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Flexible Chip-Plattformen ermöglichen kostengünstige intelligente Zähler

Hochintegrierte ICs für Smart Meters

6. März 2013, 12:43 Uhr | Von Günter Neidhardt, STMicroelectronics

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Energiemesseinheit, Steuereinheit und Kommunikationseinheit

Zur Messung der elektrischen Energie werden üblicherweise dedizierte intergriert Schaltkreise verwendet, die Strom und Spannung gleichzeitig messen und aus den gemessenen Werten automatisch den Energieverbrauch bestimmen. STMicroelectronics stellt dafür die Schaltkreise der STPM Serie zur Verfügung. Die ICs STPM01 und STPM10 sind dabei für Ein-Phasen-Zähler bestimmt, während das modulare System STPMS2 (Sensor) und STPMC1 (Calculator) für Drei-Phasen-Anwendungen optimiert ist.

Allen gemeinsam ist die Messung von Schein-, Wirk- und Blindleistung entsprechend der Standards sowohl in der Grundwelle als auch mit Berücksichtigung der Oberwellen. Als Stromsensor können Shunt-Widerstände (auch in Drei-Phasen-Zählern), Strom-Transformer und Rogowsky-Spulen benutzt werden. Durch die Möglichkeit zur schnellen digitalen Kalibrierung werden sehr kurze Testzeiten erreicht und somit auch während des Produktionsprozesses Kosten gespart.

Die Steuereinheit wird in den meistens Anwendungen mit 32-Bit-Controllern mit ARM-Cortex-M-Core realisiert. STMicroelectronic bietet hier mit der STM32-Familie eine breite Produktpalette, die für jeden Anwendungsfall den geeigneten Controller zur Verfügung stellt. Sie beruhen auf einer einheitlichen Architektur. Das ermöglicht eine hohe Flexibilität für den Applikationsentwickler, denn die Kompatibilität ermöglicht es, sehr einfach Softwarebausteine auf die unterschiedlichen STM32-Varianten zu portieren und so mit geringem Aufwand den kostengünstigsten Controller auszuwählen. Die STM32-Familie zeichnet sich durch eine besondere Architektur und Echtzeit-Performance aus. Wegen des guten Wirkungsgrads und der Ultra-Low-Power-Eigenschaften wird die Nutzung der STM32-Familie in Systemen ermöglicht, die eine sehr geringe Stromaufnahme erfordern, etwa in batterieversorgten Gas- und Wasserzählern. Zusammen mit der großen Zahl von innovativen Peripherien, der unfangreichen Integration von Hilfsschaltungen wie Oszillatoren, PLL, Real-Time-Clock oder Watchdog-Timer und der großen Zahl an verfügbaren Tools und Libraries eignet sich die STM32-Familie gut für den Einsatz in Smart Meters.

Die Übertragung der Messwerte der Elektrizitätszähler zu den Energieversorgern wird in den meisten Fällen über PLC realisiert. STMicroelectronics bietet dafür die STarGRID-Power-Line-Communication-SOC-Plattform (ST7570, ST7580 und ST7590) an. Diese Bausteine sind complient zu wichtigen offenen, international standardisierten und vielfach genutzen Kommunikationsprotokollen wie IEC61334-5-1, Prime sowie Meters & More und ermöglichen so das einfache Design der Kommunikationseinheit für verschiedene Protokolle auf derselben Plattform. Die Bausteine der STarGRID-Familie sind hochintregriert und vereinen den Physical-Layer-Prozessor, den Protokoll-Prozessor, das analoge Frontend, den Power-Line-Treiber, einen Encryption-Prozessor und andere Funktionen auf einem einzigen Chip, so dass sie kostengünstig zur Verfügung stehen.