天津安森美半導體應用于智能電表的解決方案

近年來，世界各國均發展智能電網，智能電表在這應用中發揮關鍵作用，可以使用戶與電力系統之間實現互動，如一方面幫助電力機構精確了解用戶的用電規律，為高峰用電或低谷用電設定差異化的電價；另一方面，用戶也可以調整自己的用電計劃，節省電費支出。 

　　從智能電表的組成來看，主要包括通信、電源及電源管理、計量及存儲等功能模塊。安森美半導體身為應用于高能效電子產品的首要高性能硅方案供應商，提供應用于智能電表各個功能模塊的豐富解決方案，如PLC調制解調器和線路驅動器、放大器、穩壓、監控、電壓保護、溫度傳感器、實時時鐘、存儲器、LCD背光、I/O接口、智能卡接口和I/O擴展器等。

　　其中，就電源及電源管理模塊而言，安森美半導體亦提供豐富的產品選擇，包括高壓交流-直流(AC-DC)開關穩壓器、直流-直流(DC-DC)開關穩壓器/控制器和低壓降(LDO)線性穩壓器等，方便用戶根據具體應用選擇適合的方案。這些電源方案具有高能效、低能耗及豐富保護特性等特點，非常適合智能電表應用。 

　　 提供高能效及低待機能耗的AC-DC開關穩壓器

　    在交流-直流電源轉換部分，可以選用安森美半導體的一系列開關穩壓器，如適合低功率應用的NCP1010/1/2/3/4自供電單片開關穩壓器、適合中等功率應用的NCP1027高壓單片開關穩壓器，以及高壓門控開關穩壓器NCP1050/1/2/3/4/5等。

　　以NCP101x為例，這系列器件集成了固定頻率電流模式控制器及典型導通阻抗為11或22 Ω的700 V MOSFET，提供構建強固及低成本開關電源所需的全部特性，包括軟啟動、頻率抖動、短路保護、跳周期、最大峰值電流設定點及動態自供電(不需要輔助繞組)等。在正常負載工作期間，NCP101x以65、100及130 kHz中的某一頻率開關；而當電流設定點降到低于某個給定值(如輸出功率需求消失)時，NCP101x自動進入所謂的跳周期模式(在此模式下跳除不需要的開關周期)，從而提供極佳的輕載能效。由于進入跳周期模式通常發生在最大峰值電流的1/4時，故沒有可聽噪聲產生。因此，待機能耗降至最低，且沒有可聽噪聲產生。NCP101x典型應用電路及不同型號的關鍵。

　　NCP1027則為目標輸出功率等級為數瓦到15 W的通用主電源反激應用提供新的方案。這器件采用安森美半導體專有的高壓技術，集成了均直接連接至大電容的功率MOSFET及啟動電流源。為了防止在低輸入電壓條件下出現熱失控，這器件具有的可調節輸入欠壓保護電路阻止出現這種狀況，直到達到充足的輸入電平。這器件的其它特性包括可調節斜坡補償、過功率保護、短路保護、過壓保護等。此外，NCP1027提供較大的導通阻抗值，使其成為待機/輔助離線電源或要求較高輸出功率應用的極佳選擇。

　　NCP105x是使終端設備能夠符合低待機能耗要求的單片開關穩壓器，這系列器件直接采用整流的交流線路電源工作。在反激轉換器應用中，它們在100、115或230 V固定交流輸入電壓下能夠提供6.0至40 W的輸出功率，而在85到265 V的可變交流輸入電壓下能夠提供3.0至20 W的輸出功率。這系列器件提供有源啟動穩壓器電路，使轉換器變壓器上無需輔助偏置繞組。其它特性包括故障檢測器及可編程定時器(用于轉換器過載保護)、獨特的門控配置(提供極快環路路應及雙重脈沖抑制)、電源開關限流、帶遲滯的輸入欠壓鎖定、熱關閉及自動重啟故障檢測等。這系列器件25 ℃結溫下的限流閾值典型值介于100 mA到680 mA之間。

　　提供不同電流電平的DC-DC開關穩壓器

　　工程師同樣可以根據具體應用選擇安森美半導體的不同DC-DC開關穩壓器方案，如3 A 開關穩壓器NCP3155、1.5 A開關穩壓器NCP3063/4、0.5/1.0/3 A開關穩壓器LM2594/5/6、NCP3020/11脈寬調制(PWM)控制器及NCP1034 PWM控制器。

　　以NCP3155為例，這是安森美半導體新推出的一款DC-DC同步降壓穩壓器，包含NCP3155A和NCP3155B兩個版本。NCP3155包含全集成電源開關(48 mΩ高端FET及18 mΩ低端FET)，提供完整的故障保護特性(輸入欠壓鎖定、輸出過壓保護及輸出欠壓保護、限流及短路保護)。這器件的輸入電壓范圍為4.7至24 V，輸出電壓可調節。NCP3155支持較高的工作頻率(A版本為500 kHz，B版本為1 MHz)，能夠使用較小的濾波器組件，從而減小占用的電

路板空間及物料單(BOM)成本。NCP3155采用SOIC-8封裝，典型應用電路圖參見圖3。 

　　NCP3063及NCP3064是1.5 A升壓、降壓及反轉開關穩壓器，包含內置溫度補償參考、比較器、占空比受控振蕩器及有源限流電路、驅動器及大電流開關。這系列器件的設計專門針對升壓、降壓及電壓反轉應用，所需外部組件極少。這系列器件的輸出開關電流達1.5 A，也可用作控制器，支持達5 A電流。NCP3064與NCP3063不同的是，提供導通/關閉引腳，用于低能耗關閉模式，典型待機電流消耗僅為100 μA。

　　LM2594、LM2595和LM2596分別是0.5 A、1.0 A及3 A降壓開關穩壓器。與常見的三端線性穩壓器相比，這系列器件的能效要高得多，特別是在較高輸入電壓的條件下。這系列器件采用150 kHz開關頻率工作，能夠使用尺寸更小的濾波組件。其它特性包括：特定輸入電壓及輸出負載條件下確保提供±4%的輸出電壓容限、振蕩器頻率精度達±15%、支持外部關閉(LM2594和LM2595待機電流典型值為50μA，LM2596為80 μA)、輸出開關逐周期限流及故障條件下熱關閉等。

　　NCP3020/11、NCP1034均為同步降壓PWM控制器。其中，NCP3021/11支持4.7至28 V的輸入電壓范圍，提供啟用(EN)/功率良好(PG)/同步(SYNC)引腳，以及300/400/600 kHz的開關頻率。保護特性包括無損耗限流、短路保護、輸出過壓保護、輸出欠壓保護及輸入欠壓鎖定。

　　NCP1034與NCP3020/11不同，能夠接受高達100 V的輸入電壓，并提供50 kHz至500 kHz的可調節開關頻率，具備2 A輸出電流能力，提供用戶可編程輸入欠壓鎖定及斷續(hiccup)限流等保護特性。

　　提供不同電流電平的線性LDO穩壓器

　　安森美半導體同樣提供不同電流電平的線性低壓降穩壓器，方便用戶的選擇。這些LDO穩壓器包括LP2951、NCP4640/1、NCP562及NCP4588等。

　　其中，LP2951是100 mA多功能LDO線性穩壓器，特別設計用于輸入與輸出電壓差極低的穩壓應用。這器件提供75 μA的極低靜態偏置電流，并提供固定或可調節輸出電壓(輸出電壓可在1.25 V至29 V之間設定)。NCP4640和NCP4641則是50/150 mA線性穩壓器，支持4至36 V輸入電壓并可承受50 V電壓。NCP562是80 mA超低靜態電流LDO穩壓器，靜態電流低至2.5 μA。

NCP4588則是200 mA輸出LDO線性穩壓器，典型靜態電流小于9.5 μA，待機電流為0.1 μA，壓降低至270 mV，并提供高70 dB的電源抑制比(PSSR)。這器件即使在負載電流變化的情況下也可以省去輸出電容，在沒有輸出電容的情況下仍然保持穩定工作。但如果負載變化極大，最好使用0.1 μF至10 μF的輸出電容。

　　安森美半導體應用于智能電表的其它解決方案

　　如上所述，安森美半導體為智能電表應用提供豐富的解決方案，除了上述電源及電源管理方案，還包括電力線載波(PLC)調制解調器，以及豐富的存儲器(EEPROM及SRAM)、時鐘、接口、保護/濾波產品等，構成我們應用于智能電表的完整解決方案。

　　例如，安森美半導體推出了支持2.4 kb的更高半雙工可調節通信速率、符合IEC61334-5-1標的AMIS-49587高集成度低功率PLC調制解調器方案，以及能驅動高達2 A電流的高能效的A/B類低失真線路驅動器——NCS5650，能夠很好地配合智能電表PLC調制解調器及線路驅動應用。

　　總結：

       電源及電源管理是智能電表的重要功能模塊。安森美半導體為此功能模塊提供豐富的產品選擇，包括AC-DC開關穩壓器、DC-DC開關穩壓器及LDO線性穩壓器，方便用戶根據具體應用選擇適合的器件。除了電源及電源管理方案，安森美半導體還為智能電表應用提供其它功能模塊的豐富方案，如PLC調制解調器及線路驅動器、存儲器(EEPROM及SRAM)、時鐘、接口、保護/濾波產品等，構成應用于智能電表的完整解決方案。