安森美智能電表省電解決方案詳解

為了提高能源效率，各國都在加快智能電網建設，大力推廣智能電表，以滿足電力需求的不斷攀升。在快速推進智能電表應用的同時，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注能讓智能電表更加省電的技術和產品，以在實現(xiàn)智能控制的同時，得到一款省電、安全和可靠的電表產品。作為提供高性能、高能效硅方案的供應商，安森美半導體擁有各種有助于節(jié)能的技術和產品，可以幫助智能電表廠商設計出更加高效省電的產品。

智能電表產品也需要省電

目前，歐美各國都在開展利用先進技術抑制電力消費高峰的實驗，智能電表在發(fā)揮結算、管理等作用的同時，也為智能用電提供了豐富、實時的增值服務。

智能電表最初的安裝目的是提升遠程抄表、遠程開關等業(yè)務的效率。有了智能電表，每戶的電力需求可以詳細把握，并可以根據需要只啟動必要數(shù)量的發(fā)電與配電設備。雖然智能電表需要成本和安裝費用，但是可以控制對發(fā)電與配電設備的投資。此外，近年來智能電表控制高峰需求期電力消費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)送電力相關信息(消費量與單價等)，從而根據需求響應減少電力消費量。

作為智能電網中最為基礎的設備之一，智能電表本身的節(jié)能技術也在不斷受到關注。因為智能電表需要使用專用的電池，如果智能電表很耗電，電池的壽命就會縮短，表內電池電量不足還會影響計量和用戶用電。要為數(shù)以千萬計的智能電表更換電池對電力公司和用戶都是一件繁瑣和耗費成本的事。

安森美半導體的解決方案

為解決上述問題，可以使用安森美半導體的一些有針對性的解決方案，從設計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體有豐富的器件可供使用，比如在AC-DC轉換應用方面，有用于低功率離線電源的自供電高電壓單片開關穩(wěn)壓器NCP1010-4、用于中等功率離線電源的單片開關穩(wěn)壓器NCP1027、高電壓門控振蕩器單片開關穩(wěn)壓器NCP1050-5；在DC-DC轉換應用方面，有3A開關穩(wěn)壓器NCP3170和NCP3155、1.5開關穩(wěn)壓器或用作高達5A控制器的NCP3063/4、0.5A/1.0 A/3A開關穩(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。這些產品在應用中的位置如圖1所示。這些電源方案具有高能效、低能耗及豐富的保護特性等特點，非常適合智能電表應用。

圖1：適合智能電表應用電源管理和穩(wěn)壓產品

配置和調校用EEPROM方案：

智能電表涉及數(shù)據存儲的問題，需要使用安全可靠的存儲器。安森美半導體為智能電表應用提供了豐富的存儲器（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，密度涵蓋從1 kb到1 Mb，編程/擦除周期高達100萬次，可在擴展的溫度范圍內工作。這些產品采用I2C、SPI或MicroWire等不同接口類型，其中I2C接口產品也涉及完全陣列寫保護、部分陣列寫保護及專用等不同類型。圖2是安森美半導體EEPROM產品的分類。安森美半導體還推出了一款用戶友好的便攜式編程工具EasyPRO?，用戶可以用它進行串行EEPROM（I2C、SPI、MICROWIRE）的編程，非常方便實用。

圖2：安森美半導體的EEPROM產品


圖3：安森美半導體的EEPROM編程工具

最近，安森美半導體又新推出了幾款EEPROM器件，包括CAT24M01、CAT24C512和CAT24M01，數(shù)據保持期高達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擴展芯片和邏輯轉換器：

安森美半導體的I2C I/O擴展芯片通過I2C總線或SMBus提供16位通用I/O功能。I/O口擴展芯片可用于mcu/DSP通用I/O口的擴展，通過I2C擴展成8或16位GPIO。當應用中需要額外的I/O口來連接ACPI電源開關、傳感器、按鈕、LED、風扇等時，可使用I/O擴展器件實現(xiàn)簡單的解決方案。I/O擴展芯片的輸出可直接驅動LED、風扇、繼電器等開關控制；輸入為鍵盤、定時器/傳感器等檢測輸入，帶中斷功能。對于遠距離很多個控制觸點與主機之間的通訊，采用I2C I/O擴展技術，可大大簡化多股排線布線不便的問題。這方面的產品有PCA9655E、PCA9535E、PCA9535EC、PCA9639E和PCA9639ER。例如，PCA9655E提供了一個開-漏中斷輸出，當任何輸入狀態(tài)與其對應的輸入端口寄存器狀態(tài)不同時，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)。上電復位可設置寄存器的默認值，并初始化器件狀態(tài)機。三個硬件引腳（AD0、AD1、AD2）用于配置器件I2C總線從地址。允許多達64個器件共享同一個I2C總線和SMBus，這一特點為應用提供了極大的靈活性。

安森美半導體的邏輯轉換器是一種雙電源電壓邏輯轉換器，可以連接在不同的供電電壓下工作的IC和印刷電路板。這類采用獨立電源（VL VCC）的器件具有100 pF的高電容驅動、過壓容限啟用和I/O引腳、非優(yōu)先上電順序和斷電保護功能，可以為印刷電路板內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：采用邏輯轉換器的互連

總結

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，安森美半導體還為智能電表提供其他豐富的產品選擇，如PLC調制解調器及線路驅動器、溫度檢測、智能卡接口、保護和濾波，以及時鐘、接口等產品，方便用戶構建應用于智能電表的完整解決方案。