電子式電能表使用鐵電存儲器(F-RAM)的緣由
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特別是當移去電場(chǎng)后，中心原子處于低能量狀態(tài)保持不動(dòng)，存儲器的狀態(tài)也得以保存不會(huì )消失，因此可利用鐵電疇在電場(chǎng)下反轉形成高極化電荷，或無(wú)反轉形成低極化電荷來(lái)判別存儲單元是在 ”1”或 “0” 狀態(tài)。鐵電疇的反轉不需要高電場(chǎng)，僅用一般的工作電壓就可以改變存儲單元是在 ”1”或 “0” 的狀態(tài);也不需要電荷泵來(lái)產(chǎn)生高電壓數據擦除，因而沒(méi)有擦寫(xiě)延遲的現象。這種特性使鐵電存儲器在掉電后仍能夠繼續保存數據，寫(xiě)入速度快且具有無(wú)限次寫(xiě)入壽命，不容易寫(xiě)壞。所以，與閃存和EEPROM 等較早期的非易失性?xún)却婕夹g(shù)比較，鐵電存儲器具有更高的寫(xiě)入速度和更長(cháng)的讀寫(xiě)壽命。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/148579.htm
應用范例
下面以0.2級三相電能表為例來(lái)說(shuō)明為何電子電能表需要使用F-RAM存儲器。首先要說(shuō)明電能表0.2級的定義，所謂0.2級是指測量精度每千瓦小時(shí) (KWH) 需小于0.2% 的誤差，相對來(lái)說(shuō)如果是0.5級則是指指測量精度每千瓦小時(shí) (KWH)需小于0.5% 的誤差。其次要說(shuō)明國家電網(wǎng)對0.2級三相電能表的用電數據存儲規范。如下列范例所示，其存儲內容分為“用電數據及事件記錄”兩部份：
1. 用電數據存儲:
* 數據保存: 存儲器需保存包括12個(gè)月的總電能和各費率的電能數據, 包括有功、無(wú)功功率;有功、無(wú)功總電能;四象限無(wú)功總電能以及正反向有功、無(wú)功總電能、組合有功、組合無(wú)功1、組合無(wú)功2、等等共16個(gè)項目，每一項目需4字節，12個(gè)月共( 4字節x 16項 x 12月= 768字節)。
* 負荷記錄存儲: 存儲器空間應保證在記錄正反向有、無(wú)功總電能、組合有功、組合無(wú)功1、組合無(wú)功2、等等共6個(gè)項目，每一項目需4字節，時(shí)間間隔為1分鐘的情況下、可記錄不少于30 天的數據容量，最長(cháng)時(shí)間間隔為1分鐘， 以60分鐘間隔來(lái)計算其數據量為 ( 4字節x 6項 x 24小時(shí)x 30天 = 17,280 字節)。
2. 事件記錄存儲: 內容則包括最近10 次編程時(shí)間;需量清零時(shí)間;校時(shí)事件;A、B、C相失壓起始及恢復時(shí)間;A、B、C 相斷相起始及恢復時(shí)間;電流不平衡起始及恢復時(shí)間和事件期間的各項電能增量共6大項801字節。
不包含負荷記錄，上述數據量相加起來(lái)最低存儲器需求就有1,569 字節 (12.51千位)，若再加上第三點(diǎn)的負荷記錄存儲緩沖，其數據量則高達18,849 字節 (150.79千位)。
以存儲速度來(lái)作比較：I2C的EEPROM 寫(xiě)1,569 字節需要 0.91秒，寫(xiě)18,849 字節需花費11.07秒;但是I2C的鐵電(FRAM)存儲器，寫(xiě)1,569 字節僅需要 45毫秒，寫(xiě)18,849 字節僅需花費0.55秒。事實(shí)上當Vdd在0.01秒的時(shí)間下降0.23V (使用1000?f 130?內阻的電容) 的放電率條件下，鐵電存儲器能寫(xiě)50,000次，而EEPROM僅能寫(xiě)一次。因為浮動(dòng)柵存儲器的擦寫(xiě)延遲在大量數據存儲時(shí)有可能導致數據丟失，所以浮動(dòng)柵存儲器并不適用于高容量的電能表。
根據統計，中國的民用電一般約每戶(hù)每月200度左右，而工業(yè)用電每戶(hù)每月約高達2萬(wàn)度左右，以每0.01度存儲一次用電數據來(lái)計算，則存儲器每月的擦寫(xiě)次數會(huì )高達200萬(wàn)次，加上電能表的使用壽命為5-7年(各省分不同)，因此浮動(dòng)柵存儲器的擦寫(xiě)壽命根本不敷使用，因為浮動(dòng)柵存儲器的擦寫(xiě)延遲因素更不可能采用大容量浮動(dòng)柵存儲器來(lái)做移位儲存。
從數據保存的本質(zhì)安全角度及寫(xiě)入時(shí)間來(lái)看，浮動(dòng)柵存儲器并不適用于三相電能表，因為在如此大量的數據存儲情況下，浮動(dòng)柵存儲器的擦寫(xiě)延遲有可能導致數據丟失。例如，用電量大或者遇到瞬間停電時(shí)會(huì )有來(lái)不及寫(xiě)入，導致數據丟失的可能性。
當然工程師們可以利用SRAM作為數據緩沖暫時(shí)存儲用電數據，但是這樣就需要備份電池給SRAM供電，以防止斷電時(shí)數據丟失，此外，還會(huì )增加電能表本身的功耗與成本。所以具有非易失性、無(wú)延遲快速寫(xiě)入、無(wú)限的讀寫(xiě)壽命和超低的寫(xiě)入功耗特性的鐵電存儲器，就成為了電能表的最佳存儲器選擇。
中國國家電網(wǎng)對0.2級三相電能表的用電數據存儲內容要求如下：
數據存儲內容:
1、 至少能存儲前12個(gè)月或前12個(gè)(結算)抄表周期的總電能和各費率的電能數據, (負荷記錄: 有功、無(wú)功的電壓、電流、頻率;有功、無(wú)功功率;功率因子;有功、無(wú)功總電能;四象限無(wú)功總電能。
( 4字節x 16 x 12月= 768 字節) 。
2、 負荷記錄間隔時(shí)間可以在1～60 分鐘之間任意設置。
3、 負荷記錄存儲空間應保證在記錄正反向有功、無(wú)功總電能、組合有功、組合無(wú)功1、組合無(wú)功2，時(shí)間間隔為1分鐘的情況下可記錄不少于30 天的數據容量 (這個(gè)數據通常會(huì )移至閃存)。
在1分鐘間隔時(shí): ( 4字節x 6 x 60分鐘x 24小時(shí)x30天 = 1,036,800 字節)
在60分鐘間隔時(shí): ( 4字節x 6 x 24小時(shí)x30天 = 17,280字節)
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