【经验】基于EFM32JG1B200F128低功耗32位MCU的暂态录波型故障指示器低功耗设计技巧

时间： 2019-08-17 来源：世强

技术问答

暂态录波型故障指示器一般应用在10kV的输配电线路上，用来监测线路电流，检测线路短路和接地故障，最终实现故障位置定位。暂态录波型故障指示器采用三级供电模式，以CT取电作为主电源，超级电容和锂电池（19AH）作为后备电源。考虑到后备电源有限性以及10年在线运行免维护的要求，线路上的CT取电能力需满足暂态录波型故障指示器全速运行。因线路电流大小的不同，取电能力差异较大。要保暂态录波型故证指示器长期稳定运行，故对暂态录波型故障指示器动态功耗和静态功耗要求较高，需满足国网5A/5s全速运行以及静态功耗最大不超过80uA的要求。

笔者基于EFM32JG1B200F128 低功耗32位MCU开发的暂态录波型故障指示器，采用了一些低功耗的设计技巧，满足上述需求。

1. 采用裸机程序设计框架，对没用到的IO引脚配置成输入模式。

2. 采用低功耗的RTC中断作为主循坏的唤醒信号，唤醒时间低于2uS，唤醒后进入EM0模式(63uA/MHz)，主循环执行完后让CPU进入EM2模式（功耗2.5uA/MHz）。

3. 采用低功耗的RTC中断作为ADC周期性触发信号，转换周期为13个时钟周期，ADC转换可在EM2模式下进行。也就是说在执行完主程序后，可立即进入到EM2模式，这样有利的降低了CPU运行功耗，且保证了采样的稳定性。

4. 对暂态录波型故障指示器外设模块提供独立的电源控制引脚，方便在模块无应用时彻底关断其电源，有利于降低了整机功耗。

5. 对于ADC采样周期，可根据线路电流实施多周期切换模式：线路无电流时，CT无法取电，停止ADC采样；线路0~5A时，CT取电能力较弱，ADC等效采样（周期1s），降低ADC采样频率；当线路电流大于5A时，CT取电充足，ADC实现快速全速采样（周期244us）。

图1 暂态录波型故障指示器

图2 暂态录波型故障指示器在0A线路上的全速运行功耗

图3 暂态录波型故障指示器在5A线路上的全速运行功耗

图4 暂态录波型故障指示器在休眠模式下的静态功耗

图1为基于EFM32JG1B200F128低功耗32位MCU开发的暂态录波型故障指示器。从图2和图3可以看出，暂态录波型故障指示器在0A的线路上全速运行，其平均运行功耗为1.394mA；在5A的线路上全速运行，其平均运行功耗为1.114uA。说明在取电CT在5A的情况下即可支持其全速运行（可断开后备电源）。图4为暂态录波型故障指示器在休眠模式下的静态功耗，为58uA。以19AH锂电池计算（按0.3的折损），可在库运行时间为19000000*0.7/58/24/365=26年。

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