電子式電能表使用鐵電存儲(chǔ)器(F-RAM)的緣由
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特別是當(dāng)移去電場(chǎng)后，中心原子處于低能量狀態(tài)保持不動(dòng)，存儲(chǔ)器的狀態(tài)也得以保存不會(huì)消失，因此可利用鐵電疇在電場(chǎng)下反轉(zhuǎn)形成高極化電荷，或無反轉(zhuǎn)形成低極化電荷來判別存儲(chǔ)單元是在 ”1”或 “0” 狀態(tài)。鐵電疇的反轉(zhuǎn)不需要高電場(chǎng)，僅用一般的工作電壓就可以改變存儲(chǔ)單元是在 ”1”或 “0” 的狀態(tài);也不需要電荷泵來產(chǎn)生高電壓數(shù)據(jù)擦除，因而沒有擦寫延遲的現(xiàn)象。這種特性使鐵電存儲(chǔ)器在掉電后仍能夠繼續(xù)保存數(shù)據(jù)，寫入速度快且具有無限次寫入壽命，不容易寫壞。所以，與閃存和EEPROM 等較早期的非易失性內(nèi)存技術(shù)比較，鐵電存儲(chǔ)器具有更高的寫入速度和更長(zhǎng)的讀寫壽命。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/148579.htm
應(yīng)用范例
下面以0.2級(jí)三相電能表為例來說明為何電子電能表需要使用F-RAM存儲(chǔ)器。首先要說明電能表0.2級(jí)的定義，所謂0.2級(jí)是指測(cè)量精度每千瓦小時(shí) (KWH) 需小于0.2% 的誤差，相對(duì)來說如果是0.5級(jí)則是指指測(cè)量精度每千瓦小時(shí) (KWH)需小于0.5% 的誤差。其次要說明國(guó)家電網(wǎng)對(duì)0.2級(jí)三相電能表的用電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)范。如下列范例所示，其存儲(chǔ)內(nèi)容分為“用電數(shù)據(jù)及事件記錄”兩部份：
1. 用電數(shù)據(jù)存儲(chǔ):
* 數(shù)據(jù)保存: 存儲(chǔ)器需保存包括12個(gè)月的總電能和各費(fèi)率的電能數(shù)據(jù), 包括有功、無功功率;有功、無功總電能;四象限無功總電能以及正反向有功、無功總電能、組合有功、組合無功1、組合無功2、等等共16個(gè)項(xiàng)目，每一項(xiàng)目需4字節(jié)，12個(gè)月共( 4字節(jié)x 16項(xiàng) x 12月= 768字節(jié))。
* 負(fù)荷記錄存儲(chǔ): 存儲(chǔ)器空間應(yīng)保證在記錄正反向有、無功總電能、組合有功、組合無功1、組合無功2、等等共6個(gè)項(xiàng)目，每一項(xiàng)目需4字節(jié)，時(shí)間間隔為1分鐘的情況下、可記錄不少于30 天的數(shù)據(jù)容量，最長(zhǎng)時(shí)間間隔為1分鐘， 以60分鐘間隔來計(jì)算其數(shù)據(jù)量為 ( 4字節(jié)x 6項(xiàng) x 24小時(shí)x 30天 = 17,280 字節(jié))。
2. 事件記錄存儲(chǔ): 內(nèi)容則包括最近10 次編程時(shí)間;需量清零時(shí)間;校時(shí)事件;A、B、C相失壓起始及恢復(fù)時(shí)間;A、B、C 相斷相起始及恢復(fù)時(shí)間;電流不平衡起始及恢復(fù)時(shí)間和事件期間的各項(xiàng)電能增量共6大項(xiàng)801字節(jié)。
不包含負(fù)荷記錄，上述數(shù)據(jù)量相加起來最低存儲(chǔ)器需求就有1,569 字節(jié) (12.51千位)，若再加上第三點(diǎn)的負(fù)荷記錄存儲(chǔ)緩沖，其數(shù)據(jù)量則高達(dá)18,849 字節(jié) (150.79千位)。
以存儲(chǔ)速度來作比較：I2C的EEPROM 寫1,569 字節(jié)需要 0.91秒，寫18,849 字節(jié)需花費(fèi)11.07秒;但是I2C的鐵電(FRAM)存儲(chǔ)器，寫1,569 字節(jié)僅需要 45毫秒，寫18,849 字節(jié)僅需花費(fèi)0.55秒。事實(shí)上當(dāng)Vdd在0.01秒的時(shí)間下降0.23V (使用1000?f 130?內(nèi)阻的電容) 的放電率條件下，鐵電存儲(chǔ)器能寫50,000次，而EEPROM僅能寫一次。因?yàn)楦?dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)器的擦寫延遲在大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，所以浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)器并不適用于高容量的電能表。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的民用電一般約每戶每月200度左右，而工業(yè)用電每戶每月約高達(dá)2萬(wàn)度左右，以每0.01度存儲(chǔ)一次用電數(shù)據(jù)來計(jì)算，則存儲(chǔ)器每月的擦寫次數(shù)會(huì)高達(dá)200萬(wàn)次，加上電能表的使用壽命為5-7年(各省分不同)，因此浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)器的擦寫壽命根本不敷使用，因?yàn)楦?dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)器的擦寫延遲因素更不可能采用大容量浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)器來做移位儲(chǔ)存。
從數(shù)據(jù)保存的本質(zhì)安全角度及寫入時(shí)間來看，浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)器并不適用于三相電能表，因?yàn)樵谌绱舜罅康臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)情況下，浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)器的擦寫延遲有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。例如，用電量大或者遇到瞬間停電時(shí)會(huì)有來不及寫入，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的可能性。
當(dāng)然工程師們可以利用SRAM作為數(shù)據(jù)緩沖暫時(shí)存儲(chǔ)用電數(shù)據(jù)，但是這樣就需要備份電池給SRAM供電，以防止斷電時(shí)數(shù)據(jù)丟失，此外，還會(huì)增加電能表本身的功耗與成本。所以具有非易失性、無延遲快速寫入、無限的讀寫壽命和超低的寫入功耗特性的鐵電存儲(chǔ)器，就成為了電能表的最佳存儲(chǔ)器選擇。
中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)對(duì)0.2級(jí)三相電能表的用電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)內(nèi)容要求如下：
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)內(nèi)容:
1、 至少能存儲(chǔ)前12個(gè)月或前12個(gè)(結(jié)算)抄表周期的總電能和各費(fèi)率的電能數(shù)據(jù), (負(fù)荷記錄: 有功、無功的電壓、電流、頻率;有功、無功功率;功率因子;有功、無功總電能;四象限無功總電能。
( 4字節(jié)x 16 x 12月= 768 字節(jié)) 。
2、 負(fù)荷記錄間隔時(shí)間可以在1～60 分鐘之間任意設(shè)置。
3、 負(fù)荷記錄存儲(chǔ)空間應(yīng)保證在記錄正反向有功、無功總電能、組合有功、組合無功1、組合無功2，時(shí)間間隔為1分鐘的情況下可記錄不少于30 天的數(shù)據(jù)容量 (這個(gè)數(shù)據(jù)通常會(huì)移至閃存)。
在1分鐘間隔時(shí): ( 4字節(jié)x 6 x 60分鐘x 24小時(shí)x30天 = 1,036,800 字節(jié))
在60分鐘間隔時(shí): ( 4字節(jié)x 6 x 24小時(shí)x30天 = 17,280字節(jié))
評(píng)論