應用于智能電表各功能模塊的安森美半導體方案概覽

1 前言

在方興未艾的智能電網(wǎng)應用中，智能電表發(fā)揮關(guān)鍵的作用。安森美半導體身為應用于高能效綠色電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供應商，在提供應用于智能電表的方案方面經(jīng)驗豐富，歷史悠久。我們應用于智能電表的電力線(xiàn)載波(PLC)調制解調器和電源管理產(chǎn)品在歐洲擁有成功應用紀錄，同時(shí)我們還提供豐富的存儲器(EEPROM及SRAM)、時(shí)鐘、接口、保護/濾波產(chǎn)品等，構成我們應用于智能電表的完整解決方案。本文將介紹用于各個(gè)功能模塊的方案。

圖1 智能電表簡(jiǎn)化框圖

2 通信模塊—PLC調制解調器及線(xiàn)路驅動(dòng)器方案

智能電網(wǎng)應用中，從智能電表到數據集中器(concentrator)這一段的網(wǎng)絡(luò )連接，通常對通信速率的要求不高，最主要的考慮因素是降低成本。電力線(xiàn)載波(PLC)技術(shù)因為不需要額外布線(xiàn)及相對較低的成本，非常適合應用于這類(lèi)系統。而在PLC調制技術(shù)方面，復雜度低、商業(yè)應用潛力更大及有可靠現場(chǎng)應用記錄的S-FSK調制技術(shù)無(wú)疑是適合的選擇。

圖2 應用于智能電表通信模塊的PLC調制解調器及線(xiàn)路驅動(dòng)器方案

安森美半導體在開(kāi)發(fā)PLC調制解調器方面擁有較長(cháng)的歷史。速率1.2 kb的AMIS-30585為早前推出，最初開(kāi)發(fā)時(shí)就符合IEC 61334標準(S-FSK規范)，迄今已歷經(jīng)8年的現場(chǎng)應用經(jīng)驗。這器件采用PLCC-28封裝。

為了應對客戶(hù)對更高數據率的要求，安森美半導體推出了AMIS-49587高集成度低功率PLC調制解調器方案。這器件支持2.4kb的更高半雙工可調節通信速率，提供PLCC-28和QFN-52等不同封裝，符合IEC61334-5-1標準。為客戶(hù)提供眾多應用優(yōu)勢，如基于A(yíng)RM7TDMI處理器內核，同時(shí)包含物理接口收發(fā)器(PHY)和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制器(MAC)層，使其以單芯片方案結合了模擬調制解調器前端和數字后處理功能。設計人員使用AMIS-49587調制解調器，可以簡(jiǎn)化設計，能更快地開(kāi)發(fā)出全套互操作PLC方案，還降低開(kāi)發(fā)成本。

PLC通信中的線(xiàn)路驅動(dòng)也非常重要，需要為應用選擇適合的PLC線(xiàn)路驅動(dòng)器。這樣的線(xiàn)路驅動(dòng)器要求具有大輸出電流能力、低壓降、低諧波失真、寬工作溫度范圍和便于散熱等特性。安森美半導體針對PLC線(xiàn)路驅動(dòng)應用，推出了一款高能效的A/B類(lèi)低失真線(xiàn)路驅動(dòng)器——NCS5650。NCS5650的設計經(jīng)過(guò)了優(yōu)化，接收PLC調制解調器輸送的信號，輸出段設計成能夠驅動(dòng)高達2A的電流，經(jīng)隔離變壓器或簡(jiǎn)單的線(xiàn)圈耦合至交流主電源。NCS5650獨特的2A驅動(dòng)能力，確保在很低電力線(xiàn)阻抗時(shí)也可保持有效的通信。該器件除了對信號進(jìn)行功率放大外，集成的兩級運算放大器的結構還組成了衰減特性很陡的4階低通濾波器。除了幫助減少器件數量進(jìn)而節省成本，還能夠保證系統對電力線(xiàn)的高頻干擾注入滿(mǎn)足EN-50065規范的要求。

3 電源管理模塊—AC-DC、DC-DC及LDO

安森美半導體為智能電表電源/電源管理模塊提供包括交流-直流(AC-DC)轉換器/穩壓器、直流-直流(DC-DC)開(kāi)關(guān)穩壓器/控制器和低壓降(LDO)線(xiàn)性穩壓器等多種選擇(參見(jiàn)圖3和表1)，方便用戶(hù)選擇適合的電源方案。

圖3 PLC智能電表電源/電源管理模塊示意圖

在A(yíng)C-DC部分，可以采用安森美半導體的一系列單片高壓開(kāi)關(guān)穩壓器，如NCP1014、NCP1027、NCP1051等。以NCP1014為例，這是一款低功率離線(xiàn)電源用自供電高壓?jiǎn)纹_(kāi)關(guān)穩壓器，集成了1個(gè)固定頻率電流模式控制器和1個(gè)700V MOSFET，主要功能特性包括軟啟動(dòng)、頻率抖動(dòng)、短路保護、跳周期和最大峰值電流設定點(diǎn)等。

表1 適用于智能電表電源/電源管理模塊的器件列表(*預計在2010年第4季度推出)

在DC-DC部分，同樣有很多選擇，包括支持不同電流等級的開(kāi)關(guān)穩壓器以及脈寬調制(PWM)控制器等。以NCP1034為例，這是一款靈活的同步高壓PWM控制器，設計適合采用高至100V的寬輸入電源電壓范圍工作。這器件還提供1A門(mén)驅動(dòng)能力，能夠產(chǎn)生低至1.25V的輸出電壓。它的同步特性讓外部源來(lái)設定開(kāi)關(guān)頻率，或輸出1個(gè)同步信號至多顆NCP1034控制器。除了NCP1034等開(kāi)關(guān)穩壓器，設計人員同樣可以選用安森美半導體的多款DC-DC低壓降(LDO)線(xiàn)性穩壓器，如NCP562、NCP4640等。

4 存儲器模塊—串行EEPROM、并行EEPROM、串行SRAM及NVRAM

智能電表涉及到數據存儲問(wèn)題，故需要使用安全可靠的存儲器。安森美半導體提供串行可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、并行EEPROM、串行靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)和非易失性隨機存取存儲器(NVRAM)等，詳情參見(jiàn)安森美半導體存儲器產(chǎn)品選型指南(見(jiàn)附注1)。就其中的串行EEPROM而言，也包含I2C、SPI或MicroWire等不同接口類(lèi)型的產(chǎn)品，其中I2C接口產(chǎn)品中也涉及完全陣列寫(xiě)保護、部分陣列寫(xiě)保護及專(zhuān)用等不同類(lèi)型，密度涵蓋從1kb到1Mb范圍。

5 時(shí)鐘模塊—NLRTC1220實(shí)時(shí)時(shí)鐘

安森美半導體為智能電表應用提供多種時(shí)鐘產(chǎn)品，包括PureEdge™系列晶體振蕩器模塊、零延遲緩沖器等。此外，安森美半導體還計劃在2010年第4季度推出NLRTC1220實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可配合安森美半導體的NCT66溫度傳感器用于智能電表(參見(jiàn)圖4)。