Недорогой вариант импульсного источника питания для электросчетчика.

В настоящее время перед разработчиками электронного оборудования, в частности электросчетчиков, стоит непростая дилемма - какой тип источников вторичного электропитания заложить в разработку. То ли это будут источники питания с применением конденсаторов, то ли импульсные. Далее, в нашей статье, мы постараемся сравнить эти 2 типа источников питания, выявить все плюсы и минусы этих устройств.

Для начала приведем главные требования к источнику вторичного электропитания, которые могут использоваться в однофазных электрочетчиках.

1) Вход однофазный.

2) Максимальная можность в нагрузке 10 Вт. (согласно стандарту EN62053-21:2003 на электроизмерительные устройства).

3) Дешевизна решения (стоимость комплектации до 0.5 Euro).

Теперь рассмотрим технические характеристики типичного емкостного источника питания, который применяется в электрических счетчиках:

  • КПД на уровне 30% при максимальной нагрузке.
  • Время на включение очень мало/отсутствует.
  • Высокая нестабильность выходного напряжения и тока нагрузки.
  • Нет возможности использования при больших выходных токах.
  • Физические размеры конденсатора X2 очень велики, что может вызвать проблемы с габаритами устройства.

    Перед вами на рисунке представлена типичная схема источника данного семейства.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод: при видимой дешевизне источника, для большинства современных электросчетчиков он не проходит по своим техническим характеристикам, т.к. броски, нестабильность, просадки напряжения и пр. могут вывести из строя электронную начинку счетчика. Необходимо искать другое решение.

Теперь рассмотрим вариант импульсного источника питания, в частоности на семействе микросхем LinkSwitch-TN компании Power Integartions.

Для начала - немного о семействе микросхем LinkSwitch-TN.

  • Семейство микросхем LinkSwitch-TN предназначено для использования в неизолированных маломощных источникам вторичного электропитания. Метод управление вкл/выкл.
  • Обладает лучшими техническими характеристиками, по-сравнению с источником на пассивных элементов.
  • Гибкое решение, применимо для многих топологий
    • Low-, High-side buck и buck-boost
    • Low-, High-side flyback
    • SEPIC
  • Наличие нового вывода Feedback pin (FB) комбинирует достоинства семейств TOPSwitch и TinySwitch.
    • Вывод FB с управлением по напряжению (с очень малым разбросом параметров) позволяет осуществлять управление выходным напряжением 12В +/- 10% со стандартной Buck цепью без оптопары.
    • Метод управления вкл/выкл аналогичен семейству TinySwitch.
  • Рабочая частота преобразования в 66 кГц позволяет использовать с микросхемой LNK304 стандартный дроссель в 1mH до 12В, 120mA.
  • Функция снижения ВЧ помех приводит к снижению габаритов и стоимости ЭМИ фильтра.
  • Наличие защит от разрыва цепи обратной связи и КЗ в нагрузке вместе с функцией авто-рестарта делают источник более надежным. (примечание LNK302 использует контроллер без авто-рестарта для удешевления микросхемы).
  • Увеличены пороги отключения при нагреве микросхемы (135 С) - это сделано для возможности использования источника питания на базе Power Integrations в среде с повышенной температурой.
  • Напряжение пробоя транзисора в 700В защищает его от бросков сети.
  • Используемые типовые дроссели не имеют воздушного зазора (отсутствует аудио шум).

Рассмотрим несколько примеров импульсных источников питания на семействе LinkSwitch-TN:

1) ИИП для электросчетчика 12V, 50mA на микросхеме LNK302.

Особенности данной схемы:

  • Время задержки: 140/580 мс на 115/230 В.
  • Потребление на холостом ходу: 0.15W на 265В
  • Для более детальной информации вы можете ознакомиться с DI-80.

Графические параметры истчоника:

 

2) Buck преобразователь 12В (+/- 5%) для электросчетчика.

Особенности:

  • С1 и С2 - не электролитические, увеличивают время наработки на отказ.
  • R2, C1 и С2 - формируют П-образный фильтр для снижения ЭМИ.
  • Оптопара гарантирует нестабильность выходного напряжения в пределах 5%.

Графические характеристики данного источника (кликните для увеличения):

Здесь:

  • a) нестабильность выходного напряжения по нагрузке.
  • b) нестабильность выходного напряжения по сети.
  • с) нагрузочная кривая.
  • d) КПД источника.

 

Подводя итог, мы можем отметить следующие особенности ИИП для электросчетчика на микросхеме LNK:

  • Самое дешевое решение неизолированного импульсного источника питания.
  • Специально спроектировано, чтобы заменить неизолированные, низкоточные "пассивные" источники питания (при наличии улучшенных характеристик по сравнению с пассивными альтернативами).
  • Масштабируемое решение, т.к. применяемое семейство содержит 4 микросхемы, что позволяет выбрать микросхему, точно подходящую Вам.
  • Гибкое управление поддерживает различные топологии и монтаж.
  • Встроенная система энергосбережения EcoSmart позволяет источнику питания работать более экономично в режиме со сниженной нагрузкой и в режиме холостого хода.
  • Доступны следующие материалы для упрощения проектирования:
    • LinkSwitch-TN Design Guide (AN-37) - документ, описывающий методику проектирования имульсных источников питания с применением семейства микросхем LinkSwitch-TN.
    • Design Accelerator Kit (DAK-48) - набор для проектировщика, включающий в себя действующую модель источника питания и полный комплект документации к нему.
    • программа расчета PI EXPERT - помогает в считанные минуты осуществить расчет основных параметров имульсного источника питания по вашему техническому заданию.

Чтобы получить более полную информацию по применению данного семейства микросхем в каждом конкретном случае, вы можете связаться с отделом технической поддержки микросхем Power Integrations.

Автор документа: Департамент по применению компании Power Integrations.

Перевел и скорректировал: Бандура Геннадий.

Инженер по применению микросхем Power Integrations компании Макро-Петербург.

Gennadiy.Bandura@macro-peterburg.ru