采用ADI能量收集和低功耗信号链的创新线路传感器设计

输配电（T&D）系统已经发展成为庞大的互连供电网络，将具有不同最终用户负载的多个分布式发电机连接起来。一个关键的系统要求是，每当出现中断服务的故障情况时，尽快恢复运行。该系统必须监控配电网的各个分支，包括城乡地区的架空和地下电力线，并快速定位故障情况。此功能主要称为故障指示 （FI），有时也称为线路监控、故障监控或故障电路指示，它正在增长，因为它相对容易实现、成本低，并且几乎不需要维护。

FI 系统由能量收集、电源管理、处理器、模拟前端 （AFE） 电路和通信接口等功能块组成。FI设计最重要的要求是高效的能量收集和超低功耗。

设计注意事项和挑战

实现极低的功耗（μA级）并满足能量收集的高效率。

使用电流互感器作为传感器和电源。

通过管理多个电源并在它们之间切换，为系统提供稳定的电力输送。

在恶劣的现场环境中运行时，在系统生命周期内实现长期可靠性。

同步无线通信和网络，同时满足低功耗要求。

上面的信号链代表了典型的FI应用设计。模块的技术要求各不相同，但列出的产品 第3页的表格是满足其中一些要求的ADI解决方案的代表性。

适用于线路传感器和故障指示器应用的ADI解决方案

ADI提供集成解决方案，可实现完整的信号链，降低设计复杂性，实现小尺寸，并实现极低的功耗。

高度集成的ASIC可实现高效的能量收集并管理多个电源，同时降低BOM成本并简化PCB设计。

我们的解决方案通过优化的最大功率点跟踪（MPPT）实现了超过90%的功率转换效率。

具有宽动态范围和高压摆率的低功耗运算放大器支持罗氏线圈架构，并将磁场干扰降至最低，对电流测量精度的影响最小。

高性能、超低功耗的 ARM Cortex-M3 处理器提供了丰富的外设集，还支持可提高系统安全性和可靠性的安全功能。®®

集成的ISM频段收发器执行RF通信并支持传感器网络协议。

还提供额外的功率监控和电压比较器解决方案。

ADI公司是混合信号处理技术的全球领导者，为FI应用提供解决方案。

ADI是电能测量领域的专家。超过一半的电网 世界各地的设备都使用ADI转换器。

ADI公司将高集成度与出色的系统性能相结合，实现了设计简便、成本节约和长期系统可靠性。

ADI公司用于能量收集和电源管理的技术处于行业领先地位。

ADI通过高精度转换器和放大器提供精密信号测量。

完整的ADC、处理器和无线收发器系列涵盖了整个超低功耗信号链。

 

产品	ADI推荐
电源管理	ADP5091
信号调理	放大器：ADA4051-x/AD861x/AD850x
处理器	ADuCN302x
电源监控器	ADM861x
射频收发器	ADF702x
电压比较器	ADCMP380
电压基准	AD1582/ADR525

 

主要产品介绍

 

部件号	描述	主要特点	好处
电源管理
ADP5091	超低功耗能量 收集器 PMU	输入电压：80 mV 至 3.3 V;380mV快速冷启动;1.5 V 至 3.6 V 的 150 mA 稳压输出;存储和备用电池充电的可编程电压监视器	具有最大功率点跟踪的升压稳压器;射频传输友好
放大器
ADA4051-X	零漂移、 轨到轨运算放大器	极低的电源电流：13μA;低失调电压：最大15μV;失调电压漂移：20 nV/C;V供应： 1.8 V 至 5.5 V	轨到轨输入/输出;单位增益稳定;扩展工业温度范围：−40°C 至 +125°C。
处理器
ADuCM302x	超低功耗 ARM Cortex-M3 单片机	高达 26 MHz 的 ARM Cortex-M3 内核，具有 64 kB、256kB 闪存、4 kB 缓存;V供应： 1.8 V 至 3.6 V;有效< 38μA/MHz，休眠< 750 nA;8通道，1.8 MSPS，12位SARADC;数字比较器;硬件加密加速器/CRC	电源监视器;LDO+ 降压转换器可提高效率;用户代码保护;动态/SW 时钟和电源门控
电源监控器
ADM861x	超低功耗 监控	超低功耗ICC = 92 nA;电压监控范围：0.5 V 至 4.63 V，阈值精度±1.3%;可选看门狗定时器	手动复位输入;低电平有效，漏极开路复位输出;电源毛刺抗扰度
射频收发器
ADF7024	Sub-GHz， ISM/SRD， FSK/GFSK， 收发器	ISM频段：431兆赫至435兆赫/862兆赫至928兆赫;支持的数据速率：9.6 kbps 至 300 kbps;V供应： 2.2 V 至 3.6 V;自动频率/增益控制（AFC/AGC）;11.75μA 采用智能唤醒模式 （SWM） 的自主接收嗅探	超低功耗休眠模式;数字接收信号强度指示;高度线性/阻塞/灵敏度;片内、8位ADC
电压比较器
ADCMP380	超低功耗电压 比较器	超低功耗，ICC = 92 nA;启用输入;23μs典型传播延迟;漏极开路型输出	带片内基准的比较器;输入毛刺抗扰度
电压基准
AD1582	微功耗、精密串联模式电压 基准	低静态电流：最大70μA;电流输出能力：±5 mA;宽电源范围：V在= V外+ 200 mV 至 12 V;宽带噪声（10 Hz至10kHz）：50μV rms	获得专利的温度漂移曲率校正设计;工业温度范围为−40°C至+125°C

 

审核编辑：郭婷