智能电网AMI中的智能电表系统设计

降低计量部分的功耗，可以采用已下五种方法：

(1)采用3.3V供电电压

MAXQ3180采用3.3V供电，使其可以和主流3.3V供电的微控制器接口，从而有效地降低了系统的功耗。

(2)采用低功耗模式

MAXQ3180能够在微控制器的控制下降低工作频率，进入低功耗测量模式，其功耗可低到正常工作模式的25%~30%而保持功能基本不变。

(3)采用休眠模式和快速唤醒

MAXQ3180使用低功耗模式使得工作电流大大降低，而休眠模式和快速唤醒可以使得实际工作的时间缩短，从而减小占空比，并最终降低平均电流。

(4)降低动态功耗

在计量芯片工作过程中，有很多部分采用间歇性工作方式，使得暂时不使用的部分处于关断状态，这样可以有效地降低系统平均功耗。在需要工作时，快速启动也是非常重要的，这就需要在计量芯片设计过程中很好地分配时钟和时序。MAXQ3180采用了这一先进的技术，取得了非常好的节能效果。

(5)采用开关电源

在智能电表的设计中采用开关电源，这可以大大提高电源效率。

5防窃电技术的设计

MAXQ3180具备了低功耗模式和休眠模式，其中一个重要的应用就是在防失(欠)压窃电方面。当发生失(欠)压情况时，智能电表内的电子单元失去了电压线圈的主供电方式，就必须使用电池供电的方式。

MAXQ3180具有低功耗模式和休眠模式，更便于全失压情况下的安培小时累计。MAXQ3180模式电源接线图如图3所示。

MAXQ3180可以使用和嵌入式控制器同样的电池供电方式，这样减少了电平转换和电源管理芯片的成本。它可以在不需要时处于休眠模式，仅消耗少于1μA的电流，而在需要时由嵌入式控制器通过片选瞬间唤醒，进入低功耗测量模式运行。由于在休眠模式下所有的参数设置均保留，所以在唤醒后不需要进行初始化就可直接工作，从而大大减少了工作时间，而且低功耗测量模式下不需要嵌入式控制器参与工作，嵌入式控制器可再次进入休眠，直到MAXQ3180使用中断或者使用嵌入式控制器自身资源再次唤醒，并将测量结果读到嵌入式控制器中进行存储、处理、显示和传输。

MAX3180全失压安培小时累计模式时序图如图4所示。

在图4中，嵌入式控制器和MAXQ3180的工作时序如下：

(1)嵌入式控制器和MAXQ3180休眠;

(2)嵌入式控制器唤醒;

(3)MAXQ3180上电;

(4)MAXQ3180预热，只需几个μs;

(5)MAXQ3180测量只需0.5～1个周期;

(6)MAXQ3180运行，嵌入式控制器休眠;

(7)MAXQ3180测量结束，发送IRQ，将嵌入式控制器唤醒;

(8)嵌入式控制器读数据结束，MAXQ3180回到休眠状态;

(9)嵌入式控制器回到休眠状态。

在系统整个工作过程中，工作电流很小，而且工作时间很短，最终使得平均电流相对于传统方案大幅降低。这样，在同等电池容量和运行时间的要求下，MAXQ3180可以使用更高的频率来进行间歇性的安培小时累计，当频率高到一定的程度，可以近似认为这样的累计是连续的。

6结束语

本文以MAXQ3180计量芯片为例，采用ST公司生产的STM32F107 ARM嵌入式控制器为主机，介绍了智能电表的软硬件设计和降低功耗的设计方法，同时介绍了防窃电技术，为智能电表的开发提供了一个详细的案例，通过以太网接口可以很容易组成通信网络。

智能电网下的高级量测体系AMI包括智能电表、网络通信、电表数据管理三个系统。借助该体系能实现智能需求侧管理，比如用电状况收集、需求侧/电网双向通信、实时电价响应、智能家电控制、虚拟电厂和微网控制、防偷电等任务。通过智能电网中的智能电表，一些电力消费会转移到价格便宜的峰谷时段，减轻用电堵塞并降低对新设施建设的需要，使得消费者省钱，排放量下降。电动混合汽车可以在用电需求较低的晚间充电，甚至还可以在白天停放期间将电能重新输回电网。智能电网不只是电网的发展机会，也是电器工业的发展机会，是信息技术的发展机会。未来我国智能电表具有非常广阔的市场，将为我国电工仪表行业带来巨大的商机，并推动我国智能电网的快速发展。