為了提高能源效率，各國都在加快智能電網(wǎng)建設(shè)，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(jìn)智能電表應(yīng)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(guān)注能讓智能電表更加省電的技術(shù)和產(chǎn)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(chǎn)品。作為提供高性能、高能效硅方案的供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體擁有各種有助于節(jié)能的技術(shù)和產(chǎn)品，可以幫助智能電表廠商設(shè)計出更加高效省電的產(chǎn)品。

智能電表產(chǎn)品也需要省電

目前，歐美各國都在開展利用先進(jìn)技術(shù)抑制電力消費(fèi)高峰的實驗，智能電表在發(fā)揮結(jié)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(wù)。

智能電表最初的安裝目的是提升遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程開關(guān)等業(yè)務(wù)的效率。有了智能電表，每戶的電力需求可以詳細(xì)把握，并可以根據(jù)需要只啟動必要數(shù)量的發(fā)電與配電設(shè)備。雖然智能電表需要成本和安裝費(fèi)用，但是可以控制對發(fā)電與配電設(shè)備的投資。此外，近年來智能電表控制高峰需求期電力消費(fèi)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(guān)信息(消費(fèi)量與單價等)，從而根據(jù)需求響應(yīng)減少電力消費(fèi)量。

作為智能電網(wǎng)中較為基礎(chǔ)的設(shè)備之一，智能電表本身的節(jié)能技術(shù)也在不斷受到關(guān)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(nèi)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(fèi)成本的事。

安森美半導(dǎo)體的解決方案

為解決上述問題，可以使用安森美半導(dǎo)體的一些有針對性的解決方案，從設(shè)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(dǎo)體有豐富的器件可供使用，比如在AC-DC轉(zhuǎn)換應(yīng)用方面，有用于低功率離線電源的自供電高電壓單片開關(guān)穩(wěn)壓器NCP1010-4、用于中等功率離線電源的單片開關(guān)穩(wěn)壓器NCP1027、高電壓門控振蕩器單片開關(guān)穩(wěn)壓器NCP1050-5；在DC-DC轉(zhuǎn)換應(yīng)用方面，有3A開關(guān)穩(wěn)壓器NCP3170和NCP3155、1.5開關(guān)穩(wěn)壓器或用作高達(dá)5A控制器的NCP3063/4、0.5A/1.0 A/3A開關(guān)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(chǎn)品在應(yīng)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(hù)特性等特點，非常適合智能電表應(yīng)用。

圖1：適合智能電表應(yīng)用電源管理和穩(wěn)壓產(chǎn)品

配置和調(diào)校用EEPROM方案：

智能電表涉及數(shù)據(jù)存儲的問題，需要使用安全可靠的存儲器。安森美半導(dǎo)體為智能電表應(yīng)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(zhǔn)，密度涵蓋從1 kb到1 Mb，編程/擦除周期高達(dá)100萬次，可在擴(kuò)展的溫度范圍內(nèi)工作。這些產(chǎn)品采用I2C、SPI或MicroWire等不同接口類型，其中I2C接口產(chǎn)品也涉及完全陣列寫保護(hù)、部分陣列寫保護(hù)及專用等不同類型。圖2是安森美半導(dǎo)體EEPROM產(chǎn)品的分類。安森美半導(dǎo)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(jìn)行串行EEPROM(I2C、SPI、MICROWIRE)的編程，非常方便實用。

圖2：安森美半導(dǎo)體的EEPROM產(chǎn)品

圖3：安森美半導(dǎo)體的EEPROM編程工具

最近，安森美半導(dǎo)體又新推出了幾款EEPROM器件，包括CAT24M01、CAT24C512和CAT24M01，數(shù)據(jù)保持期高達(dá)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較佳選擇。

I/O擴(kuò)展芯片和邏輯轉(zhuǎn)換器：

安森美半導(dǎo)體的I2C I/O擴(kuò)展芯片通過I2C總線或SMBus提供16位通用I/O功能。I/O口擴(kuò)展芯片可用于MCU/DSP通用I/O口的擴(kuò)展，通過I2C擴(kuò)展成8或16位GPIO。當(dāng)應(yīng)用中需要額外的I/O口來連接ACPI電源開關(guān)、傳感器、按鈕、LED、風(fēng)扇等時，可使用I/O擴(kuò)展器件實現(xiàn)簡單的解決方案。I/O擴(kuò)展芯片的輸出可直接驅(qū)動LED、風(fēng)扇、繼電器等開關(guān)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(yuǎn)距離很多個控制觸點與主機(jī)之間的通訊，采用I2C I/O擴(kuò)展技術(shù)，可大大簡化多股排線布線不便的問題。這方面的產(chǎn)品有PCA9655E、PCA9535E、PCA9535EC、PCA9639E和PCA9639ER。例如，PCA9655E提供了一個開-漏中斷輸出，當(dāng)任何輸入狀態(tài)與其對應(yīng)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(fù)位可設(shè)置寄存器的默認(rèn)值，并初始化器件狀態(tài)機(jī)。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(dá)64個器件共享同一個I2C總線和SMBus，這一特點為應(yīng)用提供了極大的靈活性。

安森美半導(dǎo)體的邏輯轉(zhuǎn)換器是一種雙電源電壓邏輯轉(zhuǎn)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(qū)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(hù)功能，可以為印刷電路板內(nèi)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(zhuǎn)換器的互連

總結(jié)

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(dǎo)體還為智能電表提供其他豐富的產(chǎn)品選擇，如PLC調(diào)制解調(diào)器及線路驅(qū)動器、溫度檢測、智能卡接口、保護(hù)和濾波，以及時鐘、接口等產(chǎn)品，方便用戶構(gòu)建應(yīng)用于智能電表的完整解決方案。 目前，國內(nèi)電度表功能日益智能化，在這個網(wǎng)絡(luò)信息高速發(fā)展的時代，以前上門查電收費(fèi)的方式在一步一步被網(wǎng)絡(luò)查看用電信息，銀行交費(fèi)的方式所取代，因此長期數(shù)據(jù)保存及顯示功能是不可缺少的，現(xiàn)在大部分電表中采用的是各種電池來給時鐘芯片和斷電保護(hù)提供電源，通過對超級電容器特性的研究使用超級電容器完全可以實現(xiàn)該功能，并且比使用電池更有優(yōu)勢。

超級電容與電池進(jìn)行比較，有如下一些明顯特性：

1、超低串聯(lián)等效電阻（ESR），功率密度(Power Density)是鋰離子電池的數(shù)十倍以上，適合大電流放電。
2、超長壽命，充放電大于50萬次，是鋰離子電池的500倍，是鎳氫和鎳鎘電池的1000倍，如果對超級電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)68年。
3、可以大電流充電，充放電時間短，對充電電路要求簡單，無記憶效應(yīng)，超級電容器充電是雙電層充放電的物理過程或是電極物質(zhì)表面的快速、可逆的化學(xué)過程，可采用大電流充電，能在幾十秒到數(shù)分鐘內(nèi)完成充電過程，是真正意義上的快速充電。而蓄電池則需要數(shù)小時完成充電，采用快速充電也需要幾十分鐘。
4、溫度范圍寬-40～+70℃。
5、體積小，外形緊湊，便于安裝，節(jié)省空間，免維護(hù)，可密封。
6、可以在完全放電狀態(tài)下存儲，而過度放電對許多充電電池都是有害的；
7、使用安全、方便、綠色環(huán)保對環(huán)境無害。

圖1是超級電容器為可以作為電表時鐘顯示的芯片DS1302作后備電源的電路圖，DS1302的Vcc1接主電源，Vcc2接超級電容正極，針對不同的電源備份系統(tǒng)，如可選擇不同的超級電容。由此原理可以用超級電容器還可應(yīng)用在對單片機(jī)，觸摸屏等需要時鐘保持或數(shù)據(jù)的保持電路中。

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