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，對斷路器(ACB MCCB)穩(wěn)定性和安全性要求越來越高，智能電網(wǎng)(Smart Grid)指電網(wǎng)的智能化(智能電力)，也被稱為“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。具有更好的實時性，更好的運行穩(wěn)定可靠性。從而實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效運行。

為了實現(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，同時支持AI核心功能。能使斷路器具備故障推測及學(xué)習(xí)的能力，智能交流電弧檢測技術(shù)。同時提供了eIQ Porta工具幫助客戶訓(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MCX N94x采用雙核心設(shè)計，可以實現(xiàn)將斷路器的通信及控制邏輯與實時保護(hù)算法分屬在不同的內(nèi)核中實現(xiàn)。產(chǎn)品性能和成本較雙芯片方案有明顯的優(yōu)勢。同時相比傳統(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-消費者模型，一個核心專注于長延時，短延時，瞬動等保護(hù)算法的執(zhí)行，將故障及狀態(tài)通過MCU內(nèi)部的MailBox提供給另外一個核心獲取；另一個核心獲取并消費這些信息，同時進(jìn)行一些通信及控制邏輯的實現(xiàn)。如此，一方面保證核心斷路器保護(hù)算法的可靠性、實時性；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)等非實時功能的可實現(xiàn)性。

圖2 生產(chǎn)者消費者模型

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功能安全庫的組成

恩智浦MCX N94x MCU針對功能安全的需求專門提供了庫方便用戶快速集成功能安全的相關(guān)功能，功能安全庫按功能劃分主要分為對CPU進(jìn)行測試和對外設(shè)進(jìn)行測試，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行過程中的定時自檢，復(fù)位后單次自檢可包含對看門狗、內(nèi)部Flash、RAM，PC指針、程序運行棧及模擬或數(shù)字IO口的測試，另外在程序運行過程中，除去用戶的應(yīng)用代碼以外，仍然需要周期性的對CPU的寄存器、Flash、RAM、程序運行棧及模擬或數(shù)字IO口進(jìn)行自檢測試。

斷路器通過部署符合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)出錯概率，保證系統(tǒng)軟件功能的可靠性。防止出現(xiàn)誤動作，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現(xiàn)的智能斷路器具有人機(jī)交互、電壓和電流監(jiān)控測量、繼電器開關(guān)控制、ADC模擬量采集（輔助觸點）、E2PROM讀寫、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)?；旌显O(shè)計架構(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)勢特點，可應(yīng)用于各種工業(yè)場合，推動更多創(chuàng)新技術(shù)。