浅析智能电表的数据保护

  智能电表使用*新的集成电路(IC)技术进行精确测量并报告消耗的电量,智能电表比机电式电表复杂,但更加注重测量数据的完整性,这会直接影响公共事业供应商的结算收入。在智能电表设计中确保数据完整性的*有效的解决办法之一就是使用*先进的数字隔离技术。

  智能电表使用电流隔离来保护内部低压集成电路,也使工作人员避免暴露在高压电线下。在有线计量应用中,比如高密度部署的住宅区,隔离器也可用于隔离控制器和数字数据总线,如图所示。



  具有数字通信总线的智能电表

  其他子系统,特别是那些暴露于高电压下的部分,也必须进行隔离电路。例如,需要在智能电表控制器IC和电源线通信(PLC)调制解调器之间进行电流隔离。这些系统中信号隔离可以采用多种方式实现。

  光耦合器常用于智能电表中的信号隔离,但它们的使用面临着设计挑战,其主要缺点是受到光耦合器的共模瞬变免疫能力(CMTI)的限制。CMTI是一个隔离能力的度量,代表在隔离栅输入和输出两侧抑制快速瞬态噪声信号的能力。由于光隔离器的物理结构所致,它们往往有较高的寄生输入输出电容(一般在pF量级)。高的内部寄生耦合电容导致CMTI性能变差。光耦合器供应商通常建议客户,在光耦合器打开时需要过量驱动光耦合器LED灯来提高抗噪声能力,反之在光耦合器关闭时要反向偏置LED灯。这些措施增加了光耦合器的CMTI,但同时也降低了器件寿命,影响了系统可靠性,增加了维护成本。

  智能电表应用中所使用的另一种隔离解决方案是隔离变压器,但变压器一般应避免使用,因为它们容易受到电磁干扰(EMI)而破坏数据。脉冲变压器也不理想,因为其需要占用较宽带宽,而带宽对于数字信号传输是极为重要的。

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