恩智浦MCX N系列MCU助力定義新一代高智能斷路器

隨著智能電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對(duì)斷路器(ACB MCCB)穩(wěn)定性和安全性要求越來(lái)越高，智能電網(wǎng)(Smart Grid)指電網(wǎng)的智能化(智能電力)，也被稱(chēng)為“電網(wǎng)2.0”，它是基于集成的高效雙向通信網(wǎng)絡(luò)，采用先進(jìn)的傳感技術(shù)和測(cè)量技術(shù)，先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)與控制方法，以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)而構(gòu)建的智能化應(yīng)用。具有更好的實(shí)時(shí)性，更好的運(yùn)行穩(wěn)定可靠性。從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。

為了實(shí)現(xiàn)更高效率的電能轉(zhuǎn)換，發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等智能化設(shè)備設(shè)施使用的控制芯片需要具有更高的性能。

其中新一代智能斷路器需要具備故障診斷，諧波分析，健康狀態(tài)管理，泛在物聯(lián)，邊緣計(jì)算（ACB）等功能，恩智浦新一代MCX N94x系列MCU采用雙核心M33設(shè)計(jì)，同時(shí)支持AI核心功能。能使斷路器具備故障推測(cè)及學(xué)習(xí)的能力，智能交流電弧檢測(cè)技術(shù)。同時(shí)提供了eIQ Porta工具幫助客戶(hù)訓(xùn)練人工智能模型，可大大提升斷路器的智能化水平。

圖1 eIQ Porta工具界面

同時(shí)MCX N94x采用雙核心設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)將斷路器的通信及控制邏輯與實(shí)時(shí)保護(hù)算法分屬在不同的內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)品性能和成本較雙芯片方案有明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)相比傳統(tǒng)框架斷路器（ACB）部分產(chǎn)品采用的雙MCU方案，雙核心架構(gòu)的芯片，內(nèi)核之間通信的速度和效率更高。此外軟件架構(gòu)上可采用生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型，一個(gè)核心專(zhuān)注于長(zhǎng)延時(shí)，短延時(shí)，瞬動(dòng)等保護(hù)算法的執(zhí)行，將故障及狀態(tài)通過(guò)MCU內(nèi)部的MailBox提供給另外一個(gè)核心獲?。涣硪粋€(gè)核心獲取并消費(fèi)這些信息，同時(shí)進(jìn)行一些通信及控制邏輯的實(shí)現(xiàn)。如此，一方面保證核心斷路器保護(hù)算法的可靠性、實(shí)時(shí)性；另一方面也提升了諸如應(yīng)用功能如諧波分析，健康狀態(tài)管理，人機(jī)界面，泛在物聯(lián)等非實(shí)時(shí)功能的可實(shí)現(xiàn)性。

圖2 生產(chǎn)者消費(fèi)者模型

此外，為了最大程度保證斷路器軟硬件的可靠性，符合IEC61508及IEC60730相關(guān)功能安全標(biāo)準(zhǔn)要求，必然成為下一代智能斷路器的技術(shù)要求。

圖3 NXP IEC 60730功能安全庫(kù)的組成

恩智浦MCX N94x MCU針對(duì)功能安全的需求專(zhuān)門(mén)提供了庫(kù)方便用戶(hù)快速集成功能安全的相關(guān)功能，功能安全庫(kù)按功能劃分主要分為對(duì)CPU進(jìn)行測(cè)試和對(duì)外設(shè)進(jìn)行測(cè)試，按工作模式劃分也可分為復(fù)位后的單次自檢及在程序運(yùn)行過(guò)程中的定時(shí)自檢，復(fù)位后單次自檢可包含對(duì)看門(mén)狗、內(nèi)部Flash、RAM，PC指針、程序運(yùn)行棧及模擬或數(shù)字IO口的測(cè)試，另外在程序運(yùn)行過(guò)程中，除去用戶(hù)的應(yīng)用代碼以外，仍然需要周期性的對(duì)CPU的寄存器、Flash、RAM、程序運(yùn)行棧及模擬或數(shù)字IO口進(jìn)行自檢測(cè)試。

斷路器通過(guò)部署符合IEC61508標(biāo)準(zhǔn)的功能安全，在強(qiáng)電磁干擾的情況下，可有效降低MCU及控制系統(tǒng)出錯(cuò)概率，保證系統(tǒng)軟件功能的可靠性。防止出現(xiàn)誤動(dòng)作，誤保護(hù)的情況。

圖4 功能安全的執(zhí)行流程圖

最后，根據(jù)智能斷路器產(chǎn)品性能要求不同，恩智浦很好匹配包括基于恩智浦芯片實(shí)現(xiàn)的智能斷路器具有人機(jī)交互、電壓和電流監(jiān)控測(cè)量、繼電器開(kāi)關(guān)控制、ADC模擬量采集（輔助觸點(diǎn)）、E2PROM讀寫(xiě)、液晶顯示等功能。

恩智浦MCX N94x擁有高性能SoC架構(gòu)技術(shù)、出色的低功耗技術(shù)、數(shù)模混合設(shè)計(jì)架構(gòu)技術(shù)、高可靠性技術(shù)、安全性技術(shù)等核心技術(shù)并持續(xù)創(chuàng)新，基于成熟的ARM內(nèi)核，憑借高可靠性、高穩(wěn)定性、高集成特性等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，可應(yīng)用于各種工業(yè)場(chǎng)合，推動(dòng)更多創(chuàng)新技術(shù)。