保护继电器用于保护高压或中压或低压电力系统、感测电路中的异常状况及命令断路器的操作。来自被保护设备的电压和电流输入连接到保护继电器。
保护电源系统元件需要精确测量三相电压和电流，以提供可靠的故障检测和断路器操作，从而最大限度地减少电源系统故障。电流互感器（CT）和电势互感器（PT，也称为电压互感器）是用于开关设备应用中电流和电压测量的最通用的传感器。当保护继电器连接在电力应用中时，连同电压和电流的测量，隔离高压侧的保护继电器是系统和操作者的安全的重要要求。CT或PT将保护、控制和测量设备与电源系统的高电压隔离，并为设备提供适当的电流和电压值到内部模数转换器（ADC）。
电压测量
图1提供了一种用于测量保护继电器应用中的电压和电流输入的方法。使用电压或电流互感器降低初级电压和电流。次级电流或电压被放大并连接到ADC…
在断路器应用中，置于微控制器（MCU）内部或外部的逐次逼近寄存器模数转换器（SAR ADC）更适合Δ-Σ模数转换器，原因是它们的启动时间更快。然而，Δ-Σ模数转换器为内部PGA（可编程增益放大器）提供了更高的动态范围和更高的分辨率，并消耗更低功耗。
Δ-Σ模数转换器在启动期间具有〜100毫秒的启动时间，这限制了它们在断路器中的应用。具有更快启动时间的Δ-Σ模数转换器是解决之道。更高分辨率的Δ-Σ模数转换器减少了空气断路器（ACB）不同型号所用的硬件数量，并缩短了设计周期。
空气断路器参考设计（TIDA-00661）的高分辨率快速启动模拟前端重点解决关键的断路器要求…
热分配表（HCA）是智能电子设备，其在使用集中、辐射供暖系统的多层住宅建筑物中通过独立装置测量热能。这种测量用于分配操作中央加热系统的总成本。
HCA可能是市场上最“简单”（在功能方面）的分项计量装置，并具有极低的功耗预算：平均只有几微安。通常来讲，HCA中的微控制器（MCU）运行一个实时时钟（RTC）；控制低功率段LCD（通常50-100段）；定期读取两个温度传感元件；并定期运行RF传输，其传播最新的HCA读数和其它数据。多数情况下，一个双向红外（IR）通信端口可将移动读数装置连接到IR端口，以读取数据或将数据写入HCA装置。
HCA最重要的设计考虑因素
正如每个大容量应用一样，单位成本（包括物料清单[BOM]和制造成本）是一个重要的设计考虑因素。系统设计所消耗的最低能量将减少产品寿命周期所需的电池大小，并降低系统成本。
实施我上面列出的相对简单的HCA功能时，若它们都需在一个单一的主锂亚硫酰氯或锂二氧化锰电池…
太阳能逆变器：采用GaN前后对比
“太平洋煤气电力公司为住宅发起了于2016年7月28日星期四举行的智能日活动。记得在电费最高的下午2点至7点减少用电量，节省能源。”
在德克萨斯和加利福尼亚都曾生活过，我已经习惯了炎热充满阳光的夏天。我也常常从当地的公用事业部门收到像上面那样的短信。我要尽我所能在不增加电费的情况下保持凉爽，但这不是太容易，尤其是在下午2点至7点之间日内温度最高的时候。
但是，烈日带来很多很酷的好处，太阳能便是其中之一。安装太阳能电池板是补充电力的好方法，可以保持舒适，节省金钱。
听起来像推销宣传？并非如此。据太阳能能源产业协会，2015年，加利福尼亚安装太阳能发电容量达3,266MW，是美国安装太阳能发电容量最大的州，这些太阳能电量足够3,494,000户家庭使用。尽管如此，这些家庭需要逆变器将来自太阳能电池板的直流电压转换为室内所使用的交流电压。
这些逆变器要非常高效…
虽然电动汽车（EV）在市场上并不新鲜（它们实际上已存在了一个多世纪），但他们的普及进程却特别缓慢。电池技术的进步，连同支持用于交通的替代能源的政策法规已加速普及电动汽车的使用率。但电动车仍然面临星罗棋布的加油站的激烈竞争。与那些需要充电数个小时才可为电动车充满电的充电站相比，这些加油站可即刻将燃油泵送至传统的内燃机车辆中。
EV充电站大致可分为三类：基于其功率和充电能力划分的1、2、3类充电站（见表1）。这三类充电站基于充电技术可进一步划分为交流（AC）充电站和直流（DC）充电站。1类交流充电站采用慢速充电，使用低电池充电电流，避免损坏电池；慢速充电也有利于匹配当地电网连接的能量容量。2类交流充电站，通常设在公共充电站，可供需要更高电流连接的商业建筑使用。功率处理能力和电池拓扑结构的技术创新促成第3类直流充电站的问世。 第3类充电站自含高电压AC…
非线性电负荷的激增正威胁着工场、商务楼及住宅楼的电网可靠性。什么是非线性负载？即任何阻抗随着所承受电压变化而变化的用电设备。工业应用中的例子包括大型变频电机驱动或大电流弧焊机。服务器机群中使用的开关电源，办公设备和各类消费电子产品也是非线性负载。
非线性负载不断变化的阻抗会导致电流成非正弦表现；因此，该等负载会导致谐波电流,其频率是基本频率的整数倍（基本频率为50或60 Hz，视地区而定）。当这些谐波电流在系统阻抗中传播时，供电电压上就会出现被称为谐波电压的失真现象（正如您可能猜到的，谐波电压是频率为基本频率整数倍的电压）。
这些电流和电压谐波会损坏其他接入电网的电气设备，包括公用设施和其他电气用户的设备。因此，电力供应商和能源使用大户有责任降低非线性负载及其相关谐波的影响。第一步便是监控电网中是否存在谐波。在电表中加入总谐波失真率(THD)测量是个不错的开始。
在探讨如何计算THD这样的细节问题之前，首先让我们来了解下谐波的基本概念…
在断路器应用中，安装在微控制器(MCU)内部或外部的连续渐进式模拟数字转换器(SAR ADC)，由于启动速更快，因此比∑-Δ ADC更受欢迎。然而，∑-Δ ADC具有更高的动态范围、更高的分辨率、内置PGA（可编程增益放大器），且功耗更低。
∑-Δ ADC上电时的启动时间约为100ms，这限制了其在断路器内的应用。解决方法就是使用具有更快启动速度的∑-Δ ADC。使用更高分辨率的∑-Δ ADC能够减少针对不同型号的空气断路器(ACB)所使用的硬件数量，并缩短设计周期。
用于空气断路器的高分辨率、快速启动模拟前端参考设计(TIDA-00661)聚焦于解决关键的断路器要求。您也可以在塑壳断路器…
据一家研究公司[1]预测：2015年太阳能装机容量可能创纪录地增长25%，而全球太阳能发电量也将从2014年的40GW猛增至50GW。在每一台太阳能采集器中，其中一个关键终端设备就是太阳能逆变器。太阳能逆变器，或任何一种此类逆变器均接受直流(DC)输入，然后将其转换为可用于住宅或商业用途的标准电器和电子元器件设备的交流供电(AC)输出。虽然几乎可以应用于任何高功率直流源，逆变器增长的绝大部分仍然是可再生能源领域，尤其是太阳能领域的应用。
当安装在住宅或公司中时，太阳能逆变器可连接至电网，以抵消一部分能耗，或者在某些情况下甚至将能量传回电网。为实现这一目的，必须将其交流输出与电网电压同步，并符合某些安全要求，比如在电网电压消失时关闭交流输出。我们可不希望工人在大风暴过后维修高压线路时向电网输电。
传统意义上，一系列太阳能电池板会连接至一个串型逆变器。这些逆变器接受大约600 V Dc（在使用住宅用串型逆变器的情况下…
在过去的10年中，光伏（PV）系统的应用呈几何级增长，但在电网中的供电量却仅占极少的比例。作为一种清洁能源，太阳能发电系统为何不能为世界各地的电网提供更多的电能呢？阻碍光伏系统大规模推广的主要原因是费用（美元/瓦）和效率方面的考量。在开发新的太阳能技术（太阳能逆变器、电源优化器等）时，系统设计人员必须利用智能系统和子系统拓扑结构提高效率，降低单位成本。
图1. 光伏阵列
光伏系统的效率主要取决于电能转换子系统和对光伏模块功率的实时监测。传统的做法是将两种功能集成于太阳能逆变器中，这样系统架构师便可以设计更高效的电源转换级，同时实现多支路功率监控。单个光伏阵列中的光伏支路数量增加后，其电容量也会增加到50千瓦或以上，因此有必要将光伏支路整合到逆变器前的一个高压直流（DC）总线中。这个系统被称为太阳能汇流箱。太阳能汇流箱可以减少外部电缆和铜直流母线，进而降低总系统成本。太阳能汇流箱中还可以按照光伏系统安装的地区标准安装手动安全隔离开关…
一个服务器站或数据中心的用电量可轻松达到兆瓦水平。一个拥有50000台服务器的数据中心用电量可能达到15至20兆瓦。衡量每个服务器机柜（图1）的电力供应的关键技术是什么呢？同样，在工业和制造业方面，也有大型用电企业，那么厂务经理应该如何评估各过程、重要设备或者每个部门的用电量呢？
表1：数据中心内带有分支电源的服务器机柜
作为配电的关键设备，支路监视器（简称为BCM）提供各配电板支路所需的电气信息，其中包括电压、电流、功率因数、瓦以及电路的千瓦时，用于过载保护、载荷管理、载荷平衡和成本分配。下载全新的TI Design参考设计，支路电流监视器的测量模块。
BCM在配电系统中是如何运行的呢？以过载保护为例，根据为每个分支断路器额定功率设置的可编程报警阀值，BCM在电流接近断路器跳闸临界点时会向操作者发出预警。在电流较高的情况下，提前通知可以让操作者采取必要的防范措施并避免出现不必要的断电，这在提高系统可靠性方面取得了巨大进步…
您能否设想没有安装计程表的出租车会是什么样子？如果没有计程表，行驶一整天的费用或穿行两个城市的费用将会相同。同样，如果没有水表，则很难公平地对自来水供应收取费用。由此可见，各种仪表已经成为我们经济和生活方式中不可或缺的一部分，如科学测试、设备报警和维护、资源保护以及服务费用单。
什么是水表？公用事业提供商为何要安装水表？
水表是一种安装在水管上的测量仪器，其作用是持续监测流经水管的水，从而计算水的流量。
为商业和住宅地产供水的公用事业提供商安装水表的目的在于针对这项宝贵资源向客户收费，并有效地管理水资源的使用。一些人认为水表是针对供水服务最公平的收费方式。
还有其它几种使用水表的方式：
确定是否漏水，查看关闭水阀后水表是否继续记录水量数据，某个地方是否漏水。
测量水井的出水量。
区分多租户建筑中不同租户的用水量。
区分建筑内用水和绿化用水。专用灌溉表可以轻松监测灌溉用水，确保公用事业提供商仅对室内…
一家研究公司[1]预测表明，太阳能装机数量的增长将有可能在2015年实现历史性的25%；而全球太阳能的发电量也将从2014年的40GW猛增至50GW。在每一台太阳能能量采集器中，其中一个关键终端设备就是太阳能逆变器。太阳能逆变器，或者任何一种具有相似功能的器件，将接收直流 (DC) 输入，并且将其转换为可用于住宅或商业用途的标准电器和电子元器件的交流 (AC) 输出。虽然可以应用于任何高功率直流源，逆变器增长的最大部分仍然是可再生能源领域，特别是太阳能领域的应用。
当安装在住宅或公司中时，太阳能逆变器可以连接至电网，来抵消一部分能耗，或者，在某些情况下甚至将能量传回电网。为了实现这一目的，必须将其AC输出与电网电压同步，或者符合特定的安全要求，比如说在电网电压消失时关闭AC输出。我们可不希望工人在暴风雨之后维修高压线路时向电网输电。
传统上，一系列的太阳能板被连接至一个串型逆变器。这些逆变器接受大约600V DC（在使用住宅用串型逆变器的情况下…
由于将分流器用作电流传感器时所具有的很多优势，它们经常在计量系统中被用作电流传感器。
不过，正如这一系列的上一篇文章中所谈到的那样，由于分流器缺少隔离功能，使它们在多相位测量中无法充分地发挥作用。在三相位星形系统中，根据Kirchhoff的电流定律，中性电流是3个线路电流的总和。因此，在Live_In和Live_Out连接之间放置一个分流器是测量单个相位电流的唯一方法。如果三个相位都使用这种方法连接的话，这将会使具有破坏性的高电压出现在测量设备的引脚上。
为了解决在多相位计量系统中使用分流传感器时出现的复杂问题，我们在近期发布了一款全新的TI Design参考设计，演示了在三相位计量系统中使用隔离式电流传感器的方法。
这个全新的TI Design参考设计，TIDA-00601，使用具有集成LDO的AMC1304M05加强型隔离式增量-累加调制器，以及超低功耗MSP430F67641微控制器 (MCU)，设计出一个具有电流隔离分流传感器的0…
由于我们已谈论了使用分流器的好处，现在让我们再探讨一下使用分流器的弊端以及如何克服它们。
使用分流器的一个特定弊端就是：会在现有前端电路中产生功耗。一些标准限制现有前端电路内允许的最大功耗。其结果是，分流器允许的最大电阻值可能受限于给定的最大电流。
因为分流器允许的最大电阻值可以很小，所以分流器产生的电压输出也可以很低。为了补偿分流器的低电压输出，经常用增益放大器来提升分流器的电压，以确保分流器的最高电压输出接近模数转换器（ADC）能精确检测的最高输入电压。可从外部将这个增益放大器添加到该ADC。这个增益放大器还可以是可编程的，能集成到该ADC内，如下面的超低功耗MSP430F6736A微控制器Σ-△型ADC图所示。
具有集成式可编程增益放大器（PGA）的MSP430F6736A Σ-Δ型转换器
在选择该增益放大器的增益时，应将馈入ADC的峰值电压（Vin, RMS
…基本运行
在世界各地，随着人们不断投资于智能化程度更高的电网，传统的机电式电能表已变得不足以使电网现代化带来的利益最大化。其结果是，这些较旧的机电式电表正在被电子式智能电表所取代。这些全新的电子式电表在运行时通过使用模数转换器来检测电源电压以及从负载（如一所房子）汲取的电流。为了以适当的方式检测电源电流，要用电流传感器把从客户负载处汲取的电流转换成能由模数转换器检测的电压。可用来完成这种转换的一种特殊电流传感器是分流器。
如下面的图1所示，分流器根据欧姆定律运行 —— 其中电源电流流过分流器的输入端子，产生的跨分流器输出端子的电压被馈入模数转换器供检测。由于跨分流器输出端子的电压与流过分流器的电流是成比例的，所以通过应用适当的比例因子，检测到的电压可被转换回来以表示电流。
注意，尽管下图仅展示了分流器上的两个端子，但在实践中经常用到五端子分流器。在这个方案中…
在现代仪表设计中，低功耗是必不可少的。不论是测量煤气、水、电或热量，你必须限制流耗，以实现较长的电池使用寿命，并且/或者防止错误读数。幸运的是，TI提供多种解决方案来满足这些需要。在这篇帖子中，我将检查某些常见配置，来看看TI产品在哪些方面可以为你的设计提供辅助。
电表
电表无处不在，不过它们的电源设计几乎没有一样的。基于成本、尺寸和效率方面的考虑因素，设计人员执行具有不同复杂度的电源模式。这些差异源自AC线路电压到微控制器或片上系统 (SoC) 的DC电压轨的转换方式。图1是一个单相位电表的高级示例。
图1：单相位电表方框图
在为MCU生成一个经稳压的MCU时，我们可以采用几项常见技术。其中最注重成本节约的实现方式就是电容器压降，这个方法用二极管和电容器，连同串联电容器和电阻器，以及一个并联的齐纳二极管，来实现传统半波整流（请见图2）.
图2：经简化的电容器压降电源
串联电容器和电阻器限制了对外提供的电流数量…
绿色电网：测量、控制、通信
以前的智能电网在很大程度上区别于我们目前所使用的智能电网。智能电网所发生的变化已经在多级电网中被采用，并且在不同程度上改变了电网的运行。这一变化有效地增加了电网的弹性，从而改进了电源的质量和稳定性。设计智能电网的初衷是为了解决传统电力输送系统资源浪费、以及对于消费者和相似的公共事业单位成本效益不高的问题。由于缺少资源管理和优化，传统输电系统对于环境产生了过多负面的影响。现代化的主要障碍在于，传统上，行业不太愿意尝试新技术，如果尝试失败的话，会有服务中断的重大风险。还有一点没有提到的就是，现代化所带来的益处不会立即显现，并且很有可能被低估，但是现代化过程中的成本和开销却是现实存在和立即显现的。现如今，在电网每个层面上的工程设计正在经历着一场变革；而这一切将最终实现电网现代化。
按惯例，采集到的信息被输出，而电能在输电线路的不同点上被消耗。在使用单向集中式配电系统时，主要目标是对电能使用的充分支持以及对耗电量的测量…
诸如电子仪表的低功耗应用经常需要一款简单的离线电源，其中的3.3V为一个微控制器供电，并且将一个锂离子电池的电压充电至4.2V。你可以用电源频率电力变压器或者使用复杂的AC/DC离线电源来实现这一功能。这两种方法都有广为人知的重量、尺寸和/或复杂程度方面的缺点。另外两个相对简单的选择是全波和半波电容压降电路。
图1：基本全波电路原理图
前端是众所周知的“电容压降器”或“电容压降”。这个电路的全波和半波实现方式的思路，是将线路电容器，C1，用作一个无损耗电阻，而电容器的电抗将设定最大电流，此最大电流可作为DC/DC稳压器的输入。齐纳二极管将DC/DC转换器的输入电压限制在无负载条件以下，从而将电源电压转换为一个中间DC电压轨 (VDC)。DC/DC转换器的输入电压 (VDC = VIN) 被设定为相对比较高的值，这样的话，电容压降所需的电流可以保持在较低的水平上。然后，通过使…
这个博客系列的第1部分回顾了欧洲868MHz ISM波段内的wM-Bus协议标准，而第2部分查看了wM-Bus N模式和ETSI 1类规范接收器性能。现在，让我们来看一看实际使用环境中的wM-Bus子系统，嵌入式解决方案或独立RF模块，是如何设计的，下一代解决方案又是什么样子的。
在设计一个wM-Bus解决方案时，不论执行的是wM-Bus模块，还是嵌入式RF子系统，首先要决定wM-Bus堆栈的运行位置。这个器件可以是主度量微控制器 (MCU)，也可以是一个单独的MCU，专门用于协议堆栈的运行。将RF协议堆栈与度量功能融合在同一MCU上所具有的优势包括：
不过，这个单MCU方法也有一些缺点…
这个博客系列的第1部分回顾了欧洲868MHz ISM波段内的wM-Bus协议标准。今天，我们来仔细地看一看针对169.400MHz波段内75kHz窄带进行优化的协议版本。这个版本在针对监测、追踪、数据采集和仪表读数应用的欧洲规范 (EN) EN300 220 v.2.4.1标准内进行了定义。+500mW（或+27dBm）的最大辐射功率和小于10%的占空比可实现一个广域网 (WAN) 方法，在人口密集环境中可以覆盖数公里的范围。这个方法的设计思路是将尽可能少的，但是又高精密数据采集器 (DC) 元件组合在一起，在不需要中继器的情况下，每个元件能够支持多达1000终端节点（或智能仪表）。通过将总共75kHz的可用带宽分为6个12.5kHz的窄带通道，EN13757-4:2014-2定义了wM-Bus N模式 Nabcdef和Ng。其中的4个通道 (Nabef) 能够承载4.8kbps的数据速率，而另外2个通道 (Ncd) 数据速率为2…
中欧的RF通信开始于10年前的简单自动抄表系统 (AMR)，这个系统取代了成百万住宅和公寓内水表和热费分配表的大工作量、开销巨大的手工抄表工作，从而为终端用户和公共事业公司提供了多重便利。用户不再需要待在家里，等待公共事业部门的员工来读取仪表读数；而公共事业部门也能够连续获取仪表计量数据，从而使他们能够提供准确账单，并且能够快速识别仪表设备故障或现场设备读数的人为篡改。而最重要的是，通过执行自动记账系统解决方案，而不是容易发生错误的手动数据采集和录入，可以为公共事业部门节省大量成本。
欧洲所有的Sub-1 GHz RF通信由欧洲电信标准化协会 (ETSI) 300 220-1 V2.4,1（2012年5月）进行管理，它定义了在欧洲，25MHz至1000MHz频率范围内，可以使用哪种功率级别高达500mW的短程设备 (STD) 无线电器件。几年前，适合于频率为169.400MHz仪表读数应用、波段仅为75kHz的全新ISM窄带波段被添加到之前在ETSI…
智能电网中的“智能”源自电网所具有的测量、控制和通信功能。一旦完成测量，配电公司和用户之间生成一个能够保护、监视和优化互连组件运行的自动且分布广泛的电网。这个全新的自动网络可以使公共事业公司对于用户的需求做出更有效的响应，并且能够使用户通过不断获得更多的信息来控制用电量。
在目前的复杂电网中，需要监视或测量的电流和电压通道的数量正在快速增长。与这点直接相关的是如何处理手头的大量模拟输入，然后在信号数字化后，怎样在不使处理器接口负担过重的情况下将这些数据输入到处理器中。
一个合并单元就是使用通信网络将物理模拟世界与数字世界连接在一起的接口。模拟信号被转换为数字信号，并通过基于IEC 61850-9-2（采样值）通信协议的以太网进行传输。
TI针对合并单元中所使用的模拟前端 (AFE) 的参考设计 (TIDA-00307) 显示了如何通过添加额外的逐次逼寄存器…
绿色电网：测量、控制、通信
以前的智能电网与我们现在看到的智能电网有很大的不同。智能电网中的这些变化已经在多个阶段被采用，并且已经改变了很多不同等级电网的运行。这一变化已经有效地增加了电网的弹性，并因此提高了供电的质量和稳定性。智能电网的设计初衷是原先的电力传输系统浪费资源，并且对于消费者和相似的公共事业单位不太划算。缺乏资源管理和优化对环境造成了相当大的负面影响。现代化的主要障碍是由于各行业历来不太愿意尝试新技术，如果新技术不成功的话，会有服务重大中断的风险。还有一点未提及的是，现代化的优势不会立即显现，并且很有可能被低估，但是付出的代价是现实而又直接的。今天，处于电网各个层面的工程师正在使技术革命成为现实；最终将带来电网现代化。
按惯例，采集到的信息被输出，在传输线路的不同点上电能被消耗。在使用中单向集中配电系统中，主要的目标是尽可能地满足能耗需求，并测量耗电量。这个放射状电网拓扑结构集成了较少的传感器，具有最少的监视和控制功能…
智能电网与能源参考设计
用于 G3-PLC 电力线通信的模块上系统（CENELEC 频段）
我这周在浏览物联网 (IoT) 时，想仔细看看IoT将如何使电网更加智能（反之亦然），在整个基础设施和住宅内提供更多的信息，实现更佳的互联互通。通过IoT，用户、制造商和公共事业服务供应方将揭示一种全新的方法来管理设备，并最终节省资源和开销。让我们看一看世界上的智能电表将智能电网与你的住宅连接在一起的实现方式。
在全球都在关注能源管理和节能的当下，IoT将把智能电网的连接优势扩展到公共事业供应方所完成的配电、自动化和监视之外。住宅和楼宇内，管理系统的使用将帮助用户监视他们自己的用量并调整使用习惯。这些系统将最终通过在非高峰用电时间运行来自动调节…
