电源模块在“四表合一”中的应用

摘要：

“四表合一”的概念最早提出于2014年，2015年国网营销部下发«关于加快推进"四表合一采集"应用工作的通知»，发布«"四表合一采集"典型技术方案»，为智慧城市的建设助力。四表数据的集中采集，即便捷政府做区域能源使用比例及使用结构差异分析，也为政府制定节能降耗、减排增效等政策提供数据支撑;为客户提供用能信息，实现智能互动;为企业分析用能，提供更加多样化的服务体验。从长远来看“四表合一”是一个利于城市发展及提高人民生活水平的利好项目，势必会为整个产业链带来新一轮的业绩增长。隔离供电电源作为系统中不可或缺的一部分，在未来也一定会迎来一个新的增长点。本文主要介绍了“四表合一”项目对于供电电源的需求，以及金升阳科技有限公司为该项目针对性设计及推荐的电源方案。

关键字：四表合一；多路输出电源；金升阳科技；接口转换器；

1.引言

国网提出2016年"四表合一采集"规模达到300万户。"十三五"期末，"四表合一采集"达到3000万户。目前，各企业相继在试点中推进四表合一的发展，并收到了不错的效果。同时也推动着标准的制定，目前已有部分要求列入标准细则中，相信在2017年会综合试点经验，推出行业标准。

“四表合一”在各个城市进行试点虽然方案各不相同，暂时未能完全统一，但从总体来看，“合一”是成功的。从目前各个地方不同试点的方案来看，我们可以找到项目对电源模块需求的相同点：苛刻的可靠性要求和极致的成本要求。各电源企业正积极为“四表合一”项目添砖加瓦，在供电部分为“四表合一”项目提供技术与产品的服务、支持，在大范围铺开前为整个项目提供一套完善的满足市场需求的电源解决方案。

2. 系统组成及主要功能

目前最普遍的“四表合一”的方案是依托在电表采集系统之上，进行集中采集处理。简单的系统组成如下图1：

图1四表合一的系统组成框图

系统构成：整个系统大体上以电表采集系统为基础，因此电表信息采集方面依然维持现状——可通过采集器与集中器直接通讯，也可直接将数据传输到集中器中。热力表、燃气表、水表信息则通过接口转换器进行协议转换，然后再与集中器进行信息通讯传输。集中器将所有信息汇总后传输给主站系统。

其中，一个主站系统可以包含多个集中器，一个集中器可以统一管理和汇总多个采集器和接口转换器。这样的系统构成是目前四表合一最简单的方案，对整个信息网络的影响主要是增加了协议转换的环节。

供电需求：系统主要的变化在于增加了协议转换的功能，因此新增的供电电源的需求主要是给各类通讯口、主控系统供电，根据下图2所示的典型接口转换器接口定义，具体的供电需求，简单罗列如下：

图2典型接口转换器的接口定义

① 主控系统供电需求：

12V需求：上行通信模块+下行通信模块，合计约需3.3W。

5V需求：USB供电需求供电电流100mA。  

3.3V需求：主系统按照3.3V/200mA计算。

② 通信接口供电需求：

主M-BUS：共2路，每一路带128块表计，功率约需20W。

从M-BUS：从MBUS芯片供电从MBUS总线上汲取，隔离光耦供电可以从MBUS芯片上取，因此从MBUS电路无需额外电源。

2路485供电：功率约需0.5W。

对外供电12V：带载能力不小于1A，此路电源与主M-BUS电源共地且不同时工作。

根据以上的供电需求，我们推荐的电源供电方案如下文所示。

3.“四表合一”中电源推荐应用方案

根据供电的需求分析，推荐四表合一接口转换器的供电框图如下图3：

图3 “四表合一”接口转换器电源框图

供电方案介绍：如上图3所示左侧为主控系统供电。其中MCU及USB口的供电均采用自搭降压方案降压后提供；上下行通讯模块的供电则直接由AC-DC电源LO26-22D3612-04的12V输出电压提供。框图右侧为通信接口供电。MBUS总线的供电直接由AC-DC电源LO26-22D3612-04的36V输出提供；12V对外输出供电则通过自搭降压方案降压后对外输出；485通讯的供电也通过36V自搭降压后提供。

供电方案的优势：从方案图上可以看到，虽然供电的电压需求种类繁多，但是需要隔离的主要是主控系统与通讯接口之间。因此设计中我们选用的电源是12V与36V间隔离输出的方案，其他的地方都采用自搭降压的方式提供。输出2路之间的隔离电压高达4000VAC，同时220VAC交流输入端口对两路直流输出端口的隔离电压高达4500VAC。这样的方案大大的降低了电源模块的体积，同时提升了整个设计的性价比。

4. 金升阳电源的简介

LO26-22D3612-04是金升阳科技有限公司为“四表合一”项目定制的AC-DC电源解决方案，符合“四表合一”对电源的所有要求，包括严酷的EMC等级要求，双路输出之间的高绝缘耐压要求，苛刻的成本要求，完善的保护特性要求。详细的产品介绍及技术参数如下：

输入电压范围：175-264VAC

输入过压保护

隔离电压：4500VAC

双路隔离输出：12V&36VDC输出

EMC性能优异，抗干扰能力强

超高性价比

5.总结

四表合一接口转换器需求的供电电压虽然繁多，但并不是每个电压都要相互隔离，相反，考虑到产品的体积、可靠性及成本等因素，双路隔离方案是最优的方案。与直接多路输出的方案相比，双路隔离输出的方案降低了设计难度的同时提高可靠性，减少每路之间相互干扰，避免了共地连接的问题。本文推荐的应用方案，需求隔离的部分直接从AC-DC电源隔离取出，不需要的地方通过自搭降压芯片降压输出，不仅提升了供电方案的可靠性，也大幅度的降低了供电电源的体积和成本。