安森美半導(dǎo)體針對(duì)智能電表PLC通信應(yīng)用的線路驅(qū)動(dòng)器

　　安森美半導(dǎo)體NCS5650 PLC線路驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)

　　安森美半導(dǎo)體針對(duì)PLC線路驅(qū)動(dòng)應(yīng)用推出了一款高能效的A/B類(lèi)低失真線路驅(qū)動(dòng)器——NCS5650。這器件的電源電壓(VCC)為單端6至12 V或雙平衡±3.0至±6.0 V。NCS5650的設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)了優(yōu)化，接收PLC調(diào)制解調(diào)器輸送的信號(hào)，輸出段設(shè)計(jì)成能夠驅(qū)動(dòng)高達(dá)2 A的電流，經(jīng)隔離變壓器或簡(jiǎn)單的線圈耦合至交流主電源。

　　NCS5650符合PLC線路驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用要求，提供重要的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。如該器件針對(duì)歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(CENELEC)用于智能電表的A、B、C和D頻段進(jìn)行了優(yōu)化，符合EN-50065規(guī)范，可用于直接耦合或按1：1、2：1變壓比耦合。NCS5650獨(dú)特的2 A驅(qū)動(dòng)能力確保在很低電力線阻抗時(shí)也可保持有效的通信。

　　該器件除了對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大外，集成的兩級(jí)運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)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(shù)量進(jìn)而節(jié)省成本，在對(duì)電力線接入設(shè)備有嚴(yán)格限制的歐洲，只有增加類(lèi)似的濾波器，才能夠保證系統(tǒng)對(duì)電力線的高頻干擾注入滿足EN-50065規(guī)范的要求。另外，這種結(jié)構(gòu)也使故障告警不需要外部電平轉(zhuǎn)換，可以直接與MCU接口。

　　NCS5650在電氣性能上也頗具優(yōu)勢(shì)。兩級(jí)運(yùn)算放大可以實(shí)現(xiàn)700 kHz的全功率帶寬，諧波失真也很低，僅為0.015 % @ 1 kHz。這器件的功耗也很低，軌到軌壓差低至僅為0.5 V，工作模式靜態(tài)電流僅為20 mA，關(guān)斷模式下的電流僅為150 µA。

　　NCS5650支持-40℃到+125℃的寬工作結(jié)溫范圍，具備160℃過(guò)溫關(guān)斷保護(hù)能力。該器件提供兩個(gè)帶磁滯功能的獨(dú)立熱標(biāo)記(flag)，其中一個(gè)是熱警告標(biāo)記，讓用戶(hù)知道內(nèi)部結(jié)溫已經(jīng)達(dá)到用戶(hù)設(shè)定的熱警告閾值，另一個(gè)是熱誤差標(biāo)記，提示內(nèi)部結(jié)溫已超過(guò)150℃。NCS5650采用4 mm x 4 mm QFN20小型封裝，帶導(dǎo)熱板，易于散熱。

　　值得一提的是，NCS5650除了可以用于PLC智能電表，還可應(yīng)用于音頻次重低音揚(yáng)聲器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、智能電器、閥/制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和測(cè)試設(shè)備等應(yīng)用。

　　NCS5650典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　前面介紹了NCS5650的主要優(yōu)勢(shì)，接下來(lái)我們就分析這器件的一些典型應(yīng)用設(shè)計(jì)，如多點(diǎn)反饋(MFB)濾波器設(shè)計(jì)、限流點(diǎn)設(shè)定和過(guò)流告警、過(guò)溫關(guān)斷告警及設(shè)定等。

　　實(shí)際上，歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)EN-50065-1是一項(xiàng)針對(duì)頻率范圍在3 kHz到148.5 kHz范圍之間的低壓電氣設(shè)備信令的歐洲標(biāo)準(zhǔn)。更具體地講，這標(biāo)準(zhǔn)的第一部分涉及的注入到電氣主電源上的頻段及電磁干擾。符合這要求的一種可行方法就是在調(diào)制解調(diào)器輸出與連接至交流主電源的隔離變壓器之間設(shè)置4階濾波器。我們可以采用MFB濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)幫助符合這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。4階點(diǎn)濾波器要求應(yīng)用2個(gè)運(yùn)算放大器。而安森美半導(dǎo)體的NCS5650擁有輸入預(yù)放大器和輸出功率放大器(參見(jiàn)圖2)，因此僅需要電阻和電容等無(wú)源元件。這也是我們需要計(jì)算的對(duì)象。輸入預(yù)放大器的電路圖如圖3(a)所示，而4階低通濾波效果見(jiàn)3(b)。

　　圖3：NCS5650的輸入預(yù)放大器電路圖(a)及4階低通濾波效果(b)。

　　這輸入預(yù)放大器的增益函數(shù)如下所示：

　　再結(jié)合其它公式(參見(jiàn)參考資料1)的情況下，就可以計(jì)算出R1、R2和R3的值。

　　在NCS5650應(yīng)用設(shè)計(jì)中，限流點(diǎn)設(shè)定也很重要。實(shí)際上，NCS5650的2 A輸出電流可以通過(guò)在引腳15與VEE(放大器負(fù)電源，引腳10或11)之間簡(jiǎn)單增加一顆限流電阻(RLimit)來(lái)設(shè)定。流出或流入功率放大器的電流超過(guò)設(shè)定點(diǎn)時(shí)，過(guò)流告警ILIM標(biāo)記會(huì)變?yōu)檫壿嫺唠娖剑崾居脩?hù)采取必要措施。過(guò)流消失(即輸出電流恢復(fù))后，ILIM標(biāo)記將恢復(fù)為邏輯低電平。限流設(shè)定公式為：ILIM=(1.215/RCL)×8197。

　　此外，在負(fù)載比較大或過(guò)流的情況下，放大器溫度將升高，內(nèi)部結(jié)溫超過(guò)160度時(shí)，器件將進(jìn)入關(guān)斷模式以防止受損，這時(shí)引腳17的TSD標(biāo)記會(huì)變?yōu)檫壿嫺唠娖?結(jié)溫回落到約145度以下時(shí)，器件恢復(fù)為啟用模式。如果用戶(hù)想避免放大器進(jìn)入過(guò)熱關(guān)斷狀態(tài)，可以通過(guò)熱告警功能來(lái)監(jiān)測(cè)結(jié)溫。用戶(hù)可以通過(guò)在引腳14上施加相應(yīng)電壓來(lái)選擇105℃至145℃范圍之間的任意告警結(jié)溫(Twarn)?？梢杂靡环N簡(jiǎn)單的方法來(lái)應(yīng)用這種功能，即設(shè)定VCC(引腳6、7)與VEE之間的分壓器的比例。設(shè)定NCS5650熱告警溫度要求的電壓比的計(jì)算公式為：VTW=6.665×10-3(TJ)+1.72。

　　安森美半導(dǎo)體為智能電表應(yīng)用提供完整方案

　　安森美半導(dǎo)體為智能電表應(yīng)用提供完整的解決方案，除了上述PLC線路驅(qū)動(dòng)器，還提供新的符合ERDF規(guī)范的PLC調(diào)制解調(diào)器AMIS-49587以及經(jīng)過(guò)了8年工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用檢測(cè)的AMIS-30585。其中，AMIS-49587支持2.4 kb的半雙工可調(diào)節(jié)通信速率，目前已經(jīng)獲得法國(guó)原設(shè)備制造商(OEM)的先期使用，在中國(guó)也已獲得數(shù)家領(lǐng)先電表客戶(hù)的選用。此外，安森美半導(dǎo)體提供用于電源管理、測(cè)量和存儲(chǔ)等關(guān)鍵功能的解決方案。如在電源管理模塊，可以應(yīng)用安森美半導(dǎo)體的NCP1014、NCP1015等AC-DC轉(zhuǎn)換器，LM2596、NCP3063和CS51411等DC-DC轉(zhuǎn)換器，MC78L05、MC7805、CAT6217和CAT6219等低壓降(LDO)穩(wěn)壓器，以及NTMFS4823等中壓及高壓FET。此外，在智能電表應(yīng)用中，也可采用安森美半導(dǎo)體系列EEPROM、SDRM等存儲(chǔ)器，以及ESD/TVS、SIM卡接口、邏輯、USB保護(hù)、監(jiān)控、I/O擴(kuò)展、時(shí)鐘和溫度傳感器等。

　　總結(jié)：

　　在方興未艾的智能電網(wǎng)應(yīng)用中，智能電表發(fā)揮關(guān)鍵作用。設(shè)計(jì)人員需要為PLC智能電表通信選擇適合的線路驅(qū)動(dòng)器方案。安森美半導(dǎo)體用于PLC的線路驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品NCS5650符合嚴(yán)格的歐洲EN-50065規(guī)范，并提供多種應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，非常適合PLC線路驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，同時(shí)還可拓展至更寬應(yīng)用范圍。安森美半導(dǎo)體更為智能電表應(yīng)用提供包括電源/電源管理及保護(hù)、通信、測(cè)量和存儲(chǔ)等關(guān)鍵功能的完整解決方案，方便客戶(hù)的選擇，幫助他們降低采購(gòu)成本及加快產(chǎn)品上市。

　　供稿：安森美半導(dǎo)體

　　參考資料：

　　1、《安森美半導(dǎo)體線路驅(qū)動(dòng)器在PLC中的應(yīng)用》網(wǎng)上廣播演示資料，安森美半導(dǎo)體

　　2、《NCS5650散熱考慮應(yīng)用筆記》，安森美半導(dǎo)體， www.onsemi.cn/pub/Collateral/AND8402-D.PDF

　　3、《NCS5650數(shù)據(jù)手冊(cè)》，安森美半導(dǎo)體， www.onsemi.com/pub/Collateral/NCS5650-D.PDF

　　4、《如何為智能電表選擇適合的PLC調(diào)制解調(diào)器方案?》，安森美半導(dǎo)體