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在方興未艾的智慧電網應用中，智慧電表發揮關鍵作用。設計人員需要為智慧電表與資料集中器之間的通訊選擇適合的通訊方式。而電力線載波(PLC)技術利用電力線作為資料傳輸介質，利用已有的電力配電網進行通訊，不需要重新布線，訊號不會因為通過建築物牆壁而衰減甚至受到遮蔽，而且成本相對較為低廉，故在智慧電表以及路燈和智慧插頭等應用中頗受青睞。當今世界上許多國家或地區都已經或即將部署智慧電表系統，並採用PLC自動遠程抄表方式。如歐盟要求成員國在2022年前將電表全部更換為智慧電表。一些業界領先公司及先期試驗項目也頗具參考價值。如法國啟動了備受業界關注的Linky電表項目，計劃在2012年到2017年間，將法國的3,500萬只傳統電表統一更新為Linky智慧電表。此項目為智慧電表到資料集中器之間的通訊選擇了PLC技術，然後再利用整合封包無線電服務(GPRS)技術將資料傳送到該公司的資料中心。 PLC智慧電表應用涉及PLC電表(單相或三相)、資料集中器、耦合變壓器及相關電纜等組件。圖1顯示的是典型的PLC智慧電表網路示意圖。由圖可見，為數眾多的PLC智慧電表通過電力線連接至資料集中器，然後再藉GPRS、GSM或乙太網等方式將資料從集中器傳送至電力機構的資料中心。 數位訊號在PLC電表網路中的傳輸包含發送和接收兩方面。在發送路徑方面，整合在電表中的PLC調變解調器調變出S-FSK訊號，經過PLC線路驅動器放大和濾波後，經變壓器耦合到電力線上。變壓器實現電壓變換和電阻匹配，也用於強電(特點是電壓高、電流大、功率大、頻率低，處理的對象是電力)和弱電(特點是電壓低、電流小、功率小、頻率高，處理的對象是訊息)的隔離。在接收路徑方面，變壓器從電力線耦合過來的訊號經過調變解調器內置放大器構成的低通濾波器後傳送至應用微控制器進行FSK解調分析。 如上所述，線路驅動在PLC通訊應用中用於功率發射部分，是PLC的重要組成部分，故需要為應用選擇適合的PLC線路驅動器。這樣的線路驅動器要求具有大輸出電流能力、低壓差、低諧波失真、寬工作溫度範圍和便於散熱等特性。此外，前述ERDF的Linky項目需要符合嚴格的歐洲EN-50065規範，故除了調變解調器，參照此項目的設計中，線路驅動器也需要配合遵從此規範。
安森美半導體NCS5650 PLC線路驅動器的優勢
安森美半導體針對PLC線路驅動應用推出了一款高效能的A/B類低失真線路驅動器——NCS5650。此元件的電源電壓(VCC)為單端6至12 V或雙平衡±3.0至±6.0 V。NCS5650的設計經過了優化，接收PLC調變解調器輸送的訊號，輸出段設計成能夠驅動高達2 A的電流，經隔離變壓器或簡單的線圈耦合至交流主電源。 NCS5650符合PLC線路驅動器的應用要求，提供重要的應用優勢。如此元件針對歐洲電工標準化委員會(CENELEC)用於智慧電表的A、B、C和D頻段進行了優化，符合EN-50065規範，可用於直接耦合或按1：1、2：1變壓比耦合。NCS5650獨特的2 A驅動能力確保在很低電力線電阻時也可保持有效的通訊。 該元件除了對訊號進行功率放大外，整合的兩級運算放大器的結構還組成了衰減特性很陡的4階低通濾波器，除了幫助減少元件數量進而節省成本，在對電力線接入設備有嚴格限制的歐洲，只有增加類似的濾波器，才能夠保證系統對電力線的高頻干擾注入滿足EN-50065規範的要求。另外，此種結構也使故障警告不需要外部電平轉換，可以直接與MCU連接。 NCS5650在電氣性能上也頗具優勢。兩級運算放大可以實現700 kHz的全功率頻寬，諧波失真也很低，僅為0.015 % @ 1 kHz。此元件的功耗也很低，軌到軌壓差低至僅為0.5 V，工作模式靜態電流僅為20 mA，關斷模式下的電流僅為150 μA。 NCS5650支持-40℃到+125℃的寬工作結溫範圍，具備160℃過溫關斷保護能力。該元件提供兩個帶磁滯功能的獨立熱標記(flag)，其中一個是熱警告標記，讓用戶知道內部結溫已經達到用戶設定的熱警告閾值，另一個是熱誤差標記，提示內部結溫已超過150℃。NCS5650採用4 mm x 4 mm QFN20小型封裝，帶導熱板，易於散熱。 值得一提的是，NCS5650除了可以用於PLC智慧電表，還可應用於音頻次重低音揚聲器、資料採集設備、智慧電器、閥/制動器驅動器、電機驅動器和測試設備等應用。 NCS5650典型應用設計
前面介紹了NCS5650的主要優勢，接下來我們就分析此元件的一些典型應用設計，如多點反饋(MFB)濾波器設計、限流點設定和過流警告、過溫關斷警告及設定等。 實際上，歐洲電工標準化委員會EN-50065-1是一項針對頻率範圍在3 kHz到148.5 kHz範圍之間的低壓電氣設備訊號的歐洲標準。更具體地講，此標準的第一部分涉及的注入到電氣主電源上的頻段及電磁干擾。符合此要求的一種可行方法就是在調變解調器輸出與連接至交流主電源的隔離變壓器之間設置4階濾波器。我們可以採用MFB濾波器拓撲結構來幫助符合此項標準的要求。4階濾波器要求應用2個運算放大器。而安森美半導體的NCS5650擁有輸入預放大器和輸出功率放大器(參見圖2)，因此僅需要電阻和電容等被動元件。這也是我們需要計算的對象 在NCS5650應用設計中，限流點設定也很重要。實際上，NCS5650的2 A輸出電流可以通過在引腳15與VEE(放大器負電源，引腳10或11)之間簡單增加一顆限流電阻(RLimit)來設定。流出或流入功率放大器的電流超過設定點時，過流告警ILIM標記會變為邏輯高電平，提示用戶採取必要措施。過流消失(即輸出電流恢複)後，ILIM標記將恢複為邏輯低電平。限流設定公式為：ILIM=(1.215/RCL)×8197。 此外，在負載比較大或過流的情況下，放大器溫度將升高，內部結溫超過160度時，元件將進入關斷模式以防止受損，此時引腳17的TSD標記會變為邏輯高電平；結溫回落到約145度以下時，元件恢複為啟用模式。如果用戶想避免放大器進入過熱關斷狀態，可以通過熱警告功能來監測結溫。用戶可以通過在引腳14上施加相應電壓來選擇105℃至145℃範圍之間的任意警告結溫(Twarn)。可以用一種簡單的方法來應用此種功能，即設定VCC(引腳6、7)與VEE之間的分壓器的比例。設定NCS5650熱告警溫度要求的電壓比的計算公式為：VTW=6.665×10-3(TJ)+1.72。 - 新聞稿有效日期，至2010/09/05為止
聯絡人 ：Eric Tsai
聯絡電話：02-8773-4277
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