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国际半导体厂商为中国电能表量身定制方案

企业风向标中国仪表网2007年09月03日 08:49人气:534

  与机械式电能表相比,电子式电能表具有高精确度、可靠性及耐用性、容易调校配置以及随时能够增加新功能等优点,已经成为全球电能表的发展趋势。随着中国电力网现代化继续推进,以及提高精度和自动抄表等功能的推动,预计中国电子电表市场将继续高速增长。在最近北京举办的亚太区国际计量展览会上,ADI和意法半导体(ST)等国际半导体厂商展示了为中国电表计量市场量身定制的高性价比方案,包括计量芯片和自动抄表系统(AMR)解决方案。

作为电能计量IC的领导厂商,ADI最新推出了三款三相电能计量芯片ADE7752A、ADE7752B和ADE7762,它们利用脉冲输出直接驱动步进电机计度器,或者驱动液晶显示电表中的MCU。ADE7752A和ADE7752B与此前推出的ADE7752引脚兼容,同样仅计量瓦特,但是它们仅需40mW功耗,功耗降低了30%。像ADI公司电能计量(ADE)系列其它产品一样,ADE7752A,ADE7752B和ADE7762提供高精度有功功率测量,在500:1电流动态范围内,具有小于0.1%的增益误差。ADE7752A和ADE7752B采用24引脚SOIC封装,ADE7762采用28引脚SOIC封装。ADE7762有4个附加的引脚可用于电能质量监测,从而允许电能表用来分别指示各相是否存在反相和缺相以及相序错。

加上此次推出的3款三相芯片,ADI目前提供6款三相和12款单相电能计量芯片,进一步巩固了其在电能计量IC市场的地位,ADI宣称目前全球已有1.2亿多块电能表采用了其ADE解决方案。ADI电能计量部高级产品经理Mark Strzegowski表示,在中国民用电力网现代化(单相)阶段,适合简单的千瓦特小时电能表的ADE7755及ADE7757满足了中国市场单相表需求,目前中国处于第二阶段,即工业电力网现代化(三相),为此ADI公司在广泛使用的ADE7752基础上扩展三相IC,推出了这三款产品。

但ST并不同意这个观点,认为单相电表仍在中国占主导地位。ST的人士表示:“在中国电表市场中,单相电子电表占有大约90%市场份额, 而三相电子式电表只占大约10%的市场份额。”为此,ST仍主推单相计量IC,而单芯片三相计量IC正在开发中。对于三相电表,ST目前采用3片功能强大的单相芯片STPM01来实现,ST已有完整的三相电子电表解决方案包括:3xSTPM01 MCU(STR71x) RTC(M41ST87) PLM(ST7538P) SMPS Power Supply(VIPer12A)。

不过,ST针对中国中低端电表市场推出的STPM1X系列单相计量IC显然是借鉴了ADE7755的成功经验。与当初主要面向欧洲市场的“全能型”的STPM01相比,STPM1X系列去除了无功电能、视在电能、电流/电压有效值、电流/电压即时值、电压过零点脉冲输出和电网频率值等中低端市场不需要的功能因而其价格更具竞争力。ST展台的一位工作人员表示,STPM01方案的成本较ADE7755要高,而STPM1X较ADE7755要低。STPM1X完全符合IEC62052-11和IEC62053-2X规范,继承了STPM01精度高(误差小于0.1%)、功耗低、可靠性高等特点,与STPM01封装完全一致且管脚完全兼容(TSSOP20封装),可计量有功基波能量和有功谐波总电能(基波至第50次谐波)。STPM1X内置防篡改功能的56bit OTP供配置电表参数使用,从而可实现单点数字式快速校表,不仅节省了电表对外部存储器件的需求,而且大大缩短用户的生产周期。STPM1X还具有负功率,无负载及窃电指示引脚。

尽管中国电表IC芯片市场竞争激烈,但ST指出:“进入中国电表市场是我们重要的战略目标”。ST强调,其优势在于齐全的产品线,从计量芯片到MCU,从实时时钟芯片到存储器,从应用于远程抄表的电力线调制解调器到电源解决方案,以及标准逻辑器件和功率半导体器件等,可以提供电子电表完整解决方案,从而降低客户的成本。ST还表示:“我们也愿意与中国客户合作,为他们定制专用芯片。”

除了电子电表将取代机械电表外,电表市场的另一大发展趋势就是自动抄表/集抄系统(AMR)系统日益流行,其中电力线通信(PLC)是最有可能成为主导的技术,本次展会上,ADI、ST和瑞萨科技都展示了PLC抄表解决方案。


  AMR方面有很多技术可用,例如短距离无线(RF)、红外(IR)、RS485、GSM/GPRS、PLC和基于TCP/IP的互联网/有线电视网络等。ST认为:“在未来相当长的时间内,集抄系统将是几种技术方案的集成组合。其可能的网络拓扑结构为,用户到智能HUB之间采用PLC或RS485,智能HUB与电力局之间可采用GSM/GPRS或INTERNET等方案。”

ST表示,GSM/GPRS和互联网是成熟的技术,但是对电力公司而言,它涉及到第三方的介入,成本核算较高。而国内城市中楼宇建筑的密度、排列,及空间距离的复杂性可能影响RF技术的推广实用。而IR技术由于其有限的传输距离,抄表器与电表之间不能有障碍物,且需人工介入抄表,这些因素决定了其实用的局限性。

ST最看好的是PLC技术。ST解释说:“PLC在集抄方案中的应用已有几十年的历史,在欧美等地区使用效果非常好。电力载波最大的优势就是可以利用无所不在的电力线网络作为一种通信媒介,这是世界上分布范围最广的、最现成的通信资源,由电力公司自己所有。并且构建抄表系统简洁,成本低廉,如果技术成熟,将是电表抄表系统的最佳通信资源。”但ST也指出,PLC可实现以配电变压器为单位的网络内数据传输,最大的障碍之一是其通信的可靠性。由于中国电网质量的特殊性,PLC在中国还没有大规模的使用,但是随着技术的完善,具有良好抗干扰能力及很强纠错能力的电力载波调制解调器将会为集抄系统带来光明的前景。

ST针对AMR市场早在1989年就推出了ST7536,并在2002年推出了调制解调芯片ST7538P。此次展会上ST展示了刚刚发布的一款载波芯片ST7540,不久就会在市场上大范围推广。ST7540采用半双工FSK调制收发器,具有8个可编程载波频率段,传输速率从600~4800BPS,内部集成5V/3.3V线性整流器,看门狗,接收方式下功耗只有3.5mA,接收器灵敏度可达0.25mVRMS,采用4.4×8.7×1mm的TSSOP28封装。

ST表示,随着具有多功能、复费率及集抄功能的电表越来越受到市场的青睐,电表计量IC的发展方向包括:1.谐波能量的计量;2.无功电能的计量;3.防窃电功能;4.快速数字式校表;5.低功耗;6.集成MCU、RTC、计量专用IC、LCD驱动和带温度传感器等功能的单芯片SoP(Systemon Package)解决方案。未来进一步可将用于电力线通信的PLM、用于预付费功能的智能卡驱动接口集成一体,真正达到一颗芯片实现一块电表的目标。

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