【技术大神】32位低功耗MCU在故障指示器中的应用及设计注意事项
电力安全稳定运行越来越重要，配电网直接是针对于用户供电，对于配电网安全稳定来说尤为重要，故配电网的故障检测机制也是必不可少。这样可以快速定位故障，并能及时隔离故障和修复故障。
在环网配电系统中，特别是大量使用环网负荷开关的系统中，如果下一级发生短路和接地故障，需要尽快隔离，不然会造成大面积电网故障。故障指示器就可以快速检测线路短路和接地故障，图1为故障指示器应用框图。
图1：故障指示器应用框图
故障指示器主要有电能采集、电源系统、AC电流电压采集回路、主处理单元和无线通信部分。对于供电系统来说，电力故障指示器采用电池和外部电源两种供电方式（外部电源电压AC220V）。电池的方式是通过蓄电池+感应取电方式来供电，外部电源是通过太阳能电池板供电的。不管哪种方式，需要整个系统的功耗要低，才能应对电池供电或者太阳能电池板供电。本设计采用了SILICON LABS的32位低功耗MCU EFM32PG12B500F1024GM48，此MCU资源丰富，具有多个12bit高速ADC通道，可用于模拟量的采集，具有SPI，Uart，I2C多种通信接口，可以通过这些接口与Si4438 RF模块进行通信。此处理器具有45uA/MHz@3V休眠模式功耗，具有180uA/MHz@3V的正常供电功耗。具有灵活的电源隔离系统，内部RTC功能，以及很强的处理性能，能够对数据进行实时传输处理。基于该32位低功耗MCU的故障指示器详细的电路框图如图2所示。
图2：故障指示器详细的电路框图
通过与A厂家的MCU的功耗进行比对，在32位处理器性能上，同时运行在30MHz频率下，EFM32的电流为5mA，而A厂家的低功耗产品在12mA左右。EFM32 MCU是业界领先的低功耗产品，还可以不断通过软件设置优化此芯片的功耗。EFM32还具有非常好的加密功能，能够为电力线数据传输保驾护航。
另外，故障指示器里面的MCU有一个非常重要的功能就是线路电流采样，主要测量短路电流、零序电流和接地电流。EFM32PG12具有内置12位SAR ADC，能够在LPM3低功耗模式下工作，无需唤醒MCU。EFM32PG12内部ADC具有1MHz的采样速率，实际应用可以根据需要调整采样速率，功耗对应的对下降，在1MHz的采样速率的时候，功耗为280uA，而在250kbps的采样速率时，功耗仅仅140uA，通常应用在250k就足够了。
图3为主MCU的电路图。
图3：主MCU的电路图
对于高可靠性低功耗的电力故障指示器设计需要注意：
1）产品需要低功耗，除了MCU和RF芯片需具备低功耗性能外，还需要对供电回路进行优化，采用高转换效率的DC-DC来设计各个回路供电电源，同时MCU通过软件优化调节RF的功耗；
2）在设计RF电路时，射频走线的长度要尽量短，线宽严格按照计算好的值去设定。尤其要注意的是，射频走线中不要有任何带有尖状的折点，在走线的转折处，最好用弧线来实现；
3）在电力产品设计时，低功耗产品稳定可靠设计尤为重要，PCB设计尤为关键。在PCB布局时，需要将强电和弱电分开，留足够的间距，避免线路间的串扰。其次是弱电，特别是MCU部分需要铺铜，提高芯片电路的抗干扰性，时钟和电源电路也是如此；
4）对于模拟量采集电路设计需要注意的点是，模拟前端进行多次滤波，设置400Hz的截止频率，滤除高频干扰，还需要注意整机的密封性，采用导电布让机壳间有效的搭接，能够更好的防护EMC干扰。
作者：零点
相关技术文档：
Silicon Labs EFM32PG12 Pearl Gecko 32位MCU数据手册 详情>>>
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 6
本网站所有内容禁止转载，否则追究法律责任！
评论
全部评论（6）
-
![]()
![]()
用户_8683 Lv4 2017-11-29谢谢您的分享，很专业！点赞！ -
![]()
![]()
海绵宝宝 Lv7. 资深专家 2017-09-19写得很详细，有借鉴参考价值。 -
![]()
![]()
SunnyPlus Lv7. 资深专家 2017-08-20图文并茂，很好！ -
![]()
![]()
大欢哥 Lv7. 资深专家 2017-07-28设计思路不错 -
![]()
![]()
饮水者 Lv8. 研究员 2017-07-20很牛呀 -
![]()
![]()
陆二舒 Lv5. 技术专家 2017-07-20好
相关推荐
【经验】从低功耗角度比较32位单片机EFM32和STM32
Silicon Labs 32位单片机EFM32是世界上功耗最低的单片机之一，比目前市场上所有通用MCU的功耗都要低，本文通过跟目前最流行的MCU之一由ST推出的STM32L系列低功耗MCU进行比较，来向读者展示EFM32系列32位MCU的低功耗性能。
设计经验 发布时间 : 2018-11-14
【经验】基于EFM32JG1B200F128低功耗32位MCU中RTC在暂态录波型故障指示器无线采样三相同步设计方法
在JYL-60架空暂态录波型远传故障指示器项目开发过程中，考虑到架空线路ABC三相的特殊性，三支架空暂态录波型远传故障指示器分别挂在ABC线路上，无法提供可靠的硬件同步信号，在这样的环境下，无线三相同步技术正好提供了三相同步录波的可能。本文以EFM32JG1B200F128低功耗32位MCU中的RTC，设计了一种无线的三相同步采样方法。
设计经验 发布时间 : 2019-09-21
【经验】EFM32JG1B200F128低功耗32位MCU为暂态录波型故障指示器应用现场改变需求提供解决方案
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。考虑到客户现场需求的改变以及软件功能优化升级等需求，暂态录波型故障指示器要具有大批量无线升级应用的功能。本文设计了一种基于EFM32JG1B200F128低功耗32位MCU的应用升级方法。
设计经验 发布时间 : 2019-09-28
【应用】待机电流仅1.4uA！超低功耗MCU助力GPS定位器
EFM32JG/PG内含低功耗串口， 最小封装尺寸仅为5X5mm。
新应用 发布时间 : 2017-04-09
【应用】32位MCU在中高端音频处理系统中的应用
音频信号处理涉及多方面，如采集、去除噪声等等，普通MCU很难用一颗芯片集成如此众多的功能。
新应用 发布时间 : 2017-07-18
【经验】32位MCU EFM32JG系列RTCC定时器不能正常工作问题分析
Silicon Labs的32位MCU EFM32JG系列是针对低功耗电池产品推出的ARM Cortex-M3内核的主控单片机。最高可达40Mhz主频，低功耗模式下也可以进行ADC的采集、DMA的数据传输。本文通过分析一个客户在故障指示器的采集单元应用时遇到的时钟管理单元设置不正确导致模式不能定时切换的问题，来介绍时钟源的设置需要注意的事项。
设计经验 发布时间 : 2019-09-11
32bit低功耗单片机EFM32系列产品，怎么实现Bootloader，如何进入Bootloader程序？
查看文档an0003_efm32_uart_bootloader，将binaries文件夹里面的bootloader-tinygecko.bin文件通过J-FLASH烧录进芯片。将SWDCLK引脚接高，复位芯片后就进入了bootloader。
技术问答 发布时间 : 2017-05-05
【应用】功耗电流仅900nA的32位MCU在GPS定位器上的应用
相对于传统的8位、16位单片机实现的GPS追踪器，基于EFM32JG实现的本方案具有超低功耗、集成度高和扩展性良好的优势。
新应用 发布时间 : 2019-09-05
【经验】32位MCU LEUART位周期抖动大，该如何解决？
Silicon Labs 32位MCU EFM32，当基于32.768kHz时钟使用LEUART（@9600bps）进行通讯的时候，发现存约1%误码，原因是什么？如何解决？
设计经验 发布时间 : 2019-09-06
【产品】EFM32JG和EFM32PG新型32位MCU具备活跃的待机模式，系统功耗再降50%
Silicon Labs推出了两大新型MCU Jade Gecko和Pearl Gecko。该两款MCU在前EFM32产品低功耗等优越特性的基础上，进一步优化了电源管理模式和内部结构。使整个系统的功耗降低了50%以上。
新产品 发布时间 : 2016-12-04
【产品】这款超低功耗MCU很特别：ADC在睡眠中也能工作！
EFM32JG/PG的待机功耗仅为1.4uA，正常工作电流为60uA/Mhz。
新产品 发布时间 : 2017-03-04
【应用】拥有高效的AES内核的MCU，为IOT通讯数据安全保驾护航！
Silicon Labs推出的 MCU EFM32JG和EFM32PG，拥有高效的AES内核，集成了安全散列算法SHA，拥有灵活的256位ALU和定序器。
新应用 发布时间 : 2019-09-06
【应用】EFM32JG1B200低功耗32位MCU在暂态录波型故障指示器中的应用
本文提出了一种基于EFM32JG1B200低功耗32位MCU的暂态录波型故障指示器，给出了暂态录波型故障指示器设计框图，并对其进行了功耗测试，满足中国电科院送检以及现场应用需求。
应用方案 发布时间 : 2019-08-17
使用32位MCU EFM32在调试窗口查看间接寻址寄存器（比如USB或者RTC寄存器）时，寄存器值似乎和写入这些寄存器的设置值不一致，为什么？
SimplicityStudio目前不支持以间接访问方式对这些寄存器的访问，如果需要调试这些寄存器，需要把这些寄存器读入到变量，然后在调式监察窗口查看这些变量的值。
技术问答 发布时间 : 2017-05-10
【应用】内置DCDC的32位超低功耗MCU，助力智能锁更省电
EFM32JG/PG内部集成DCDC，电量输出高达200MA，适合用于智能锁中。
新应用 发布时间 : 2019-09-05
电子商城
现货市场
服务
可定制PCB最高层数：32层；板材类型：罗杰斯高频板/泰康尼高频板/ZYF中英天线板/F4B高频板/高频电路板/高频混压板/高频纯压板等；最大加工尺寸：609*889mm。
最小起订量： 1 提交需求>
可加工PCB层数：4~32层，加工板材：多层板/HDI板/FR4板/高频板/高速板/高温板/铜基板/铝基板/陶瓷基板/软硬结合板，成品尺寸：3~1100mm，板厚：0.15-80mm，最小孔径：0.1mm，铜厚：最高14oz。
最小起订量： 1 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
我要提问
登录 | 立即注册
提交评论