數字隔離器在智能電能計量中的應用

兼容直流的電流互感器長(cháng)期用于檢測智能電表中的交流電流，但其有一些缺點(diǎn)，而且很昂貴。對于某些應用，分流電阻是更好的電流傳感器選擇，因為它價(jià)格低廉、具有高線(xiàn)性度并且能抗磁場(chǎng)干擾。遺憾的是，分流電阻不具有電流互感器所固有的電氣隔離特性。在要求隔離的智能電表等應用中，采用隔離電源技術(shù)的數字隔離器與分流電阻結合可提供一種良好的解決方案。

單相防竊電智能電表
考慮圖1所示的單相防竊電智能電表。模擬前端(AFE)IC利用分流電阻測量相位電流，并利用一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓器測量相位電壓，從而計算電能并監控負載的質(zhì)量。在這種應用中，電力線(xiàn)相位電壓用作AFE的接地參考。零線(xiàn)電流測量必須隔離，從而保護AFE免受高壓影響。AFE利用標準SPI或I2C通信將計算得到的電氣量傳輸給微控制器(MCU)。然后，MCU將數據發(fā)送到通信模塊，通常使用UART接口，必須確保安全隔離并避免接地環(huán)路。因此，MCU必須與AFE隔離，與通信模塊共地（隔離1），或者與通信模塊隔離，與AFE共地（隔離2）。

電表電源從電力線(xiàn)獲得，但安全隔離柵會(huì )產(chǎn)生兩個(gè)電源域。圖1中的PS1與相電源是同一電源域，可以直接使用而無(wú)需隔離AFE。然而，安全隔離柵1或2則需要使用隔離電源PS2來(lái)為MCU和通信模塊（隔離1）提供電源，或者僅為通信模塊（隔離2）供電?？偠灾?，單相防竊電表中有多個(gè)點(diǎn)需要隔離。

圖1 單相防竊電智能電表
　　
零線(xiàn)電流檢測
AFE與MCU（隔離1）之間或MCU與通信模塊之間（隔離2）必須通過(guò)隔離柵1和2的信號是數字信號。為了隔離數字信號，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多技術(shù)。傳統方法使用帶LED和光電二極管的光耦合器，較新的技術(shù)則是使用芯片級變壓器的數字隔離器。例如，與光耦合器相比，iCoupler數字隔離器具有許多優(yōu)勢，包括：更可靠、尺寸更小、功耗更低、通信速度更快、時(shí)序精度更佳、易于使用。芯片級隔離技術(shù)也可以與其他半導體電路結合，實(shí)現小尺寸、高集成度解決方案。在數據速率較高的應用中，這些優(yōu)勢尤其顯著(zhù)。智能計量就是這樣一種應用，因為新式電表需要高得多的實(shí)時(shí)信息流量。

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