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如何让智能电表更加省电?




为了提高能源效率,各国都在加快智能电网建设,大力推广智能电表,以满足电力需求的不断攀升。在快速推进智能电表应用的同时,电表开发商、为他们提供元器件的厂商,乃至最终用户也在关注能让智能电表更加省电的技术和产品,以在实现智能控制的同时,得到一款省电、安全和可靠的电表产品。作为提供高性能、高能效硅方案的供应商,安森美半导体拥有各种有助于节能的技术和产品,可以帮助智能电表厂商设计出更加高效省电的产品。

智能电表产品也需要省电

目前,欧美各国都在开展利用先进技术抑制电力消费高峰的实验,智能电表在发挥结算、管理等作用的同时,也为智能用电提供了丰富、实时的增值服务。

智能电表最初的安装目的是提升远程抄表、远程开关等业务的效率。有了智能电表,每户的电力需求可以详细把握,并可以根据需要只启动必要数量的发电与配电设备。虽然智能电表需要成本和安装费用,但是可以控制对发电与配电设备的投资。此外,近年来智能电表控制高峰需求期电力消费量的效果也越来越明显。电力公司利用智能电表向用户发送电力相关信息(消费量与单价等),从而根据需求响应减少电力消费量。

作为智能电网中最为基础的设备之一,智能电表本身的节能技术也在不断受到关注。因为智能电表需要使用专用的电池,如果智能电表很耗电,电池的寿命就会缩短,表内电池电量不足还会影响计量和用户用电。要为数以千万计的智能电表更换电池对电力公司和用户都是一件繁琐和耗费成本的事。

安森美半导体的解决方案

为解决上述问题,可以使用安森美半导体的一些有针对性的解决方案,从设计之初就解决智能电表的耗电问题。

电源管理和稳压方案:

在这方面安森美半导体有丰富的器件可供使用,比如在AC-DC转换应用方面,有用于低功率离线电源的自供电高电压单片开关稳压器NCP1010-4、用于中等功率离线电源的单片开关稳压器NCP1027、高电压门控振荡器单片开关稳压器NCP1050-5;在DC-DC转换应用方面,有3A开关稳压器NCP3170和NCP3155、1.5开关稳压器或用作高达5A控制器的NCP3063/4、0.5A/1.0 A/3A开关稳压器LM2594/5/6、PWM控制器NCP3020/11和NCP1034;在LDO方面,有500mA LDO线性稳压器NCP5500、200mA输出LDO线性稳压器NCP4588、50/150mA线性稳压器NCP4640/1、100mA LDO线性稳压器LP2951和80mA LDO线性稳压器NCP562。这些产品在应用中的位置如图1所示。这些电源方案具有高能效、低能耗及丰富的保护特性等特点,非常适合智能电表应用。


如何让智能电表更加省电?
图1:适合智能电表应用电源管理和稳压产品

配置和调校用EEPROM方案:

智能电表涉及数据存储的问题,需要使用安全可靠的存储器。安森美半导体为智能电表应用提供了丰富的存储器(如EEPROM、SRAM)解决方案。其中的EEPROM主要用于智能电表的配置和校准,密度涵盖从1 kb到1 Mb,编程/擦除周期高达100万次,可在扩展的温度范围内工作。这些产品采用I2C、SPI或MicroWire等不同接口类型,其中I2C接口产品也涉及完全阵列写保护、部分阵列写保护及专用等不同类型。图2是安森美半导体EEPROM产品的分类。安森美半导体还推出了一款用户友好的便携式编程工具EasyPRO™,用户可以用它进行串行EEPROM(I2C、SPI、MICROWIRE)的编程,非常方便实用。


如何让智能电表更加省电?
图2:安森美半导体的EEPROM产品

如何让智能电表更加省电?
图3:安森美半导体的EEPROM编程工具

最近,安森美半导体又新推出了几款EEPROM器件,包括CAT24M01、CAT24C512和CAT24M01,数据保持期高达100年。这些串行EEPROM的工作温度范围为-40℃至+125℃,采用0.18微米(μm)低功耗CMOS工艺制造,无疑是降低智能电表能耗的最佳选择。

I/O扩展芯片和逻辑转换器:

安森美半导体的I2C I/O扩展芯片通过I2C总线或SMBus提供16位通用I/O功能。I/O口扩展芯片可用于mcu/DSP通用I/O口的扩展,通过I2C扩展成8或16位GPIO。当应用中需要额外的I/O口来连接ACPI电源开关、传感器、按钮、LED、风扇等时,可使用I/O扩展器件实现简单的解决方案。I/O扩展芯片的输出可直接驱动LED、风扇、继电器等开关控制;输入为键盘、定时器/传感器等检测输入,带中断功能。对于远距离很多个控制触点与主机之间的通讯,采用I2C I/O扩展技术,可大大简化多股排线布线不便的问题。这方面的产品有PCA9655E、PCA9535E、PCA9535EC、PCA9639E和PCA9639ER。例如,PCA9655E提供了一个开-漏中断输出,当任何输入状态与其对应的输入端口寄存器状态不同时,该功能就被激活。中断输出用来为系统主控提供改变了的输入状态。上电复位可设置寄存器的默认值,并初始化器件状态机。三个硬件引脚(AD0、AD1、AD2)用于配置器件I2C总线从地址。允许多达64个器件共享同一个I2C总线和SMBus,这一特点为应用提供了极大的灵活性。

安森美半导体的逻辑转换器是一种双电源电压逻辑转换器,可以连接在不同的供电电压下工作的IC和印刷电路板。这类采用独立电源(VL VCC)的器件具有100 pF的高电容驱动、过压容限启用和I/O引脚、非优先上电顺序和断电保护功能,可以为印刷电路板内和印刷电路板之间的连接提供灵活的路径,如图4所示。


如何让智能电表更加省电?
图4:采用逻辑转换器的互连

总结

以上介绍的解决方案都是智能电表的重要功能模块和组件。除此之外,安森美半导体还为智能电表提供其他丰富的产品选择,如PLC调制解调器及线路驱动器、温度检测、智能卡接口、保护和滤波,以及时钟、接口等产品,方便用户构建应用于智能电表的完整解决方案。

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