安森美半导体创新的智能电表电源管理及强固的电力线通信方案 机电一体化, 智能电表, 半导体, 创新, 电源

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在大力倡导绿色能源的今天，相信大家对“智能电表”已不陌生。智能电表在推动资源可持续发展方面发挥着重要作用。在各国政府的积极部署下，智能电表正以迅猛之势取代传统电表。
智能电表：更智能的未来
从根本上说，电表是电力公司用以测量居民用电量从而计算电费的设备。从首只传统的千瓦/时电表到机电一体化感应式电表，再到后来的电子电表，乃至到当今先进的智能电表，它们的根本用途都没有改变。
可以简单地认为，智能电表相当于向传统电表添加“智能”特性。智能电表的双向通信能力有助于居民和电力公司更好地了解用电情况并节省成本。智能电表配备家用LCD显示屏，用户由此可得到他们按天、周、月或年的不同时间的用电情况的实时反馈，从而可充分利用各种用电计划来节省开支；另一方面，智能电表自动按月将家庭电表读数汇报给电力公司，而不需派“抄表员”上门抄取，为电力公司降低人力成本。
智能电表较传统电表提升了用电情况的能见度与管理性，节省了成本，而且其安全性和数据可靠性已经过全面测试，用户既可用更省电的方式用电，也不再超额支付电费。智能电表的双向通信能力也为建设智能电网奠定了基础，为我们构建更智能的未来，实现资源的可持续发展。
智能电表怎样工作？
简言之，智能电表发送电表读数给电力公司就像我们从手机发送信息。
智能电表全天记录用电量并用内存安全存储，在收到发送信息的请求后，将数据通过无线或电力电缆从电表路由至收集设备或变电站。电力线通信(PLC)或无线网等通信基础设施是智能电表向电力公司传输可靠数据的途径。
安森美半导体智能电表方案
安森美半导体致力于推动高能效创新，充分利用行业领先的专知和丰富的经验，提供用于智能电表方案的丰富产品阵容，包括电源管理IC、PLC调制解调器、ZigBee产品、小信号二极管及晶体管、高压开关、整流器、高压快速IGBT、MOSFET、内存、接口、温度传感器、控制器、专用标准产品(ASSP)、逻辑等等，接下来我们将重点介绍电源管理方案和电力线通信产品。
1.创新的电源管理方案助智能电表实现更高工作能效
智能电表要求电源管理模块提供：
-灵活的接口支持宽输入电压范围
-在所有负载条件下提升能效
-能承受故障情况的产品，
如更高输入电压或在3相网络中意外的两相连接等情况以及更多类似情况，以测试智能电表在不同条件的可靠性
-改善整体负载的抗电磁干扰
-消除噪声
-基于输出功率要求调整输出电流保护的能力
为此，安森美半导体提供3个工业级的方案用于智能电表电源管理实现更高工作能效。
方案1：NCP107X系列
安森美半导体的NCP107x系列 (图1)是带700 V开关的共源共栅(Cascode)，它将双450 V输入与电流平衡串联，是具齐纳基准的Cascode方案，提供高集成度、短路保护、最大峰值电流设定点和斜率补偿、动态自供(无需辅助绕线)，专用于当输出功率需求减弱，IC自动进入频率反走模式并提供轻载时的极高能效，而当功率需求进一步减弱，它进入跳周期模式以降低待机能耗至空载情况。

图1：NCP107X系列

方案2：NCP125X系列
安森美半导体的脉宽调制(PWM)系列NCP125X(图2)，它集成了1000 V MOSFET和PWM控制器，将双450 V输入与电流平衡串联，而分离的带控制器的高压单一MOSFET取代了Cascode，该系列电路的关键特性包括：频率反走以保持输出负载条件、限制最大传输功率而不影响待机性能、跳周期运行改进抗电磁干扰性能等等。

图2：NCP125X系列

方案3：专利的电源管理方案
智能电表有特定要求来支持3相和打开与高达450 V的宽输入范围的中性连接。安森美半导体已开发出新型预稳压器拓扑结构，可结合标准开关电源IC使用以满足智能电表的要求。该方案在主电源和开关电源之间添加了一个200 V的稳压器以减少250
V大容量输入电容，且电源支持高压供电和3相，是安森美半导体的专利。由于电源电压降低，更大的反射电压能力可提供更高的变压器设计能力，开关损耗减小提升了抗电磁干扰的性能，而缓冲器尺寸减小、耗散降低，开关电源能效得以全面提升，并节省整体系统级成本。

图3：安森美半导体创新的电源管理方案

2．电力线通信方案：S-FSK调制解调器，强固且兼容相关通信协议
电力线通信(PLC)是一种通过现有电缆发送数据的先进的通信技术，它载送导体上的数据，同时用于交流电力传输或向用户配电。由于能通过相同线路同时传输电力及数据，因此 PLC 技术无需使用额外线路与设备互联，有助于减少布线复杂度，降低成本，是智能电表实现自动抄表的一种主流技术。一个PLC节点由一个调制解调器芯片和一个电力线驱动器组成。PLC系统通过向布线系统添加调制的载波信号来工作。安森美半导体的AMIS-49587是针对PLC应用而开发的窄带PLC收发器，它符合IEC1334标准，使用S-FSK调制技术，可实现长距离电力线的强固低数据率通信，用于50 Hz的主电源频率，包含从PHY到MAC的完整的协议层处理，其中PHY专用于以可编程间隔的S-FSK调制(可编程的半双工数据传输率达2400波特，可编程载波范围为9 kHz-115 kHz，步幅10 Hz，可编程的扩频分离的典型值为10 kHz，极其强固的锁相环路(PLL)的动态范围为104 dB)，采用嵌入式ARM处理器用于先进滤波和实现MAC，支持同步传输，并可按照“可信值”
的中继级数管理进行信息传输，提供同类最佳的模拟解调链，其出色的抗噪性能和输入灵敏度可实现极其强固的传输，它还符合IEC61334-5-1/EN 50065标准和特定的法国配电公司(ERDF)的要求，电源工作电压3.3 V，串行通信接口(SCI)可与应用微控制器连接，且提供4种可选的波特率SCI(4.8 kb, 9.6 kb, 19.2 kb, 38.4 kb)。总而言之，AMIS-49587符合相关通信协议，数据传输高效可靠，参数灵活，易于设计，开发及应用成本低廉，是用于智能电表PLC技术的理想选择。

图4：AMIS-49587应用示例

结语
智能电表是推动可持续发展的必然趋势，为智能电网的构建奠定基础。安森美半导体提供全面的用于智能电表的方案阵容，特别地，其创新的专利型电源管理方案助设计工程师实现智能电表的更高工作能效，而S-FSK调制解调器AMIS-49587作为业界公认的具强固调制技术的IC，是用于长距离电力线的低数据率通信应用的理想选择。