隨著智能電網(wǎng)建設的推進,，智能電能表費控系統(tǒng)作為量大面廣的基礎，受到國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司的重視,。為進一步提高電能表費控系統(tǒng)的可靠性,，加強電能表外置斷路器的質量控制,，確保電力系統(tǒng)智能管理,、智能服務的安全穩(wěn)定運行,，國家電網(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規(guī)范》,，中國質量認證中心（CQC）在2016年5月份研發(fā)并推出了電能表外置斷路器的認證業(yè)務,。

電能表外置微型斷路器（以下簡稱：微型斷路器）是配合智能電能表實現(xiàn)智能費控功能的關鍵器件,，額定電流相對較大（>60A）的智能電能表一般采用微型斷路器的方式來實現(xiàn)各種費控功能。

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,，可以實現(xiàn)欠費自動分閘斷電，續(xù)費自動合閘續(xù)電的功能。微型斷路器和電表之間有兩根線連接,，分別是控制信號線和反饋線,。控制線采用AC220V電平方式,，控制單元供電從控制信號線取電,，拉閘動作時可以從相線短暫用電，動作結束后相線泄露電流需要小于0.2mA,。反饋信號也采用AC220V電平方式,，內部串聯(lián)100k?電阻后輸出?？刂茊卧习粋€用于帶動執(zhí)行機構的直流馬達,，通過馬達動作帶動斷路器分閘和合閘，并由位置傳感器檢測馬達的實際位置,。

 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規(guī)范》,，微型斷路器需要滿足以下技術要求：

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)       自動合閘時間：≤3s,；

6)       上電延時：≥ 4s。

 外置微型斷路器為全自動斷路器,，具備欠費分閘,、付費合閘、費控狀態(tài)指示,、欠費脫口保持,、狀態(tài)反饋等功能,。根據(jù)設計要求,，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MCU的具體技術要求：

1)      低功耗：不超過150uA,；

2)      Flash： 4KB左右；

3)      RAM：1KB左右,；

4)      具備片內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來執(zhí)行,，并最終帶動執(zhí)行機構完成動作。這個系統(tǒng)里采用DRV8848方案,，其一組控制輸出直接驅動直流電機執(zhí)行指令,，另一組輸出用來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，在無需光耦合器的情況下提供穩(wěn)定的輸出電壓和電流,，其內置的700V 啟動和智能電源管理模塊可以在保證器件實現(xiàn)高壓啟動情況下,，使器件在正常工作期間將內部高壓啟動電流源關閉，因此方案可實現(xiàn)極低的待機功率,，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和位置霍爾傳感器供電,，同時通過TLV70433將12V轉化為3.3V給MCU供電,。