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 (at) macro-peterburg.ru