發(fā)力電力能源！N32系列MCU全面助力“綠色化”發(fā)展

智能電網(wǎng)（Smart Grid）指電網(wǎng)的智能化（智能電力），也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它是基于集成的高效雙向通信網(wǎng)絡(luò)，采用先進的傳感技術(shù)和測量技術(shù)，先進的設(shè)備技術(shù)與控制方法，以及先進的決策支持系統(tǒng)而構(gòu)建的智能化應(yīng)用，以實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效運行，環(huán)境友好和使用安全目標。為了實現(xiàn)更高效率的電能轉(zhuǎn)換，發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等智能化設(shè)備設(shè)施使用的控制芯片需要具有更高的性能、更強的實時性，更好的運行穩(wěn)定可靠性。

國民技術(shù)擁有高性能SoC架構(gòu)技術(shù)、低功耗技術(shù)、數(shù)模混合設(shè)計架構(gòu)技術(shù)、高可靠性技術(shù)、安全性技術(shù)等核心技術(shù)并持續(xù)創(chuàng)新，基于成熟的ARM內(nèi)核，在業(yè)內(nèi)率先推出了40nm工藝制程的32位N32系列通用MCU產(chǎn)品，憑借高可靠性、高穩(wěn)定性、高集成特性等優(yōu)勢特點，N32系列MCU可用于采集器、專變采集終端、能源控制器、斷路器、電表、數(shù)顯表等低壓配電場景。芯片內(nèi)置有國際/國密雙標準密碼算法硬件加速引擎，支持HPLC升級應(yīng)用。今年將推出的更高性能N32H系列MCU產(chǎn)品可滿足電網(wǎng)配變電終端新標準要求，可用于高壓配電FTU/TTU/DTU三合一統(tǒng)一平臺應(yīng)用，進一步拓展電力能源領(lǐng)域市場。

目前，N32系列通用MCU的多款型號已批量應(yīng)用于光伏關(guān)斷器、智能斷路器、繼電器、采集器、營配終端、變頻器、逆變器、電能計量、BMS與儲能電源、充電樁等多個電力能源產(chǎn)品，并獲得行業(yè)客戶廣泛認可。

電力應(yīng)用案例

1. 低壓配電端案例--光伏關(guān)斷器

當電網(wǎng)側(cè)停電時，光伏關(guān)斷器既能通過失壓保護、防孤島保護功能輔助防止光伏系統(tǒng)反送電，又能實時監(jiān)測開關(guān)狀態(tài)，驗證涉網(wǎng)保護是否正確和可靠地動作，可實現(xiàn)電力載波信號的調(diào)制解調(diào)，市電異常檢測，異常時發(fā)送關(guān)機命令，溫度采樣及過溫保護，以及相關(guān)信息監(jiān)控等。通過電力載波方式進行通信無需另外增加通信線，可以降低系統(tǒng)成本及減少系統(tǒng)故障點。

N32G430、N32G435等系列產(chǎn)品的功能與性能滿足光伏關(guān)斷器主控MCU要求，并且已經(jīng)得到量產(chǎn)使用。

N32G430實現(xiàn)光伏關(guān)斷器具有如下應(yīng)用優(yōu)勢：

1) 采用高性能M4F內(nèi)核，具有128MHz主頻，64KB Flash配備16KB SRAM，執(zhí)行保護算法效率更高，響應(yīng)更及時。

2) 高達5Msps采樣率的12bit ADC，采樣及異常響應(yīng)速度更快。

3) 自帶硬件加密存儲及分區(qū)隔離保護功能，可防止對軟件算法的破解。

2. 低壓配電端案例--智能斷路器

相比傳統(tǒng)斷路器，智能斷路器集監(jiān)控、保護、通信為一體，增加了計量、故障指示、遠程控制、APP控制等功能，對于電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性、安全性非常重要，不僅可防止過載而引發(fā)火災(zāi)，還可實現(xiàn)高用電量設(shè)備的節(jié)電管理和能耗分析等智能化管理，可用于建筑智能化系統(tǒng)、移動基站、智慧充電樁等各種用電場所的供電系統(tǒng)的安全用電管理。

根據(jù)智能斷路器產(chǎn)品性能要求不同，國民技術(shù)有多款產(chǎn)品可以很好匹配，并已得到廣泛量產(chǎn)使用，包括N32G031、N32G430、N32L40x、N32G455、N32G457、以及N32WB452（藍牙MCU）。

基于N32G455芯片實現(xiàn)的智能斷路器具有人機交互、電壓和電流監(jiān)控測量、繼電器開關(guān)控制、ADC模擬量采集、E2PROM讀寫、液晶顯示等功能。

N32G455應(yīng)用優(yōu)勢：

1) 具有144MHz高主頻，高達180DMIPS，提升算法運行效率和產(chǎn)品實時響應(yīng)能力。

2) 5Msps高速12bit ADC，保證溫度等模擬量的精確實時采樣。

3) 支持SPI、UART等多種接口，接口資源豐富，可拓展性好。

4) 內(nèi)置硬件加密，保護敏感數(shù)據(jù)和算法代碼安全。

5) -40℃~105℃工業(yè)級溫度范圍和±4kV ESD抗靜電，提升抗干擾能力。

3. 用電端案例--智能變頻器

隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器應(yīng)用十分廣泛。變頻器根據(jù)電機的實際需要來調(diào)整輸出電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的。除了產(chǎn)品性能和品質(zhì)保障要求，過流、過壓、過載保護等故障保護，以及知識產(chǎn)權(quán)保護等因素，也是變頻器需要考慮的問題。

該類應(yīng)用中已獲得量產(chǎn)的型號包括N32G031、N32G435、N32G455、N32G457等，其中國民技術(shù)N32G435等系列具有接口豐富、系統(tǒng)穩(wěn)定、開發(fā)簡易、加密安全等特點，可為變頻器實現(xiàn)人機UI交互、電機PWM驅(qū)動、ADC多路模擬量采集、SPI Flash讀寫、片內(nèi)Flash加密存儲以及讀寫保護等多種功能提供支持。

N32G435應(yīng)用優(yōu)勢：

1) 采用Cortex-M4F內(nèi)核，108MHz主頻，支持浮點運算和DSP指令，達135DMIPS，內(nèi)置2KB 指令緩存，支持Flash加速單元執(zhí)行程序0等待。

2) PWM觸發(fā)ADC采樣，死區(qū)時間可編程的互補輸出，外部信號與定時器互聯(lián)的同步電路，具有對電機的精確控制能力。

3) 高達52個GPIO，2路SPI，6路UART，16路ADC等豐富資源。

4) 硬件密碼引擎，F(xiàn)lash加密存儲，不可逆的讀寫保護設(shè)置。

4. 用電端案例--逆變器

逆變器是基于電壓逆變工作原理將DC轉(zhuǎn)化為AC的一種特殊變壓器，在汽車、戶外用電、應(yīng)急電源等場所用于將電池或電瓶供給的低壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20V交流電供設(shè)備使用。

該類應(yīng)用中已獲得量產(chǎn)的型號包括N32G430、N32G031、N32G435、N32G455等，其中基于N32G455實現(xiàn)的逆變器具有三大特點：一是啟動速度快，轉(zhuǎn)換效率高；二是安全性能好，產(chǎn)品具備短路、過載、過/欠電壓、超溫等保護功能；三是帶負載適應(yīng)性與穩(wěn)定性強。

N32G455應(yīng)用優(yōu)勢：

1) 32位高性能ARM Cortex-M4F，運行速率最高144MHz。

2) 高穩(wěn)定性，滿足-40℃~105℃工作溫度范圍，無懼戶外各種惡劣天氣條件影響。

3) 內(nèi)置高性能模擬接口，具有4個12bit 5Msps高速ADC，支持差分模式；帶4個軌到軌運算放大器等模擬資源。

4) 通訊接口豐富，配置了7個串口，3個SPI接口，4個I2C接口，以及2個CAN總線接口等。

5) 豐富的定時器資源：集成2個高級定時器，每個定時器有4個獨立的通道，其中3個通道支持6路互補PWM輸出，最高控制精度6.9nS。

6) 內(nèi)置密碼算法硬件加速引擎，具有高安全性。

5. 計量端案例--電表協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊（采集器）

對用戶用電進行智能化管理不僅可以降低運營成本，而且可以提高能源使用效率。采集器位于電表和集中器之間，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集不同時段（峰、谷、平）電表數(shù)據(jù)，保存、通過響應(yīng)集中器的命令上傳數(shù)據(jù)或者向電表下傳執(zhí)行命令（如切斷用戶用電）。

基于N32G455的電表協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊通過RS232等通訊方式管理多個電表和收集電表數(shù)據(jù)，然后通過電力載波把這些電表的數(shù)據(jù)上傳給集中器，適用于集中裝表的情況，可使用它來采集每個電表的數(shù)據(jù)。

N32G455應(yīng)用優(yōu)勢：

1) 豐富通信接口，3路USART實現(xiàn)RS485、無線模塊數(shù)據(jù)、RS232數(shù)據(jù)交換。

2) 144MHz高主頻，180DMIPS，支持高速運算處理能力：

● 支持多種規(guī)約解析，包括：DL/T645、DL/T376.1、DL/698.45。

● 實時傳輸多參數(shù)，如：有功電度、無功電度、功率因素、A相電壓、B相電壓、C相電壓傳輸和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

● 可同時處理多達8塊電表數(shù)據(jù)上傳及電表狀態(tài)控制。

● 數(shù)據(jù)采集精準，支持多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

6. 計量端案例--三相導軌式電能表

三相電能表是基于三相電的智能電能表，由測量單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元等組成。三相導軌式電能表采用模塊化結(jié)構(gòu)，體積小巧，安裝方便，運行可靠，為低壓照明終端的電能計量提供了有效的解決方案，可廣泛應(yīng)用于樓宇、商場、會展中心、學校、機場、港口及工廠等用電計量。

電力計量場景推薦型號包括N32G430、N32G452、N32L406、N32G435、N32G455。其中N32L406采用增強工業(yè)級可靠性技術(shù)，適應(yīng)復(fù)雜電氣環(huán)境，增強電表可靠性。基于N32L406實現(xiàn)的三相導軌式電能表的主要功能特點包括：強弱電分離設(shè)計、雙向電能計量、預(yù)付費、參數(shù)可編程等。

N32L406應(yīng)用優(yōu)勢：

1) 基于Cortex-M4F內(nèi)核，支持FPU浮點運算，提供1.25DMIPS/MHz的優(yōu)異性能。

2) 在STOP2模式下工作電流約為2uA，4MHz低功耗運行模式工作電流在1mA以內(nèi)，可以有效降低產(chǎn)品功耗。

3) 片內(nèi)集成2個SPI，速率可達16Mbps；5個串口波特率可配置，支持DMA，最高波特率可達2Mbit/s，可以滿足電表產(chǎn)品各種應(yīng)用功能高速接口需求。

4) 芯片具備硬件級高安全性，為代碼安全以及用戶數(shù)據(jù)安全提供保護。

7. 能量儲存案例--短交通電池BMS控制板

BMS是專門用來進行電池運行管理的模塊，N32G031、N32G43x、N32L40x、N32G452、N32WB452（藍牙MCU）等系列MCU已經(jīng)應(yīng)用消費，工業(yè)、汽車領(lǐng)域的BMS電池管理系統(tǒng)中，其中基于N32G45x實現(xiàn)的短交通電池BMS控制板具有高效節(jié)能、安全保護、實時監(jiān)控、可擴展性好等功能特點。

N32G452應(yīng)用優(yōu)勢：

1) 144M主頻，F(xiàn)LASH支持ICACE和預(yù)取，支持FPU和MMU指令，可高效率運行SOC、SOP、SOH等BMS核心控制算法，精準修正單節(jié)電池充/放電狀態(tài)，實現(xiàn)總輸入/輸出功率和電池組健康狀態(tài)的檢測。

2) 內(nèi)置2個5Msps采樣率的12bit獨立ADC，可同時工作，多達16個采樣通道，輕松實現(xiàn)過壓檢測、欠壓保護、短路關(guān)斷、溫度檢測、電池均衡控制等各種安全保護功能。

3) 豐富的外設(shè)接口，支持UART、IIC、SPI等接口，同時支持CAN，實現(xiàn)故障診斷和警告上報，支持BMS系統(tǒng)的無線連接管理與監(jiān)控。

4) 接口靈活，單芯片滿足未來新國標應(yīng)用，可通過手機APP對BMS控制板固件進行升級

5) 選擇內(nèi)置BLE的N32WB452系列MCU，可實現(xiàn)手機APP升級BMS控制板固件，并且FLASH自帶加密存儲功能，保護用戶算法代碼。

8. 能量儲存案例--戶外電源

戶外電源主要由內(nèi)置電池組、MPPT模塊、雙向逆變模塊以及直流輸出模塊等模塊單元組成，各個模塊都需要內(nèi)置MCU來實現(xiàn)狀態(tài)采集、功能控制、通信和保護等功能，國民技術(shù)多款MCU產(chǎn)品獲得國內(nèi)移動儲能行業(yè)標桿用戶應(yīng)用。N32G031、N32G430、N32L403、N322G455等MCU已被用于電源主控、顯示、AFE前端或逆變模塊，具有高性能、低功耗、高集成度、高可靠性、安全等特點。

N32G031、N32G430、N32L403、N322G455應(yīng)用優(yōu)勢：

1) 系列化的產(chǎn)品可滿足主控板、顯示板、逆變、MPPT、BMS等多種功能模塊的應(yīng)用需求。

2) 內(nèi)置先進模擬外設(shè)，包括5Msps 12bit ADC，比較器和運放等，可節(jié)省外部芯片。

3) 內(nèi)置Segment LCD驅(qū)動，可直接驅(qū)動無源液晶進行電源狀態(tài)顯示。

4) 提供信息安全解決方案。

5) 高可靠性，全系列支持105℃耐溫。

電力行業(yè)應(yīng)用N32系列MCU主要資源

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