【经验】国家电网电能表IR46标准双芯高速隔离方案，满足智能电网要求

时间： 2017-08-19 来源：世强作者：落叶萧萧

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国际法制计量组织推行的IR46标准，要求电能表计量功能与其他功能相互独立，非计量部分软件在线升级不影响计量部分的准确性和稳定性。而我国标准体系电能表均为一体化设计，一旦出现硬件或软件故障，只能采取更换整表方式来保证电力计量工作顺利进行。与国际标准存在明显差异。

借鉴国外高端表计设计理念，结合国内实际情况，国网启动电能表双芯方案标准的推行，下一代双芯方案既能满足智能电网要求又能符合IR46标准，实现计量芯和管理芯独立运行，既满足了现在国网表在使用中出现的新需求，也兼顾未来四表集抄和采集2.0的发展。

双芯方案最主要特点之一就是对通讯速率进行了提升，以前的通讯最高波特率9600bps，现在提升到115200bps，以前的普通光耦已不能满足要求，需要使用高速数字隔离。

针对新的标准，新的需求，我们也做了充分的应对：

单相表：

计量芯片一般多为UART接口，且数据量不大，与计量芯之间通过普通光耦隔离可以满足要求；计量芯的RS485接口，现在要求波特率是9600bps，普通光耦隔离也可以满足要求；管理芯的RS485接口，因为要牵扯到自编程升级，目前支持波特率最高为38400bps，考虑支持到115200bps。

三相表：

计量芯片多为SPI接口，由于三相表数据量大，所以，计量芯片与计量芯之间应该会需要一路SPI隔离（即Si8631），同时，RS485接口与单相表相同，至少管理芯的RS485接口需要高速隔离。

上行通信模块和下行通信模块，通讯速率明确要求9600~115200bps。

所以，目前基于单相表和三相表的高速隔离需求：

1）单相表在隔离方案上，推荐两路RS485采用高速隔离，即Si8642就可以满足；上下行通讯模块不确定，因为单相受制于表壳，上下行模块安装目前没有明确说法。

2）三相表由于计量芯片数据量大，计量芯片与计量芯之间采用1进2出隔离，2个RS485采用2进2出隔离，上下行通讯模块采用2进2出隔离，即一个Si8631，2个Si8642。

如下图所示：

图1：IR46单相表设计思路

图2：IR46三相表设计思路

上文及上图中所提到的Si8631/Si8642是何方神圣？

简单来说，它们是SILICON LABS的高压电容隔离器。主要特征为：

1）主要隔离介质是SiO2，隔离电压可选择，2.5kV，3.75kV，5kV等；

2）0.25um CMOS工艺；

3）OOK调制技术，采用差分信号传输，快速（最高1Gbps），低延迟，高共模抑制比，低动态功率变化；

4）工作温度范围为-40℃~+125℃，且产品性能可在宽温度范围内维持稳定；

5）使用寿命可达60年，可靠性表现出色。

6）通过UL、CSA、VDE、CQC以及AEC-Q100汽车级认证。

7）1Mbps通信速率时功耗1.5mA/channel（2.5V供电），100Mbps速率时功耗3.5mA/channel（5V供电）

以上这些优势特征，能带给用户什么好处呢？

全温度范围-40~125℃，寿命高达60年，低速延时，高隔离电压，可保证数据传输的可靠性与安全性；支持多通道集成，单芯片即可完整的支持SPI/CAN/UART等总线隔离，有效地减少PCB占板面积降低整体使用成本；通过各种安规认证，客户无需二次认证，节省开发周期；传输电流小，有效降低系统功耗。

总的来说，高速隔离以高性能，高可靠性，低功耗等特性可完美替换光耦隔离，是隔离应用的最佳之选。

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大虾 Lv6. 高级专家 2018-05-15

我们行业的，好资料，学习了。
YoungKing Lv7. 资深专家 2018-05-11

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海锋 Lv9. 科学家 2018-05-10

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LouBing Lv7. 资深专家 2018-05-10

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大周 Lv5. 技术专家 2017-12-26

支持，学习，收藏

serena Lv7. 资深专家 2017-12-25

电网器件可靠性要求高
少年游 Lv7. 资深专家 2017-12-09

不错，学习了！
小叶子 Lv8. 研究员 2017-11-27

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terrydl Lv9. 科学家 2017-10-31

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duanmaxie Lv8. 研究员 2017-09-17

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