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智能电表外置微型断路器妄图设计

宣布时间:2017年12月12日 17:12    宣布者:eechina
要害词: 智能电表 , 断路器
作者:TI公司华东区工程师 Johnny Guo, Daniel Fang, Martin Yu

随着智能电网作育的推动,智能电能表费控系统作为量年夜面广的基础,遭到国家电网公司和南方电网公司的看重。为进一步前进电能表费控系统的可靠性,增强电能表外置断路器的质量控制,确保电力系统智能治理、智能服务的平牢结实运转,国家电网公司和南方电网公司划分在2015制订了《电能表外置断路器手艺尺度》,中国质量认证中央(CQC)在2016年5月份研发并推出了电能表外置断路器的认证营业。

电能表外置微型断路器(以下简称:微型断路器)是合营智能电能表完成智能费控功效的要害器件,特殊电流相对较年夜(>60A)的智能电能表浅易接纳微型断路器的要领来完成种种费控功效。

图1是微型断路器体现图。微型断路器是合营智能电表应用,可以完成欠费自动分闸断电,续费自动合闸续电的功效。微型断路器和电表之间有两根线毗连,划分是控制旌旗暗记线和反映线。控制线接纳AC220V电平要领,控制单元供电从控制旌旗暗记线取电,拉闸行动时可以从相线恒久用电,行动阻拦后相线泄泄电流须要小于0.2mA。反映旌旗暗记也接纳AC220V电平要领,外部勾通100kΩ电阻后输入。控制单元上网罗一个用于发动推行机构的直流马达,经由历程马达行动发动断路器分闸和合闸,并由职位传感器检测马达的现实职位。

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图 1.  电能表外置断路器体现图

凭证《电能表外置断路器手艺尺度》,微型断路器须要知足以下手艺请求:
1)       特殊控制电平电压:AC220V;
2)       特殊控制电平电流:≤ 1mA;
3)       相线泄泄电流:控制单元合闸后,每相线消耗的稳态电流小于0.2mA;
4)       特殊频率:50Hz或60Hz;
5)       自动合闸时间:≤3s;
6)       上电延时:≥ 4s。

外置微型断路器为全自动断路器,具有欠费分闸、付费合闸、费控状态指导、欠费脱口保持、状态反映等功效。凭证设计请求,图2所示为推荐的微型断路器系统框图。

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图 2.  微型断路器系统框图

微型断路器的手艺参数中有请求相线泄泄电流在控制单元合闸后,每相线消耗的稳态电流小于0.2mA,是以必须要接纳超低功耗的MCU。凭证微型断路器控制单元的功效和性能,总结MCU的详细手艺请求:
1)      低功耗:不逾越150uA;
2)      Flash: 4KB左右;
3)      RAM:1KB左右;
4)      具有片内EEPROM;
5)      封装:20 脚,TSSOP封装;
6)      ADC:10位或12位,1通道。

凭证以上的MCU详细手艺请求,我们选择了MSP430FR铁电系列的MSP430FR2111,这是TI公司为微型断路器、充电宝、电子烟等领域量身定制的超低功耗的MCU。

MCU收回的合闸和分闸指令须要由直流电机来推行,并事实发动推行机构完成行动。这个系统里接纳DRV8848妄图,其一组控制输入直接驱动直流电机推行指令,此外一组输入用来控制职位霍尔传感器DRV5023的供电电源通断,以降低合闸后的系统功耗,从而到达0.2mA输入电流的请求。

微型断路器须要从交流供电线取电,且妄图对体积请求较高,是以妄图选用集成MOSFET的UCC28910原边控制反激妄图。UCC28910 是专门用于隔离反激式电源,在无需光耦合器的情形下供应稳固的输入电压和电流,其内置的700V 启动和智能电源治理模块可以在保证器件完成高压启动情形下,使器件在正常使命时代将外部高压启动电流源关闭,是以妄图可完成极低的待机功率,以知足0.2mA输入电流请求。UCC28910输入电压为12V,给微型断路器的直流电机和职位霍尔传感器供电,同时经由历程TLV70433将12V转化为3.3V给MCU供电。
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