtIztZztΩMaximumZenerimpendanceZztiMaximumReverseleakagecurrentIruAMaximumReverseleakagecurrentAtVrVSurgecurrentatTa=25eIrmAMaximumregulatorcurrentIzmmA1N474010V25mA7700107.645491IN474720V12.522750515.222545通过稳压管的最低电流为10V/700R=14.2mA。插件TVS600WATTPEAKPOWER1.0WATTSTEADYSTATE型号NReverseStandoffVoltageTestcurrentIT〔mABreakdownVoltageVBR@IT〔Note5Min〔VBreakdownVoltageVBR@IT〔Note5Max〔VMax.ReverseLeakage@VRWM〔Note6Max.ClampingVoltage@IppMax.PeakPulseCurrentIppUNITVRWM〔VIT〔mAMin〔VMax〔VIR〔μA〔V〔AP6KE16A13.6V1mA14.315.2521.229三相1500WATTPEAKPOWER5.0WATTSTEADYSTATE型号NReverseStandoffVoltageTestcurrentIT〔mABreakdownVoltageVBR@IT〔Note5Min〔VBreakdownVoltageVBR@IT〔Note5Max〔VMax.ReverseLeakage@VRWM〔Note6Max.ClampingVoltage@IppMax.PeakPulseCurrentIppUNITVRWM〔VIT〔mAMin〔VMax〔VIR〔μA〔V〔A1.5KE16A13.6V1mA15.216.8522.267电路一普通半波整流阻容电路：普通半波整流阻容电路上图电路工作原理：C1为降压电容器,D1为半波整流二极管,只有在电源的正半周期,D1工作在整流状态,ZD1在市电的负半周时给C1提供放电回路,ZD1是稳压二极管,在负半周期,不向负载提供能量。器件参数选择：根据下图分析原理图C1为降压电容,一般为0.33~3.3μF。假设C1=2μF,其容抗XCL=1/〔2PI*fC1=1592。由于整流管的导通电阻只有几欧姆,稳压管VD5的动态电阻为10Ω左右,限流电阻R1及负载电阻RL一般为100~200Ω,而滤波电容一般为100μF～1000μF,其容抗非常小,可以忽略。若用R代表除C1以外所有元器件的等效电阻,可以画出图的交流等效电路。同时满足了XC1>R的条件,所以可以画出电压向量由于R甚小于XC1,R上的压降VR也远小于C1上的压降,所以VC1与电源电压V近似相等,即VC1=V。根据电工原理可知：整流后的直流电流平均值Id,与交流电平均值I的关系为Id=V/XC1。若C1以μF为单位,则Id为毫安单位,对于220V,50赫兹交流电来说,可得到Id=0.62C1。由此可以得出以下两个结论：在使用电源变压器作整流电源时,当电路中各项参数确定以后,输出电压是恒定的,而输出电流Id则随负载增减而变化。使用电容降压作整流电路时,由于Id=0.62C1,可以看出,Id与C1成正比,即C1确定以后,输出电流Id是恒定的,而输出直流电压却随负载电阻RL大小不同在一定范围内变化。RL越小输出电压越低,RL越大输出电压也越高。综上所述,C1取值大小应根据负载电流来选择,比如负载电路需要9V工作电压,负载平均电流为75毫安,由于Id=0.62C1,可以算得C1=1.2μF。考虑到稳压管VD5的的损耗,C1可以取1.5μF,此时电源实际提供的电流为Id=93毫安。稳压管的稳压值应等于负载电路的工作电压,其稳定电流的选择也非常重要。由于电容降压电源提供的的是恒定电流,近似为恒流源,因此一般不怕负载短路,但是当负载完全开路时,R1及VD5回路中将通过全部的93毫安电流,所以VD5的最大稳定电流应该取100毫安为宜。由于RL与VD5并联,在保证RL取用75毫安工作电流的同时,尚有18毫安电流通过VD5,所以其最小稳定电流不得大于18毫安,否则将失去稳压作用。限流电阻取值不能太大,否则会增加电能损耗,同时也会增加C2的耐压要求。如果是R1=100欧姆,R1上的压降为9.3V,则损耗为0.86瓦,可以取100欧姆1瓦的电阻。滤波电容一般取100微法到1000微法,但要注意其耐压的选择。前已述及,负载电压为9V,R1上的压降为9.3V,总降压为18.3V,考虑到留有一定的余量,因此C2耐压取25V以上为好。实际应用电路分析在电表电源当中,由于电表必须有参考点,所以可以直接采用半桥电路。在选择限制电容时需要考虑过符合IEC-62053-21中的电压回路功率不超过10VA的标准,而且通常电压规格为240V,需要过1.9UN,其电容耐压达到456V才能达到要求,必须使用X1电容。由于1.9UN是特殊短时间情况,根据X2的性能,短时间内耐压可以达到456V,从成本考虑采用X2的X-CAP。同时考虑IEC电源功耗的10VA直接式表的功耗要求,假设电源电压为240V,则通过电容的电流必须要小于41.67mA,根据实验功耗余量考虑和实际使用中容量的变化以及电容容量电流计算得出,采用0.47μF电容。则在240V,50Hz情况下,通过电容的电流约为18mA,同时根据稳压管最小电流特点,稳压管需要消耗约14mA电流,实际使用电流为3mA。当负载电阻减小,流过稳压管电流将减小,稳压管的稳压电压也将降低。下图1-22是半波整流电路输入为230V,60Hz,接600R负载情况〔负载16.7mA,电容电流为约18mA输出负载电压已经开始下降,小于10V。半波整流电路波形图图1-20中,ZD1若采用TVS9〔P6KE16A其他参数不变,测试波形如下图1-23；半波整流电路波形图〔TVS9TVS管两端电压保持基本不变。主要因素为TVS管只消耗输入功率大于负载功率部分的能量,当负载能量等于或大于输入能量时,TVS管工作在最小功耗电流〔μA级别。通过以上对比,TVS相对稳压管更可靠,同时能承受的瞬间电流也大,采用TVS管在同等条件下,提供给负载的能量更多。因此阻容电路的ZD1稳压管采用TVS管。单相采用通用的P6KE16A。没有特殊功耗要求的情况下,X电容采用0.47μF。图1-20电路用于负载小于10mA以下的负载电路。R1限流电阻的选择,由于考虑要过1.9倍UN,输入电流在1.9UN时可以达到60mA通过电容C1。为保护后级电路,此处限制电路定为80mA,电阻选用1W的,R=W/I/I,R计算结果为156.25,我们取150R。同时考虑此电阻的谐波情况下,谐波能量相当于直接加在此电阻上,此电阻余量,目前选用3W绕线电阻。电路二为得到比图1-20更多的能量,采用改进型全桥整流电路。原理图全桥整流电路原理图以下是具体测试波形图,LINE为参考点,浅蓝色为N点,紫色为B,绿色为A,深蓝为V+。N点波形N点波形V+点波形A点波形B点波形测试波形从上图可以看出,只有在电压方向发生变化的时候,电解电容才放电,同时只有在向下周期的时候是持续充电的,其他时间为充电保持状态。电容的平均电流I=CV/t,由于t时间很短。根据时间估算I的平均增加电流大约为5mA。实际测试电流为在240V,50Hz情况下,用1N4740时,通过R1电流为36mA。采用非拓扑电路同等条件下,输出电流为31mA。以上电流为通过R1的交流平均电流。关键器件清单元器件清单参数封装位号器件名称150R5%3WDZR1贴片电阻0.47μF5%2750.47μF.PCBC1金属化聚丙烯膜电容BC817PNPSOT-23Q1三极管1000V1A1808D1,D2,D3,D4整流二极管600W16V单相DIODE0.8ZD1TVS管10k5%100PPM1/4W0805R9贴片电阻100μF25VECAP-6.3C3电容470μF35VECAP-10C2电解电容电路图三三相电路图三相电路图由于三相的输入电流为三路之和,因此ZD1采用能承受更大电流和功率的TVS管〔1.5KE16A。三相在230V50Hz情况下输出电流为93mA。以下为在50Hz的测试情况测试数据电路240V12080V60V半波整流电路31mA16mA10.5mA7.5mA全波电路电路36mA18mA12mA9mA三相全波电路93mA47mA31mA24mA考虑到电容容量衰减,选用电路负载能力需要选用1.5~2倍实际负载能力的阻容电源。关键器件清单元器件清单参数封装位号器件名称150R5％3WDZR1,R2,R3贴片电阻0.47μF5％275VCX1,CX2,CX3金属化聚丙烯膜电容BC817PNPSOT-23Q1,Q2,Q3三极管1000V1A1808DA1,DA2,DA3,DA4;DB1,DB2,DB3,DB4,DC1,DC2,DC3,DC4整流二极管1500W16V单相DIODE0.8ZD1TVS管10k5%100PPM1/4W0805R4,R5,R6贴片电阻BC817NPNSOT-23AQ22三极管470μF35VECAP-10C4电解电容100μF25VECAP-6.3C1,C2,C3电解电容.基于MP2451的DC-DC标准电路电路名称：基于MP2451的DC-DC标准电路电路概述：基于MP2451的DC-DC标准电路功能主要是将变压器〔或者阻容降压电源后极整流输出的非标准直流电,通过MP2451为核心的DC-DC稳压电路,持续输出符合MCU等芯片输入要求的直流电。凭借DC-DC电源高转换效率等优点被我公司广泛用于阻容降压电源后极,变压器电源后极作为稳压电路输出,应用于普通静止式电能