安森美智能電表省電解決方案詳解

為了提高能源效率，各國(guó)都在加快智能電網(wǎng)建設(shè)，大力推廣智能電表，以滿足電力需求的不斷攀升。在快速推進(jìn)智能電表應(yīng)用的同時(shí)，電表開發(fā)商、為他們提供元器件的廠商，乃至最終用戶也在關(guān)注能讓智能電表更加省電的技術(shù)和產(chǎn)品，以在實(shí)現(xiàn)智能控制的同時(shí)，得到一款省電、安全和可靠的電表產(chǎn)品。作為提供高性能、高能效硅方案的供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體擁有各種有助于節(jié)能的技術(shù)和產(chǎn)品，可以幫助智能電表廠商設(shè)計(jì)出更加高效省電的產(chǎn)品。

智能電表產(chǎn)品也需要省電

目前，歐美各國(guó)都在開展利用先進(jìn)技術(shù)抑制電力消費(fèi)高峰的實(shí)驗(yàn)，智能電表在發(fā)揮結(jié)算、管理等作用的同時(shí)，也為智能用電提供了豐富、實(shí)時(shí)的增值服務(wù)。

智能電表最初的安裝目的是提升遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程開關(guān)等業(yè)務(wù)的效率。有了智能電表，每戶的電力需求可以詳細(xì)把握，并可以根據(jù)需要只啟動(dòng)必要數(shù)量的發(fā)電與配電設(shè)備。雖然智能電表需要成本和安裝費(fèi)用，但是可以控制對(duì)發(fā)電與配電設(shè)備的投資。此外，近年來智能電表控制高峰需求期電力消費(fèi)量的效果也越來越明顯。電力公司利用智能電表向用戶發(fā)送電力相關(guān)信息(消費(fèi)量與單價(jià)等)，從而根據(jù)需求響應(yīng)減少電力消費(fèi)量。

作為智能電網(wǎng)中最為基礎(chǔ)的設(shè)備之一，智能電表本身的節(jié)能技術(shù)也在不斷受到關(guān)注。因?yàn)橹悄茈姳硇枰褂脤Ｓ玫碾姵兀绻悄茈姳砗芎碾?，電池的壽命就?huì)縮短，表內(nèi)電池電量不足還會(huì)影響計(jì)量和用戶用電。要為數(shù)以千萬計(jì)的智能電表更換電池對(duì)電力公司和用戶都是一件繁瑣和耗費(fèi)成本的事。

安森美半導(dǎo)體的解決方案

為解決上述問題，可以使用安森美半導(dǎo)體的一些有針對(duì)性的解決方案，從設(shè)計(jì)之初就解決智能電表的耗電問題。

電源管理和穩(wěn)壓方案：

在這方面安森美半導(dǎo)體有豐富的器件可供使用，比如在AC-DC轉(zhuǎn)換應(yīng)用方面，有用于低功率離線電源的自供電高電壓?jiǎn)纹_關(guān)穩(wěn)壓器NCP1010-4、用于中等功率離線電源的單片開關(guān)穩(wěn)壓器NCP1027、高電壓門控振蕩器單片開關(guān)穩(wěn)壓器NCP1050-5；在DC-DC轉(zhuǎn)換應(yīng)用方面，有3A開關(guān)穩(wěn)壓器NCP3170和NCP3155、1.5開關(guān)穩(wěn)壓器或用作高達(dá)5A控制器的NCP3063/4、0.5A/1.0 A/3A開關(guān)穩(wěn)壓器LM2594/5/6、PWM控制器NCP3020/11和NCP1034；在LDO方面，有500mA LDO線性穩(wěn)壓器NCP5500、200mA輸出LDO線性穩(wěn)壓器NCP4588、50/150mA線性穩(wěn)壓器NCP4640/1、100mA LDO線性穩(wěn)壓器LP2951和80mA LDO線性穩(wěn)壓器NCP562。這些產(chǎn)品在應(yīng)用中的位置如圖1所示。這些電源方案具有高能效、低能耗及豐富的保護(hù)特性等特點(diǎn)，非常適合智能電表應(yīng)用。

圖1：適合智能電表應(yīng)用電源管理和穩(wěn)壓產(chǎn)品

配置和調(diào)校用EEPROM方案：

智能電表涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的問題，需要使用安全可靠的存儲(chǔ)器。安森美半導(dǎo)體為智能電表應(yīng)用提供了豐富的存儲(chǔ)器（如EEPROM、SRAM）解決方案。其中的EEPROM主要用于智能電表的配置和校準(zhǔn)，密度涵蓋從1 kb到1 Mb，編程/擦除周期高達(dá)100萬次，可在擴(kuò)展的溫度范圍內(nèi)工作。這些產(chǎn)品采用I2C、SPI或MicroWire等不同接口類型，其中I2C接口產(chǎn)品也涉及完全陣列寫保護(hù)、部分陣列寫保護(hù)及專用等不同類型。圖2是安森美半導(dǎo)體EEPROM產(chǎn)品的分類。安森美半導(dǎo)體還推出了一款用戶友好的便攜式編程工具EasyPRO?，用戶可以用它進(jìn)行串行EEPROM（I2C、SPI、MICROWIRE）的編程，非常方便實(shí)用。

圖2：安森美半導(dǎo)體的EEPROM產(chǎn)品


圖3：安森美半導(dǎo)體的EEPROM編程工具

最近，安森美半導(dǎo)體又新推出了幾款EEPROM器件，包括CAT24M01、CAT24C512和CAT24M01，數(shù)據(jù)保持期高達(dá)100年。這些串行EEPROM的工作溫度范圍為-40℃至+125℃，采用0.18微米(μm)低功耗CMOS工藝制造，無疑是降低智能電表能耗的最佳選擇。

I/O擴(kuò)展芯片和邏輯轉(zhuǎn)換器：

安森美半導(dǎo)體的I2C I/O擴(kuò)展芯片通過I2C總線或SMBus提供16位通用I/O功能。I/O口擴(kuò)展芯片可用于mcu/DSP通用I/O口的擴(kuò)展，通過I2C擴(kuò)展成8或16位GPIO。當(dāng)應(yīng)用中需要額外的I/O口來連接ACPI電源開關(guān)、傳感器、按鈕、LED、風(fēng)扇等時(shí)，可使用I/O擴(kuò)展器件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的解決方案。I/O擴(kuò)展芯片的輸出可直接驅(qū)動(dòng)LED、風(fēng)扇、繼電器等開關(guān)控制；輸入為鍵盤、定時(shí)器/傳感器等檢測(cè)輸入，帶中斷功能。對(duì)于遠(yuǎn)距離很多個(gè)控制觸點(diǎn)與主機(jī)之間的通訊，采用I2C I/O擴(kuò)展技術(shù)，可大大簡(jiǎn)化多股排線布線不便的問題。這方面的產(chǎn)品有PCA9655E、PCA9535E、PCA9535EC、PCA9639E和PCA9639ER。例如，PCA9655E提供了一個(gè)開-漏中斷輸出，當(dāng)任何輸入狀態(tài)與其對(duì)應(yīng)的輸入端口寄存器狀態(tài)不同時(shí)，該功能就被激活。中斷輸出用來為系統(tǒng)主控提供改變了的輸入狀態(tài)。上電復(fù)位可設(shè)置寄存器的默認(rèn)值，并初始化器件狀態(tài)機(jī)。三個(gè)硬件引腳（AD0、AD1、AD2）用于配置器件I2C總線從地址。允許多達(dá)64個(gè)器件共享同一個(gè)I2C總線和SMBus，這一特點(diǎn)為應(yīng)用提供了極大的靈活性。

安森美半導(dǎo)體的邏輯轉(zhuǎn)換器是一種雙電源電壓邏輯轉(zhuǎn)換器，可以連接在不同的供電電壓下工作的IC和印刷電路板。這類采用獨(dú)立電源（VL VCC）的器件具有100 pF的高電容驅(qū)動(dòng)、過壓容限啟用和I/O引腳、非優(yōu)先上電順序和斷電保護(hù)功能，可以為印刷電路板內(nèi)和印刷電路板之間的連接提供靈活的路徑，如圖4所示。

圖4：采用邏輯轉(zhuǎn)換器的互連

總結(jié)

以上介紹的解決方案都是智能電表的重要功能模塊和組件。除此之外，安森美半導(dǎo)體還為智能電表提供其他豐富的產(chǎn)品選擇，如PLC調(diào)制解調(diào)器及線路驅(qū)動(dòng)器、溫度檢測(cè)、智能卡接口、保護(hù)和濾波，以及時(shí)鐘、接口等產(chǎn)品，方便用戶構(gòu)建應(yīng)用于智能電表的完整解決方案。