1.前言

智能電表是智能用電的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)雙向互動智能用電的"末端神經(jīng);，支持雙向計量、自動采集、階梯電價、分時電價、凍結(jié)、控制、監(jiān)測等功能。另外，智能電能表還可以為用戶提供很多用電服務(wù)，包括分布式電源計量、互動服務(wù)、智能家居、智能小區(qū)等。我國電表行業(yè)經(jīng)歷過機(jī)械制電表、普通電子式電表、預(yù)付費(fèi)電表以及現(xiàn)在基本全面普及的智能電表階段。

安裝了智能電表的用戶和公用事業(yè)都可以避免所有這些痛苦和壓力。這種電表無需任何人工干預(yù)即可將電表讀數(shù)傳達(dá)給公用事業(yè)，從而消除了臨時或估算計費(fèi)的需要。例如，在有些城市，智能電表已為救助災(zāi)民和消費(fèi)者提供幫助。在封鎖期間，跨消費(fèi)者細(xì)分市場（家庭、工業(yè)和商業(yè)）的多達(dá)200000個智能電表，可通過實(shí)時讀數(shù)收集350000筆賬單。他們還幫助在封鎖期間免除了每月超過15萬次訪問消費(fèi)者的房屋。

下一代智能電表將在傳統(tǒng)的計量業(yè)務(wù)之外，搭載更多的功能。可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)業(yè)務(wù)（運(yùn)維支撐、計量、有序用電管理）和泛在業(yè)務(wù)（全域電氣消防、新能源接入、能效管理、水氣數(shù)據(jù)采集、居室防盜、儲能管理、其他應(yīng)用等）。下一代智能電表應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是"兩網(wǎng);建設(shè)的關(guān)鍵智能終端產(chǎn)品之一，對于電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息化、 自動化 、智能化具有重要支撐作用。隨著"泛在電力物聯(lián)網(wǎng);建設(shè)的推進(jìn)和落實(shí)，以及電能表存量更換需求推動，下一代智能電表將有廣闊的市場空間。

2.下一代智能電表電源設(shè)計

大多數(shù)電源使用基于鐵氧體磁芯的變壓器，這種變壓器既便宜又高效，但容易受到放置在幾厘米外的永久稀土磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場的影響。一旦磁鐵靠近變壓器附近，它就會使變壓器飽和并產(chǎn)生過載情況，從而損壞開關(guān)（MOSFET/雙極結(jié)型晶體管 [BJT]），并破壞電源。即使電源控制器集成了變壓器鐵芯飽和保護(hù)功能，電源也會進(jìn)入保護(hù)模式。計量模塊將沒有可用的電源，因此沒有計量。然而，這是儀表最重要的功能。為了在任何篡改嘗試期間保持持續(xù)運(yùn)行，一種選擇是用磁屏蔽材料屏蔽變壓器。但這是一種昂貴的替代方案，并且會增加組裝成本——因?yàn)槊總€鐵氧體變壓器都需要屏蔽。

另一種選擇是使用高磁阻粉末鐵芯代替鐵氧體。與鐵氧體的 0.4-0.5 特斯拉相比，粉末鐵芯的磁通密度要高得多，為 1.2-1.4 特斯拉。它的成本低于在變壓器周圍放置磁屏蔽罩，但會遭受較高的磁芯損耗，這會顯著降低電源效率。然而，這個缺點(diǎn)在智能電表電源中可能并不特別顯著。智能電表的峰值功耗會躍升至 1W-10W 水平，具體取決于所使用的無線通信協(xié)議。智能電表的峰值功耗會躍升至 1W-10W 水平，具體取決于所使用的無線通信協(xié)議。sub 1GHz，峰值功耗在0.5W左右；ZigBee 約為 1W，全球移動通信系統(tǒng) (GSM) 約為 10W。

電表本身在其大部分運(yùn)行壽命中的功耗通常低于 1W，這受公用事業(yè)公司的能效法規(guī)的約束。這種高輕負(fù)載效率是平均功耗的主要貢獻(xiàn)者。有幾種方法可以提高低/輕負(fù)載時的效率，例如減少開關(guān)控制器的靜態(tài)量、使用帶有高壓啟動集成電路的初級側(cè)控制器，或者使用包含頻率和幅度混合的開關(guān)控制器調(diào)制。隨著負(fù)載的降低，開關(guān)頻率和電流的降低會降低鐵芯損耗，從而證明使用粉末鐵芯變壓器是合理的。

高工作電壓在智能電表中是必不可少的，以防止單相電表意外連接到兩相 (500V AC ) 或三相電表的三相中的每一相中存在 300V AC。但這種高電壓會增加電源復(fù)雜性、組件數(shù)量和成本。

反激式拓?fù)涫?a href="/tags/智能電表" target="_blank">智能電表電源設(shè)計中最簡單的拓?fù)?。在反激式拓?fù)渲校_關(guān)元件必須承受高達(dá) 1000V 的電壓 ：730V DC  ( 300VAC *√3 *√2)  加上 220V DC鉗位電壓加上由于緩沖二極管導(dǎo)通延遲導(dǎo)致的50V DC過沖。假設(shè)降額 15%，開關(guān)元件的額定電壓應(yīng)為 1200V。開關(guān)轉(zhuǎn)換器（內(nèi)置 700V/800V MOSFET）在級聯(lián)配置中使用另一個 500V MOSFET 以滿足 1200V 的要求。另一種低成本技術(shù)使用帶有開關(guān)控制器的單個 1200V BJT 來處理高壓保護(hù)。相同電壓和電流額定價格的BJT成本是MOSFET價格的三分之一。