发力电力能源！N32系列MCU全面助力“绿色化”发展

来源:芯智讯发布时间:2023-02-16443浏览

智能电网（Smart Grid）指电网的智能化（智能电力），也被称为“电网2.0”，它是基于集成的高效双向通信网络，采用先进的传感技术和测量技术，先进的设备技术与控制方法，以及先进的决策支持系统而构建的智能化应用，以实现电网的可靠、安全、经济、高效运行，环境友好和使用安全目标。为了实现更高效率的电能转换，发电、输电、变电、配电、用电等智能化设备设施使用的控制芯片需要具有更高的性能、更强的实时性，更好的运行稳定可靠性。

国民技术拥有高性能SoC架构技术、低功耗技术、数模混合设计架构技术、高可靠性技术、安全性技术等核心技术并持续创新，基于成熟的ARM内核，在业内率先推出了40nm工艺制程的32位N32系列通用MCU产品，凭借高可靠性、高稳定性、高集成特性等优势特点，N32系列MCU可用于采集器、专变采集终端、能源控制器、断路器、电表、数显表等低压配电场景。芯片内置有国际/国密双标准密码算法硬件加速引擎，支持HPLC升级应用。今年将推出的更高性能N32H系列MCU产品可满足电网配变电终端新标准要求，可用于高压配电FTU/TTU/DTU三合一统一平台应用，进一步拓展电力能源领域市场。

目前，N32系列通用MCU的多款型号已批量应用于光伏关断器、智能断路器、继电器、采集器、营配终端、变频器、逆变器、电能计量、BMS与储能电源、充电桩等多个电力能源产品，并获得行业客户广泛认可。

电力应用案例

1. 低压配电端案例--光伏关断器

当电网侧停电时，光伏关断器既能通过失压保护、防孤岛保护功能辅助防止光伏系统反送电，又能实时监测开关状态，验证涉网保护是否正确和可靠地动作，可实现电力载波信号的调制解调，市电异常检测，异常时发送关机命令，温度采样及过温保护，以及相关信息监控等。通过电力载波方式进行通信无需另外增加通信线，可以降低系统成本及减少系统故障点。

N32G430、N32G435等系列产品的功能与性能满足光伏关断器主控MCU要求，并且已经得到量产使用。

N32G430实现光伏关断器具有如下应用优势：

1) 采用高性能M4F内核，具有128MHz主频，64KB Flash配备16KB SRAM，执行保护算法效率更高，响应更及时。

2) 高达5Msps采样率的12bit ADC，采样及异常响应速度更快。

3) 自带硬件加密存储及分区隔离保护功能，可防止对软件算法的破解。

2. 低压配电端案例--智能断路器

相比传统断路器，智能断路器集监控、保护、通信为一体，增加了计量、故障指示、远程控制、APP控制等功能，对于电力系统运行的稳定性、可靠性、安全性非常重要，不仅可防止过载而引发火灾，还可实现高用电量设备的节电管理和能耗分析等智能化管理，可用于建筑智能化系统、移动基站、智慧充电桩等各种用电场所的供电系统的安全用电管理。

根据智能断路器产品性能要求不同，国民技术有多款产品可以很好匹配，并已得到广泛量产使用，包括N32G031、N32G430、N32L40x、N32G455、N32G457、以及N32WB452（蓝牙MCU）。

基于N32G455芯片实现的智能断路器具有人机交互、电压和电流监控测量、继电器开关控制、ADC模拟量采集、E2PROM读写、液晶显示等功能。

N32G455应用优势：

1) 具有144MHz高主频，高达180DMIPS，提升算法运行效率和产品实时响应能力。

2) 5Msps高速12bit ADC，保证温度等模拟量的精确实时采样。

3) 支持SPI、UART等多种接口，接口资源丰富，可拓展性好。

4) 内置硬件加密，保护敏感数据和算法代码安全。

5) -40℃~105℃工业级温度范围和±4kV ESD抗静电，提升抗干扰能力。

3. 用电端案例--智能变频器

随着工业自动化程度的不断提高，变频器应用十分广泛。变频器根据电机的实际需要来调整输出电源电压，进而达到节能、调速的目的。除了产品性能和品质保障要求，过流、过压、过载保护等故障保护，以及知识产权保护等因素，也是变频器需要考虑的问题。

该类应用中已获得量产的型号包括N32G031、N32G435、N32G455、N32G457等，其中国民技术N32G435等系列具有接口丰富、系统稳定、开发简易、加密安全等特点，可为变频器实现人机UI交互、电机PWM驱动、ADC多路模拟量采集、SPI Flash读写、片内Flash加密存储以及读写保护等多种功能提供支持。

N32G435应用优势：

1) 采用Cortex-M4F内核，108MHz主频，支持浮点运算和DSP指令，达135DMIPS，内置2KB 指令缓存，支持Flash加速单元执行程序0等待。

2) PWM触发ADC采样，死区时间可编程的互补输出，外部信号与定时器互联的同步电路，具有对电机的精确控制能力。

3) 高达52个GPIO，2路SPI，6路UART，16路ADC等丰富资源。

4) 硬件密码引擎，Flash加密存储，不可逆的读写保护设置。

4. 用电端案例--逆变器

逆变器是基于电压逆变工作原理将DC转化为AC的一种特殊变压器，在汽车、户外用电、应急电源等场所用于将电池或电瓶供给的低压直流电转变为220V交流电供设备使用。

该类应用中已获得量产的型号包括N32G430、N32G031、N32G435、N32G455等，其中基于N32G455实现的逆变器具有三大特点：一是启动速度快，转换效率高；二是安全性能好，产品具备短路、过载、过/欠电压、超温等保护功能；三是带负载适应性与稳定性强。

N32G455应用优势：

1) 32位高性能ARM Cortex-M4F，运行速率最高144MHz。

2) 高稳定性，满足-40℃~105℃工作温度范围，无惧户外各种恶劣天气条件影响。

3) 内置高性能模拟接口，具有4个12bit 5Msps高速ADC，支持差分模式；带4个轨到轨运算放大器等模拟资源。

4) 通讯接口丰富，配置了7个串口，3个SPI接口，4个I2C接口，以及2个CAN总线接口等。

5) 丰富的定时器资源：集成2个高级定时器，每个定时器有4个独立的通道，其中3个通道支持6路互补PWM输出，最高控制精度6.9nS。

6) 内置密码算法硬件加速引擎，具有高安全性。

5. 计量端案例--电表协议转换模块（采集器）

对用户用电进行智能化管理不仅可以降低运营成本，而且可以提高能源使用效率。采集器位于电表和集中器之间，通过物联网技术采集不同时段（峰、谷、平）电表数据，保存、通过响应集中器的命令上传数据或者向电表下传执行命令（如切断用户用电）。

基于N32G455的电表协议转换模块通过RS232等通讯方式管理多个电表和收集电表数据，然后通过电力载波把这些电表的数据上传给集中器，适用于集中装表的情况，可使用它来采集每个电表的数据。

N32G455应用优势：

1) 丰富通信接口，3路USART实现RS485、无线模块数据、RS232数据交换。

2) 144MHz高主频，180DMIPS，支持高速运算处理能力：

● 支持多种规约解析，包括：DL/T645、DL/T376.1、DL/698.45。

● 实时传输多参数，如：有功电度、无功电度、功率因素、A相电压、B相电压、C相电压传输和数据转换。

● 可同时处理多达8块电表数据上传及电表状态控制。

● 数据采集精准，支持多种数据业务。

6. 计量端案例--三相导轨式电能表

三相电能表是基于三相电的智能电能表，由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成。三相导轨式电能表采用模块化结构，体积小巧，安装方便，运行可靠，为低压照明终端的电能计量提供了有效的解决方案，可广泛应用于楼宇、商场、会展中心、学校、机场、港口及工厂等用电计量。

电力计量场景推荐型号包括N32G430、N32G452、N32L406、N32G435、N32G455。其中N32L406采用增强工业级可靠性技术，适应复杂电气环境，增强电表可靠性。基于N32L406实现的三相导轨式电能表的主要功能特点包括：强弱电分离设计、双向电能计量、预付费、参数可编程等。

N32L406应用优势：

1) 基于Cortex-M4F内核，支持FPU浮点运算，提供1.25DMIPS/MHz的优异性能。

2) 在STOP2模式下工作电流约为2uA，4MHz低功耗运行模式工作电流在1mA以内，可以有效降低产品功耗。

3) 片内集成2个SPI，速率可达16Mbps；5个串口波特率可配置，支持DMA，最高波特率可达2Mbit/s，可以满足电表产品各种应用功能高速接口需求。

4) 芯片具备硬件级高安全性，为代码安全以及用户数据安全提供保护。

7. 能量储存案例--短交通电池BMS控制板

BMS是专门用来进行电池运行管理的模块，N32G031、N32G43x、N32L40x、N32G452、N32WB452（蓝牙MCU）等系列MCU已经应用消费，工业、汽车领域的BMS电池管理系统中，其中基于N32G45x实现的短交通电池BMS控制板具有高效节能、安全保护、实时监控、可扩展性好等功能特点。

N32G452应用优势：

1) 144M主频，FLASH支持ICACE和预取，支持FPU和MMU指令，可高效率运行SOC、SOP、SOH等BMS核心控制算法，精准修正单节电池充/放电状态，实现总输入/输出功率和电池组健康状态的检测。

2) 内置2个5Msps采样率的12bit独立ADC，可同时工作，多达16个采样通道，轻松实现过压检测、欠压保护、短路关断、温度检测、电池均衡控制等各种安全保护功能。

3) 丰富的外设接口，支持UART、IIC、SPI等接口，同时支持CAN，实现故障诊断和警告上报，支持BMS系统的无线连接管理与监控。

4) 接口灵活，单芯片满足未来新国标应用，可通过手机APP对BMS控制板固件进行升级

5) 选择内置BLE的N32WB452系列MCU，可实现手机APP升级BMS控制板固件，并且FLASH自带加密存储功能，保护用户算法代码。

8. 能量储存案例--户外电源

户外电源主要由内置电池组、MPPT模块、双向逆变模块以及直流输出模块等模块单元组成，各个模块都需要内置MCU来实现状态采集、功能控制、通信和保护等功能，国民技术多款MCU产品获得国内移动储能行业标杆用户应用。N32G031、N32G430、N32L403、N322G455等MCU已被用于电源主控、显示、AFE前端或逆变模块，具有高性能、低功耗、高集成度、高可靠性、安全等特点。

N32G031、N32G430、N32L403、N322G455应用优势：

1) 系列化的产品可满足主控板、显示板、逆变、MPPT、BMS等多种功能模块的应用需求。

2) 内置先进模拟外设，包括5Msps 12bit ADC，比较器和运放等，可节省外部芯片。

3) 内置Segment LCD驱动，可直接驱动无源液晶进行电源状态显示。

4) 提供信息安全解决方案。

5) 高可靠性，全系列支持105℃耐温。

电力行业应用N32系列MCU主要资源

关于国民技术

国民技术股份有限公司（简称：国民技术）2000年源于国家“909”集成电路专项工程成立，2010年创业板上市（股票代码:300077），是通用MCU、安全芯片领先企业和国家高新技术企业，拥有博士后科研工作站。总部位于深圳，在北京、上海、武汉、西安、重庆、香港、新加坡、洛杉矶、日本等地设有分支机构。主营产品包括：通用MCU、安全芯片、可信计算芯片、智能卡芯片、蓝牙芯片、RCC创新产品等，广泛应用于网络安全认证、电子银行、电子证照、移动支付与移动安全、物联网、工业联网及工业控制、智能家电及智能家庭物联网终端、消费电子、电机驱动、电池及能源管理、智能表计、医疗电子、汽车电子、安防、生物识别、通讯、传感器、机器自动化等应用方向。

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