专家支招：如何优化智能电网电力连接功能

会从电源电压轨上取得过多电流，导致异常运行并会损坏继电器。 另外，为了适应继电器接触器在其固定位置（开/关位置）之间移动所需的相对较长时间，脉冲须比继电器规格中规定的最小间隔长。为了防止继电器绕组电势饱和并避免线圈和驱动电子器件过热，还需要限制驱动脉冲的最大长度。 控制信号还应兼容于支持 CMOS 和 TTL 输入电平的最新一代微处理器。

　　继电器规格还定义了接触器可靠运行所需的最大和最小工作电压。接触器的电压要求视应用而定，应用受电表要求权衡驱动。 较低的电压多用于成本较低、功率较低的应用，这些应用的电表和继电器都比较小。较高的电压多用于需要较大电流的场合，其中较大的接触器需要更多的电力来进行开关操作。 因此，驱动电流应监控继电器偏压，确保足够的电平。 驱动电路还需要一个欠压锁定功能，便于在电路初始化过程中实现平滑启动。

　　首选集成解决方案提供控制信号的输入资格认证、防止两个继电器线圈同时启动、限制最大驱动脉冲间隔，并提供其他功能如偏压监控、驱动器使能输入和驱动器热保护。 理想的电路能够最大限度地减少组件数量和电路板空间，同时在驱动继电器线圈时能够提高系统可靠性和电路的抗噪声能力。

　　电表电力系统和连接/断连功能的实现

　　图例显示典型电表系统的框图。 继电器驱动电压是所用特定继电器的一个函数。 通常而言，开关电流越大的继电器（接触器越大），所需的电压就越高，以便传输足够的电能实现足够快的开关过程，从而最大限度地减少因开关过程中的电弧产生的接触损耗。高电压电源通常由电容提供，用来在应用开关过程中（尤其是损失电力后出现的开关）提供最大电力。电容须有一定的尺寸，以提供成功进行开关操作所需的能量。电容充电电源可限流，通过延长开关电压达到满负荷的时间来降低电源成本。断连开关在电表中不常出现。典型的开关设备，如压缩机，在长时间的运行中需要极少的关闭时间。较长的再充电时间能够降低电源成本和应力，而且不会影响性能。

　　
图2： 典型电表系统的框图

　　通信、控制和测量功能通常通过低电压（3 至 5 伏）电路（如微控制器和通信电路）实现。各种各样的通信技术聚焦于特定的市场需求和地理限制。大多数应用具有突发配置，其中功耗的顺序为 5 W 传输 100 毫秒，然后在下一次传输前有一秒（或更多）的延时。另外，损失电力后（上报电力损耗时的网络状态）的传输最好确保距离上次传输的时间间隔高达 10 分钟。如果包含一个 DC-DC 级实现高压电容的有效低压转换，上述实现断连功能的维持电容同样适用于通信电路。 如果大小合适，维持电容现在可以同时实现传输和断连功能。

　　对于限流、脱机开关电源而言，带有集成 MOSFET（如 FSEZ1317WA ）的初级侧调节反激式控制器实现了一个功能丰富且经济实用的解决方案。

　　DC-DC 模块可以通过使用最少组件数量的高性能解决方案，如 FAN8303（一个带有集成开关的降压调节器）来实现。

　　最后，通过最近引入的 FAN3240 和 FAN3241 智能双线圈继电器驱动器，可以轻松实现满足本文所定义要求的连接/断连驱动。

　　何时需要隔离

　　有时，需要进行隔离，比如有线通信或不同相位的多个电路在同一点进行控制的情况下。带有内置偏压电源的继电器驱动器（如 FAN3240 和 FAN3241）对于减少组件数量、降低成本以和简化电路都非常有益，如下所示。

　　
图3：带有内置偏压电源的继电器驱动器

　　结论

　　对上述解决方案的各种变更可应用于其它智能电表电力要求，以及各种特定应用的分布式连接/断连功能。随着智能电网功能复杂度不断增加，亦会出现实现电源管理新功能的崭新机会。

　　作者：飞兆半导体公司Chris Siegl， Aung Tu