安森美半导体配合智能电网及智能家庭趋势的工业通信及安全保护方案

　　如今，全球能源需求不断增加，加速消耗现有资源，促使各国政府制定更积极的节能目标和更严格的高能效标准，由此产生一系列的积极影响。如传统低能效的白炽灯照明正加速向LED照明过渡，传统电网向的智能电网生态系统过渡，传统汽车向电动汽车/混合动力汽车过渡，以及高能效电源和电机驱动越来越受重视。

　　以智能电网为例，它是完全自动化的分布式供电系统（从发电到用电），集成了双向通信智能电表及信息技术，旨在提升能效及可持续的电力服务。智能电网涉及电力、通信及应用等多个层次，涵盖家庭区域网（HAN）、邻域网（NAN）和广域网（WAN）等不同类型。双向通信智能电表的部署，有助于推动以HAN为基础的智能家庭市场的增长。消费者重视通过智能手机及平板电脑进行任务操作的便利性，智能家庭的趋势就是使消费者能够透过这些设备来控制家中智能电器。应用智能技术的电器制造商能够提供家庭能源管理服务，用于远程监控及操作。消费者也需要根据智能电表及公用事业机构浮动收费来认识智能电器的显著节电价值。

　　图1：智能电网概念示意图。

　　安森美半导体身为全球领先的半导体供应商，积极推动高能效创新，为智能电网、智能家庭、智能楼宇控制等应用提供多种通信及安全保护方案。

　　1） 智能电表PLC通信方案

　　在智能电网中，双向通信的智能电表发挥关键作用，一方面帮助电力机构精确了解用户的用电规律，为高峰用电或低谷用电设定差异化的电价，另一方面，用户也可以合理调整自己的用电计划，从而优化电费支出。智能电表包含不同功能模块，除了电源和计量模块外，还涉及到数据存储功能，需采用安全可靠的存储器；此外，双向实时通信是智能电网的重要特征，故通信模块至关重要，需要选择适合的通信方式及相应的最佳解决方案。

　　图2：智能电表关键功能模块。

　　就家庭或建筑物中的智能电表到数据集中器（concentrator）就这一段的网络连接而言，它们通常对通信速率的要求不高，最主要的考虑因素是降低成本。常见的通信方式有无线网络，或有线的电力线载波（PLC）或电力线宽带（BPL）等。具体采用何种通信方式，需要考虑各国电网实际状况等因素，同时先行先试国家的做法也会提供借鉴意义。

　　就安森美半导体而言，我们与数家大型欧洲及亚洲电表和公共事业机构建立有悠久的协作及公共合作关系，帮助我们针对特定终端市场定义及调整器件设计。我们在世界各地电表应用中部署了500多万个PLC器件，包括法国EDF旗下公司法国配电公司（ERDF）的Linky智能电表项目，以及中国上海外滩基于PLC的智能路灯方案中。

　　图3：使用安森美半导体PLC调制解调器方案的典型自动抄表（AMR）应用。

　　安森美半导体的PLC产品及方案包括AMIS49587、NCN49597等调制解调器，NCS5650功率放大器，以及集成了PLC调制解调器和功率放大器的NCN49599系统级芯片（SoC）等。其中，NCS5650提供市场上最高的PLC驱动能力，NCN49597和NCN49599提供重要突破及可用于后续产品的方案。安森美半导体的PLC调制解调器系列符合公用事业机构要求，符合IEC61334-5-1标准，提供不同供应商之间的互操作性能力。

　　以NCN49599为例，这器件为窄带PLC通信提供整体方案。NCN49599集成了低能耗32位ARM Cortex M0处理器及高精度模拟前端和AB类功率放大器，成本更低，用于智能电表/分体式电表、建筑物自动化、太阳能发电、路灯及工业控制等应用。NCN49599基于双4，800波特S-FSK通道技术，提供市场上最高的每通道波特率，优化了能效和性能，同时提供极佳的强固性和可靠性。它包含可编程嵌入式软件（32 kB），可配合现场升级，并能够嵌入客户专用协议及要求。它提供现成的IEC61334-5-1及定制PL110（PHY+MAC+LLC）堆栈，支持多种标准及应用。这器件提供多载波选择，用于提供更高速度及强固性。NCN49599支持Cenelec A至D频段可编程载波频率，支持150 kHz的更宽频段，用于智能电网应用。这器件包含10个GPIO，易于连接至LED、LCD、仪表IC等外设。它采用QFN56 8 x 8 mm封装，支持-40至+125℃的结点温度范围。

　　图4：NCN49599 S-FSK PLC调制解调器典型应用电路图。