如何设计更能保护电池的智能仪表？

时间： 2019-07-23 来源：Littelfuse

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水表和煤气表的具体保护要求
自来水和天然气公用事业应用中使用的仪表通常有固定安装的内部电池，寿命在5-10年。最常用的化学电池是锂离子电池（Li-ion）。因为这些电池具有显著的容量，会使用正常的或自复式保险丝以防止电路故障所引起的短路。这些仪表中最重要的资源是电池的寿命，必须对其加以保存和保护以延长仪表的寿命。这些仪表会通过磁性编码器并使用舌簧开关传感器来产生感测信号；然后这种信号被馈送至微控制器（图 1）。

智能仪表可以这样设计：微控制器只有在舌簧开关感测到脉冲时启动，在记录了脉冲计数后，重新回到睡眠模式。这有助于延长电池寿命，从而使仪表具有更长的工作寿命。

图1：使用磁性编码器和舌簧开关传感器的仪表应用

设计智能的电气仪表
为了说明设计单相智能电表的过程，可参看使用以下规格的例子。
输入浪涌保护：
• 混合波：15 次开路电压（1.2 µS/50 µS）10 kV、短路电流（8 µS/2 0µS）5 kA 冲击的差分模式；
• 环形波：100 kHz，0.5 µS，6 kV/0.5 Ka。

在这个例子中，MOV 将被用以浪涌防护。由于混合波具有比环形波更多的能量，设计时必须考虑到它的要求。针对 15 次 10 kV/5 kA 浪涌的防护，可以使用 20mm 的 MOV。如果仪表预计在其寿命周期内承受更多的浪涌，25mm 或更大尺寸的 MOV 将是首选。如果还需要寿命终期保护，应选择使用 TMOV。因为这是一种单相设计，输入电压为 220 VAC 标称电压，最大可达 265 VAC 或 277 VAC，所以可以使用 275 V 或 320的 VAC MOV。如果仪表预计将承受输入电压的两倍（高达 440 VAC），那么应使用更高电压的 460 VAC MOV，这样 TMOV 在测试条件下才不会激活或失灵。

表盖打开时的篡改检测（图 2）：
• 要对仪表盖打开进行监测，可以使用舌簧开关或微动开关。
• 要监测是否有高功率磁体靠近仪表，可以使用霍尔效应传感器。

图 2：智能仪表篡改监测和保护示例

GPRS、PLC 和 RS-485 通信接口需要不同类型的保护装置。例如：
• SIM 卡需要4通道或5通道器件
• RS-485 接口需要具有更高工作电压的双通道器件

电力线通信和智能仪表
PLC 是通过电力线传输模拟和数字信号的特殊技术，（如图3所示）也被称为电力线载波通信或电力线联网。耦合电容器被用以将发射机和接收机连接到高压线路。这位载波能量提供了一条通往高压线路的低阻抗路径。然而，它阻挡了高阻抗路径的电源频率电路。

图3：PLC或电力线联网示例

在智能仪表应用中，自动读表系统（AMR）通常通过PLC配置，从而在读取系统产生的数据时无需额外的通信线。由于电力线上存在电噪声、尖峰或瞬态电压，如果不对其加以抑制，会降低传输质量和速率。如图 4 所示，SIDACtor 器件 P0220MC (15 V) 或 SDP0180T023G5RP (18 V) 被用以（从A到B连接）吸收这些噪声、尖峰和有害的瞬态浪涌。可以使用工作电压在 15 到 18V 的 SIDACtor 连接到变压器的初级侧（线路侧）以防止那些比载波信号尖峰电压更大的电压。实际保护器件的额定值取决于每个国家确定的浪涌要求。

图4：采用 SIDACtor 保护的典型 PLC 电路

结论

考虑到智能仪表复杂监控和管理功能的优势，它们在日常生活中似乎注定会发挥重要的作用。安装这些仪表所需的投资水平比传统仪表显然要高，因此问题的关键在于更长的使用寿命和更高的可靠性。

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zdr69909057 Lv8. 研究员 2018-12-18

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Littelfuse（力特）连接器&保护器件快速参考指南

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2016年01月01日 - 培训文档-商品应用及供应商介绍代理服务技术支持采购服务

【应用】国产32位微控制器APM32F103RCT6助力于电力载波模块，工作频率高达96MHz

本文推荐采用极海半导体推出的32位微控制器AMP32F103RCT6应用在PLC的电力载波模块中，采用的是ARM Cortex-M3内核，工作频率高达96MHz；支持多种串口接口、SPI、I2C等通讯协议；可在大范围内的输入电压范围中稳定工作。

2023-03-31 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

我司优化设计一款电动叉车智能仪表盘，甲方提出来增加USB2.0接口，要求器件都是车规，我们为USB端口增加防静电电路，拟采用电源VBUS和数据D+D-各单独设计ESD,请推荐满足需求的USB2.0的VBUS的ESD器件。

参考力特AQ1003-01ETG，满足AEC-Q101，用于VBUS电源ESD保护很合适。数据手册：https://www.sekorm.com/doc/2960035.html 特点： ESD，IEC 61000-4-2，±30kV触点，±30kV空气 EFT，IEC 61000-4-440A（5/50ns）雷电，7A（IEC 61000-4-5第2版中定义的8/20μs） 5V时的低泄漏电流为100nA（最大值） PPAP能力小型SOD882（JEDEC MO-236）封装节省了电路板空间符合行业标准0402（1005）组件的焊接足迹无卤、无铅和符合RoHS标准湿度敏感度等级（MSL-1） ESD，ISO 10605，330pF 330Ω，±29kV触点，±30kV空气

2023-04-04 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

以太网RJ45的隔离变压器后端需要一款保护器件做ESD防护，请推荐一款保护器件。

以太网RJ45接口后端的隔离变压器输出的是两对差分信号，对于100M以上的通讯速率要求防护器件的结电容小，推荐用TVS阵列SP0504S，这个TVS阵列的结电容为0.85pF，反向工作电压为6V，钳位电压范围为9-13V。

2017-09-26 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

PLC产品项目上找一款精密模拟微控制器，可兼容ADI：ADuC7124；请帮忙推荐一款国产高性价比替代方案，谢谢！

可以看看这款，HCT6931(恒芯微)， P2P替换 AD7124 ；规格书链接：https://www.sekorm.com/doc/3242401.html HCT6931为恒芯微一款 SPI 接口的 8 通道、24 位高精度 ADC 芯片，内置 1~128 倍可编程的低噪声仪表放大器、高精度 Sigma-Delta ADC，同时内部集成两路精准电流源、高性能温度传感器、5ppm/℃的高精度基准电压源、偏置电压输出电路、精准内部 RC 时钟源。 ADC 实际有效精度 (ENOB)24BIT@1 倍 PGA，21.5BIT@64 倍 PGA，等效输入噪声低至 11nV/√Hz，零漂 1μV，零漂温度系数低于 10nV/℃，输出码率可配置为 3.125Hz 至 6400Hz。

2023-03-16 - 技术问答

【应用】借力Sub-GHz 无线M-Bus加速智能仪表普及

半导体从业者已积极投入M-Bus相关芯片、软件协议栈及模组布局，如推出整合超低功耗MCU（如芯科的EFM32、EZR32等）与高效能sub-GHz无线IC（如EZRadioPRO系列等）的单芯片方案，可望加速智能型仪表应用普及。

2019-07-30 - 新应用代理服务技术支持采购服务

【产品】Silicon Labs C8051F9xx系列超低功耗微控制器，适用于家庭自动化、智能仪表、工业监控等

Silicon Labs（芯科科技）推出的C8051F9xx超低功耗系列微控制器产品是业界最节能的微控制器。从开始设计到最终形成最优解决方案，在所有必要指标中实现业界最佳，因此它被视为真正的“低功耗”。其可在整个工作电压范围内完成所有工作，而不会影响其性能和电池寿命。

2019-04-17 - 新产品代理服务技术支持采购服务

【应用】雅特力基于Cortex®-M4内核的32位MCU用于PLC工控板，最高工作频率240MHz

某客户主要做各类国产PLC工控板，要求主控频率满足200MHz左右或者更高。本文推荐雅特力推出的32位MCU AT32F403ACCT7，基于ARM®32位的Cortex®-M4微控制器+FPU，最高240MHz工作频率，集成多种通信接口。

2023-01-19 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

热压敏电阻：寿命结束阶段也能保护电力仪表

电力仪表很容易因意外事件产生的浪涌的影响，对于2KV-4KV浪涌保护，14mm的MOV可能就够了；然而，对于30kV的保护级别，可能需要更大尺寸的32mm或34mm MOV。同时还要考虑寿命结束时的失效对MOV进行保护。

2019-09-05 - 器件选型代理服务技术支持采购服务

【产品】基于微控制器的负载传感器LSRU，采用电机控制逻辑，报警逻辑和馈电控制逻辑

LSRU系列是Littelfuse公司推出的一款基于微控制器的负载传感器。 LSRU系列产品采用三种基本类型的控制逻辑：电机控制逻辑，报警逻辑和馈电控制逻辑。可应用于研磨机,削片机,锯,螺旋钻等机器中。

2019-04-09 - 新产品代理服务技术支持采购服务

APM32F103xDxE基于Arm®Cortex®-M3内核的32位微控制器

本资料介绍了APM32F103xDxE系列基于Arm® Cortex®-M3内核的32位微控制器。该产品具备高性能、低功耗的特点，内置丰富的外设接口和存储资源，适用于医疗设备、PC外设、工业控制、智能仪表、家用电器等领域。

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04/23/2021 - 数据手册 - V1.5 代理服务技术支持采购服务