基于AP8012H单相电能表开关电源设计

盘秋荣

摘 要本文介绍了电能表对电源的指标要求；叙述了AP8012H芯片的特点，基于AP8012H的开关电源方案设计，对电源方案的每个框图作了简要的说明，并给出了具体的设计原理图。

【关键词】AP8012H 电能表 开关电源

现阶段，由于线性电源具有可靠高、设计简单等优点被单相电能表广泛采用，然而功耗高、效率低是它显著的缺点，这给国家电网公司每年浪费了大量的能源。国家电网公司为了倡导节能减排，对电能表的功耗开始严格的限制。线性电源方案的电能表已经无法满足国家电网的功耗要求，然而开关电源方案的电能表具有功耗低、效率高等优点，恰好可以弥补线性电源的缺点。

1 电能表对电源的指标要求

电源的输入从电网取电，电网的额定电压为：220VAC，由于电网的环境比较复杂，所以要求电源能够在85VAC～265VAC的电压环境下工作，并且具有抗雷击信号、脉冲群信号的能力。

电源的输出主要给电能表的各个模块供电，电能表的模块包括：计量模块、MCU及外围模块、继电器控制模块、载波通信模块、RS-485通信模块等，模块的具体要求如表1所示。

2 AP8012H介绍

AP8012H是无锡芯朋微电子股份有限公司（Chipown）研发的一款反激式开关电源控制芯片，内部集成了PWM控制器和800V高压MOSFET，采用SOP8封装，适用于6W以下的离线式开关电源。该芯片具有过流保护、过压保护、欠压保护、过温保护，并且还集成了高压启动模块等功能。其特点是：低待机功耗、外围电路简单、固定工作频率、宽工作电压、完善的保护功能等。

3 基于AP8012H设计的开关电源原理

根据指标要求，原理框图如图1所示。

3.1 EMC处理设计

EMC处理电路主要有两个作用：

（1）滤除来自电网的雷击干扰、脉冲群干扰等，保护电源模块不被损坏；

（2）滤除开关电源自身产生的高频信号，避免污染电网和无线电。

主要通过压敏电阻、安规电容、共模电感组成滤波网络来实现，对于220Vac输入的电压，压敏电阻可以选用TDK品牌的20K420，安规电容可以选用0.1uF，共模电感可以选用33mH。

3.2 输入整流滤波电路设计

输入整流滤波主要的作用是：把电网50Hz的交流电压转换为直流电压。主要通过整流桥和高压电解电容来实现，电解电容的容量的设计可以根据以下公式取得：

式中，△VDCmax一般取最小交流输入的0.15倍，Pin为输入功率，Dch为输入整流滤波电容的占空比，一般取0.2，Vlinemin为最小交流输入电压，fL为电网的频率，CDC为电容的容量。

3.3 高频变压器设计

根据电能表的指标要求，电源的最大功率为3.3W，初步评估高频变压器可以选用EE16磁芯，由于变压器的设计过程较为复杂，具体的参数设计不再介绍，最终设计的变压器初级圈数为：120圈，电感量为2mH，三个次级输出，圈数分别为：26圈、15圈、15圈，一个辅助绕组，圈数为28圈。

3.4 输出整流滤波电路设计

主要由整流二极管和电容组成。二极管选型的额定电流一般取输出电路的3倍，耐压根据输入电压的最大值，再根据变压器的匝比来计算，整流二极管的反向恢复时间也是很重要的一个参数，一般选用快恢复二极管；电容的容量大小主要决定了输出电压的纹波大小，主要根据输出电流和脉冲电压的频率取得。

3.5 LDO型号选择

LDO为低压差的三端稳压器，主要用于稳压输出，本原理框图的3个LDO输出电压为5V，电流在30mA到100mA之间，明达微品牌下的MD7550可以满足上述3个LDO的需求。MD7550的静态电流仅1.2uA，输入与输出的压差仅10mV，输出电流为100mA，非常适合低功耗的电源设计。

4 典型设计

如图2所示。

5 结束语

本文介绍了基于AP8012H设计的电能表开关电源，此电源已经在单相远程载波电能表上得到应用，并且已经通过了国家电网公司的检验测试，在测试的报告中，电能表的工作功耗仅0.4W，相比线性电源方案的电能表，功耗降低了50%，未来的使用，将为电力公司节约电能打下了基础。

參考文献

[1]王志强等译.Switching Power Supplies A to Z精通开关电源设计[M].北京：人民邮电出版社

[2]卢佳慧.开关电源在电子式电能表中的应用[J].机电技术，2005.

作者单位

武汉盛帆电子股份有限公司 湖北省武汉市 430200