安森美智能電表電源管理及強固的電力線通信方案 - 全文

　　在大力倡導綠色能源的今天，相信大家對“智能電表”已不陌生。智能電表在推動資源可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。在各國政府的積極部署下，智能電表正以迅猛之勢取代傳統電表。

　　智能電表：更智能的未來

　　從根本上說，電表是電力公司用以測量居民用電量從而計算電費的設備。從首只傳統的千瓦/時電表到機電一體化感應式電表，再到后來的電子電表，乃至到當今先進的智能電表，它們的根本用途都沒有改變。

　　可以簡單地認為，智能電表相當于向傳統電表添加“智能”特性。智能電表的雙向通信能力有助于居民和電力公司更好地了解用電情況并節(jié)省成本。智能電表配備家用LCD顯示屏，用戶由此可得到他們按天、周、月或年的不同時間的用電情況的實時反饋，從而可充分利用各種用電計劃來節(jié)省開支；另一方面，智能電表自動按月將家庭電表讀數匯報給電力公司，而不需派“抄表員”上門抄取，為電力公司降低人力成本。

　　智能電表較傳統電表提升了用電情況的能見度與管理性，節(jié)省了成本，而且其安全性和數據可靠性已經過全面測試，用戶既可用更省電的方式用電，也不再超額支付電費。智能電表的雙向通信能力也為建設智能電網奠定了基礎，為我們構建更智能的未來，實現資源的可持續(xù)發(fā)展。

　　智能電表怎樣工作？

　　簡言之，智能電表發(fā)送電表讀數給電力公司就像我們從手機發(fā)送信息。

　　智能電表全天記錄用電量并用內存安全存儲，在收到發(fā)送信息的請求后，將數據通過無線或電力電纜從電表路由至收集設備或變電站。電力線通信（PLC）或無線網等通信基礎設施是智能電表向電力公司傳輸可靠數據的途徑。

　　安森美半導體智能電表方案

　　安森美半導體致力于推動高能效創(chuàng)新，充分利用行業(yè)領先的專知和豐富的經驗，提供用于智能電表方案的豐富產品陣容，包括電源管理IC、PLC調制解調器、 ZigBee產品、小信號二極管及晶體管、高壓開關、整流器、高壓快速IGBT、MOSFET、內存、接口、溫度傳感器、控制器、專用標準產品 （ASSP）、邏輯等等，接下來我們將重點介紹電源管理方案和電力線通信產品。

　　1.創(chuàng)新的電源管理方案助智能電表實現更高工作能效

　　智能電表要求電源管理模塊提供：

　　-靈活的接口支持寬輸入電壓范圍

　　-在所有負載條件下提升能效

　　-能承受故障情況的產品，如更高輸入電壓或在3相網絡中意外的兩相連接等情況以及更多類似情況，以測試智能電表在不同條件的可靠性

　　-改善整體負載的抗電磁干擾

　　-消除噪聲

　　-基于輸出功率要求調整輸出電流保護的能力

　　為此，安森美半導體提供3個工業(yè)級的方案用于智能電表電源管理實現更高工作能效。

　　方案1：NCP107X系列

　　安森美半導體的NCP107x系列 （圖1）是帶700 V開關的共源共柵（Cascode），它將雙450 V輸入與電流平衡串聯，是具齊納基準的Cascode方案，提供高集成度、短路保護、最大峰值電流設定點和斜率補償、動態(tài)自供（無需輔助繞線），專用于當輸出功率需求減弱，IC自動進入頻率反走模式并提供輕載時的極高能效，而當功率需求進一步減弱，它進入跳周期模式以降低待機能耗至空載情況。

　　圖1：NCP107X系列

　　方案2：NCP125X系列

　　安森美半導體的脈寬調制（PWM）系列NCP125X（圖2），它集成了1000 V MOSFET和PWM控制器，將雙450 V輸入與電流平衡串聯，而分離的帶控制器的高壓單一MOSFET取代了Cascode，該系列電路的關鍵特性包括：頻率反走以保持輸出負載條件、限制最大傳輸功率而不影響待機性能、跳周期運行改進抗電磁干擾性能等等。

　　圖2：NCP125X系列

　　方案3：專利的電源管理方案

　　智能電表有特定要求來支持3相和打開與高達450 V的寬輸入范圍的中性連接。安森美半導體已開發(fā)出新型預穩(wěn)壓器拓撲結構，可結合標準開關電源IC使用以滿足智能電表的要求。該方案在主電源和開關電源之間添加了一個200 V的穩(wěn)壓器以減少250 V大容量輸入電容，且電源支持高壓供電和3相，是安森美半導體的專利。由于電源電壓降低，更大的反射電壓能力可提供更高的變壓器設計能力，開關損耗減小提升了抗電磁干擾的性能，而緩沖器尺寸減小、耗散降低，開關電源能效得以全面提升，并節(jié)省整體系統級成本。

　　圖3：安森美半導體創(chuàng)新的電源管理方案

　　2．電力線通信方案：S-FSK調制解調器，強固且兼容相關通信協議

　　電力線通信（PLC）是一種通過現有電纜發(fā)送數據的先進的通信技術，它載送導體上的數據，同時用于交流電力傳輸或向用戶配電。由于能通過相同線路同時傳輸電力及數據，因此 PLC 技術無需使用額外線路與設備互聯，有助于減少布線復雜度，降低成本，是智能電表實現自動抄表的一種主流技術。一個PLC節(jié)點由一個調制解調器芯片和一個電力線驅動器組成。PLC系統通過向布線系統添加調制的載波信號來工作。安森美半導體的AMIS-49587是針對PLC應用而開發(fā)的窄帶PLC收發(fā)器，它符合IEC1334標準，使用S-FSK調制技術，可實現長距離電力線的強固低數據率通信，用于50 Hz的主電源頻率，包含從PHY到MAC的完整的協議層處理，其中PHY專用于以可編程間隔的S-FSK調制（可編程的半雙工數據傳輸率達2400波特，可編程載波范圍為9 kHz-115 kHz，步幅10 Hz，可編程的擴頻分離的典型值為10 kHz，極其強固的鎖相環(huán)路（PLL）的動態(tài)范圍為104 dB），采用嵌入式ARM處理器用于先進濾波和實現MAC，支持同步傳輸，并可按照“可信值”的中繼級數管理進行信息傳輸，提供同類最佳的模擬解調鏈，其出色的抗噪性能和輸入靈敏度可實現極其強固的傳輸，它還符合IEC61334-5-1/EN 50065標準和特定的法國配電公司（ERDF）的要求，電源工作電壓3.3 V，串行通信接口（SCI）可與應用微控制器連接，且提供4種可選的波特率SCI（4.8 kb， 9.6 kb， 19.2 kb， 38.4 kb）?？偠灾?，AMIS-49587符合相關通信協議，數據傳輸高效可靠，參數靈活，易于設計，開發(fā)及應用成本低廉，是用于智能電表PLC技術的理想選擇。

　　圖4：AMIS-49587應用示例

　　結語

　　智能電表是推動可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢，為智能電網的構建奠定基礎。安森美半導體提供全面的用于智能電表的方案陣容，特別地，其創(chuàng)新的專利型電源管理方案助設計工程師實現智能電表的更高工作能效，而S-FSK調制解調器AMIS-49587作為業(yè)界公認的具強固調制技術的IC，是用于長距離電力線的低數據率通信應用的理想選擇。