數(shù)字隔離器在智能電能計量中的應(yīng)用

兼容直流的電流互感器長期用于檢測智能電表中的交流電流，但其有一些缺點，而且很昂貴。對于某些應(yīng)用，分流電阻是更好的電流傳感器選擇，因為它價格低廉、具有高線性度并且能抗磁場干擾。遺憾的是，分流電阻不具有電流互感器所固有的電氣隔離特性。在要求隔離的智能電表等應(yīng)用中，采用隔離電源技術(shù)的數(shù)字隔離器與分流電阻結(jié)合可提供一種良好的解決方案。

單相防竊電智能電表
考慮圖1所示的單相防竊電智能電表。模擬前端(AFE)IC利用分流電阻測量相位電流，并利用一個簡單的分壓器測量相位電壓，從而計算電能并監(jiān)控負載的質(zhì)量。在這種應(yīng)用中，電力線相位電壓用作AFE的接地參考。零線電流測量必須隔離，從而保護AFE免受高壓影響。AFE利用標(biāo)準(zhǔn)SPI或I2C通信將計算得到的電氣量傳輸給微控制器(MCU)。然后，MCU將數(shù)據(jù)發(fā)送到通信模塊，通常使用UART接口，必須確保安全隔離并避免接地環(huán)路。因此，MCU必須與AFE隔離，與通信模塊共地（隔離1），或者與通信模塊隔離，與AFE共地（隔離2）。

電表電源從電力線獲得，但安全隔離柵會產(chǎn)生兩個電源域。圖1中的PS1與相電源是同一電源域，可以直接使用而無需隔離AFE。然而，安全隔離柵1或2則需要使用隔離電源PS2來為MCU和通信模塊（隔離1）提供電源，或者僅為通信模塊（隔離2）供電。總而言之，單相防竊電表中有多個點需要隔離。

圖1 單相防竊電智能電表
　　
零線電流檢測
AFE與MCU（隔離1）之間或MCU與通信模塊之間（隔離2）必須通過隔離柵1和2的信號是數(shù)字信號。為了隔離數(shù)字信號，已經(jīng)開發(fā)出許多技術(shù)。傳統(tǒng)方法使用帶LED和光電二極管的光耦合器，較新的技術(shù)則是使用芯片級變壓器的數(shù)字隔離器。例如，與光耦合器相比，iCoupler數(shù)字隔離器具有許多優(yōu)勢，包括：更可靠、尺寸更小、功耗更低、通信速度更快、時序精度更佳、易于使用。芯片級隔離技術(shù)也可以與其他半導(dǎo)體電路結(jié)合，實現(xiàn)小尺寸、高集成度解決方案。在數(shù)據(jù)速率較高的應(yīng)用中，這些優(yōu)勢尤其顯著。智能計量就是這樣一種應(yīng)用，因為新式電表需要高得多的實時信息流量。

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