隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn),，智能電能表費(fèi)控系統(tǒng)作為量大面廣的基礎(chǔ)，受到國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司的重視,。為進(jìn)一步提高電能表費(fèi)控系統(tǒng)的可靠性,，加強(qiáng)電能表外置斷路器的質(zhì)量控制，確保電力系統(tǒng)智能管理,、智能服務(wù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,，國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司分別在2015制定了《電能表外置斷路器技術(shù)規(guī)范》，中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心（CQC）在2016年5月份研發(fā)并推出了電能表外置斷路器的認(rèn)證業(yè)務(wù),。

電能表外置微型斷路器（以下簡(jiǎn)稱：微型斷路器）是配合智能電能表實(shí)現(xiàn)智能費(fèi)控功能的關(guān)鍵器件,，額定電流相對(duì)較大（>60A）的智能電能表一般采用微型斷路器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種費(fèi)控功能。

圖1是微型斷路器示意圖,。微型斷路器是配合智能電表使用,，可以實(shí)現(xiàn)欠費(fèi)自動(dòng)分閘斷電，續(xù)費(fèi)自動(dòng)合閘續(xù)電的功能,。微型斷路器和電表之間有兩根線連接,，分別是控制信號(hào)線和反饋線?？刂凭€采用AC220V電平方式,，控制單元供電從控制信號(hào)線取電，拉閘動(dòng)作時(shí)可以從相線短暫用電,，動(dòng)作結(jié)束后相線泄露電流需要小于0.2mA,。反饋信號(hào)也采用AC220V電平方式，內(nèi)部串聯(lián)100k?電阻后輸出,?？刂茊卧习粋€(gè)用于帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直流馬達(dá)，通過(guò)馬達(dá)動(dòng)作帶動(dòng)斷路器分閘和合閘,，并由位置傳感器檢測(cè)馬達(dá)的實(shí)際位置,。

 圖 1.  電能表外置斷路器示意圖

 根據(jù)《電能表外置斷路器技術(shù)規(guī)范》,，微型斷路器需要滿足以下技術(shù)要求：

1)       額定控制電平電壓：AC220V；

2)       額定控制電平電流：≤ 1mA,；

3)       相線泄露電流：控制單元合閘后,，每相線消耗的穩(wěn)態(tài)電流小于0.2mA；

4)       額定頻率：50Hz或60Hz,；

5)       自動(dòng)合閘時(shí)間：≤3s,；

6)       上電延時(shí)：≥ 4s。

 外置微型斷路器為全自動(dòng)斷路器,，具備欠費(fèi)分閘,、付費(fèi)合閘、費(fèi)控狀態(tài)指示,、欠費(fèi)脫口保持,、狀態(tài)反饋等功能。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,，圖2所示為推薦的微型斷路器系統(tǒng)框圖,。

 圖 2.  微型斷路器系統(tǒng)框圖

 微型斷路器的技術(shù)參數(shù)中有要求相線泄露電流在控制單元合閘后，每相線消耗的穩(wěn)態(tài)電流小于0.2mA,，因此必須要采用超低功耗的MCU,。根據(jù)微型斷路器控制單元的功能和性能，總結(jié)MCU的具體技術(shù)要求：

1)      低功耗：不超過(guò)150uA,；

2)      Flash： 4KB左右,；

3)      RAM：1KB左右；

4)      具備片內(nèi)EEPROM,；

5)      封裝：20 腳,，TSSOP封裝；

6)      ADC：10位或12位,，1通道。

 根據(jù)以上的MCU具體技術(shù)要求,，我們選擇了MSP430FR鐵電系列的MSP430FR2111,，這是TI公司為微型斷路器、充電寶,、電子煙等領(lǐng)域量身定制的超低功耗的MCU,。

 MCU發(fā)出的合閘和分閘指令需要由直流電機(jī)來(lái)執(zhí)行，并最終帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成動(dòng)作,。這個(gè)系統(tǒng)里采用DRV8848方案,，其一組控制輸出直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)執(zhí)行指令，另一組輸出用來(lái)控制位置霍爾傳感器DRV5023的供電電源通斷,，以降低合閘后的系統(tǒng)功耗,，從而達(dá)到0.2mA輸入電流的要求,。

 微型斷路器需要從交流供電線取電，且方案對(duì)體積要求較高,，因此方案選用集成MOSFET的UCC28910原邊控制反激方案,。UCC28910 是專門用于隔離反激式電源，在無(wú)需光耦合器的情況下提供穩(wěn)定的輸出電壓和電流,，其內(nèi)置的700V 啟動(dòng)和智能電源管理模塊可以在保證器件實(shí)現(xiàn)高壓?jiǎn)?dòng)情況下,，使器件在正常工作期間將內(nèi)部高壓?jiǎn)?dòng)電流源關(guān)閉，因此方案可實(shí)現(xiàn)極低的待機(jī)功率,，以滿足0.2mA輸入電流要求,。UCC28910輸出電壓為12V，給微型斷路器的直流電機(jī)和位置霍爾傳感器供電,，同時(shí)通過(guò)TLV70433將12V轉(zhuǎn)化為3.3V給MCU供電,。