TI智能電網(wǎng)解決方案

TI 通過(guò)改進(jìn)嵌入式處理和模擬實(shí)現(xiàn)智能能源。技術(shù)創(chuàng)新仍然是挖掘清潔、低成本、可再生能源新來(lái)源以及更有效地支持我們生活各個(gè)方面的關(guān)鍵所在。

創(chuàng)造技術(shù)

與客戶(hù)攜手合作以讓傳統(tǒng)收集工藝和清潔能源變得更加安全、清潔、高效、富有成效且可靠。

推動(dòng)技術(shù)

通過(guò)降低能耗，使智能電網(wǎng)成為可能，從而消除電源浪費(fèi)并更好地利用新舊基礎(chǔ)設(shè)施。

利用技術(shù)

讓產(chǎn)品具有更加智能的能源利用率，從而降低能耗，提高便攜性、便利性和整體生活質(zhì)量。

變電站控制

智能電子式電表

電力線通信調(diào)制解調(diào)器

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

電力線通信 (PLC) 利用現(xiàn)有電力線基礎(chǔ)設(shè)施，為在許多工業(yè)應(yīng)用引進(jìn)智能監(jiān)控和控制提供了經(jīng)濟(jì)高效的方法。它讓 PLC 成為用于智能電網(wǎng)應(yīng)用(如智能抄表、照明控制、太陽(yáng)能、插入式電動(dòng)車(chē)以及家庭和樓宇中的供暖、空調(diào)和安全系統(tǒng))的首選技術(shù)之一。

對(duì)這些應(yīng)用實(shí)施低頻窄帶 PLC (LF NB PLC) 技術(shù)將提供最適合的帶寬、功耗和成本要求。在窄帶域(頻率高達(dá) 500kHz)運(yùn)行可確保數(shù)據(jù)完整性，同時(shí)可將系統(tǒng)成本降到最低。數(shù)據(jù)速率從 1.2kbps 到數(shù)百 kbps 不等，具體取決于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)。

開(kāi)發(fā)高效 PLC 實(shí)施也會(huì)遇到困難。電力線本身就具有噪聲，因此需要強(qiáng)大架構(gòu)才能確保數(shù)據(jù)可靠性。此外，每種應(yīng)用和工作環(huán)境都不同，需要開(kāi)發(fā)人員針對(duì)各種因素優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)制方案多種多樣，開(kāi)發(fā)人員需要靈活的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境條件的優(yōu)化、遵守當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)的同時(shí)可輕松調(diào)整以滿(mǎn)足不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)。

電力線通信調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)的調(diào)制信號(hào)首先進(jìn)入接收器級(jí)或有源帶通濾波器，其中為濾波器選擇的運(yùn)算放大器應(yīng)該提供低噪聲、低諧波失真和低輸入偏置(如 TI 的 OPA365 或 OPA353 中所示)。使用可編程增益放大器 (PGA)(如 PGA112)調(diào)節(jié)接收信號(hào)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍和優(yōu)化信號(hào)處理。它需要足夠快速準(zhǔn)確地連接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入，以便正確轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式供處理。這可通過(guò) F28235 Delfino™ 或 F2802x/03x Piccolo™ 微處理器(可升級(jí) C2000™ 32 位微處理器 (MCU) 系列的成員)的片上 12 位 ADC 來(lái)實(shí)現(xiàn)。12 位 ADC 的工作頻率高達(dá) 12.5MSPS，且還包含觸發(fā)機(jī)制，用于支持多頻和相位采樣(二次采樣和保持功能)。C2000™ MCU 系列讓開(kāi)發(fā)人員可在同一硬件上支持多種調(diào)制，因此無(wú)需重新設(shè)計(jì)調(diào)制解調(diào)器來(lái)支持不同的調(diào)制或標(biāo)準(zhǔn)。這使得 C2000™ 32 位 MCU 系列成為用于電力線通信實(shí)施的智能且靈活的平臺(tái)。

已處理的信號(hào)將由用于驅(qū)動(dòng)高輸出電流的 PLC 發(fā)送器級(jí)傳回電網(wǎng)。使用低至 150ps 的 C2000 ePWM 支持占空比分辨率可進(jìn)行控制，以便對(duì)諧波進(jìn)行更多的控制并減少采樣輸出延遲。必須仔細(xì)設(shè)計(jì)發(fā)送器級(jí)，以便從 MCU 接收數(shù)字信號(hào)、對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行濾波以消除能帶發(fā)射以及驅(qū)動(dòng) AC 電力線的低阻抗。OPA564 是 24V、1.5A、17MHz 的功率運(yùn)算放大器，能夠滿(mǎn)足 PLC 線路驅(qū)動(dòng)器的嚴(yán)格要求。將 AFE031(高度集成的 PLC 模擬前端)與 C20000TM 相結(jié)合時(shí)，可進(jìn)一步改善集成、提升性能和降低成本。AFE031 將發(fā)送濾波器、功率放大器、接收濾波器和 PGA 集成在專(zhuān)為 PLC 設(shè)計(jì)的可編程集成電路中。

產(chǎn)生的調(diào)制解調(diào)器 MCU + AFE 可通過(guò)其中一個(gè) C2000TM 串行接口選項(xiàng)(包括 CAN、I2C、LIN、SPI 或 UART)直接與外部系統(tǒng)(有線和無(wú)線應(yīng)用)進(jìn)行通信。

TI PLC 軟件通過(guò) plcSUITE 庫(kù)提供，讓開(kāi)發(fā)人員可以在一個(gè)獨(dú)特設(shè)計(jì)中支持多種調(diào)制和標(biāo)準(zhǔn)。開(kāi)發(fā)人員可實(shí)施 SFSK IEC61334、PRIME 和 G3 標(biāo)準(zhǔn)，將 FlexOFDM 用于定制 OFDM 實(shí)施，還可以針對(duì)未來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行升級(jí)。

從電源管理角度來(lái)看，PLC 模塊可采用現(xiàn)有系統(tǒng)直流軌的電源或直接采用用于通信的主 AC 電源。如果是主 AC 電源，則需要對(duì)美國(guó)的 115V、60Hz 濾波 (或歐洲和亞洲的 230V、50Hz)進(jìn)行濾波，并為 MCU、AFE 和各種支持組件將其轉(zhuǎn)換為隔離 DC 電源。UCC28600 或 UCC28610 綠色環(huán)保模式反向控制器最適用于提供隔離 12V 或 15V 直流軌，以便直接用于功率放大器和連接至 DCDC 模塊(如 PTH08080W)或降壓轉(zhuǎn)換器(如 TPS54231)，從而提供低電壓 (5V) PLC 系統(tǒng)軌。如果添加線性穩(wěn)壓器(如 TPS79533 LDO)，則可通過(guò)低功率組件(如 MCU、PGA、運(yùn)算放大器、USB 收發(fā)器和任何其它數(shù)字或模擬組件)提供實(shí)用的低噪聲 3.3V 電壓軌。