恩智浦MCX N系列MCU助力定义新一代高智能断路器

随着智能电力系统的不断发展，对断路器(ACB MCCB)稳定性和安全性要求越来越高，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。具有更好的实时性，更好的运行稳定可靠性。从而实现电网的可靠、安全、经济、高效运行。

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。

其中新一代智能断路器需要具备故障诊断，谐波分析，健康状态管理，泛在物联，边缘计算（ACB）等功能，恩智浦新一代MCX N94x系列MCU采用双核心M33设计，同时支持AI核心功能。能使断路器具备故障推测及学习的能力，智能交流电弧检测技术。同时提供了eIQ Porta工具帮助客户训练人工智能模型，可大大提升断路器的智能化水平。

图1 eIQ Porta工具界面

同时MCX N94x采用双核心设计，可以实现将断路器的通信及控制逻辑与实时保护算法分属在不同的内核中实现。产品性能和成本较双芯片方案有明显的优势。同时相比传统框架断路器（ACB）部分产品采用的双MCU方案，双核心架构的芯片，内核之间通信的速度和效率更高。此外软件架构上可采用生产者-消费者模型，一个核心专注于长延时，短延时，瞬动等保护算法的执行，将故障及状态通过MCU内部的MailBox提供给另外一个核心获取；另一个核心获取并消费这些信息，同时进行一些通信及控制逻辑的实现。如此，一方面保证核心断路器保护算法的可靠性、实时性；另一方面也提升了诸如应用功能如谐波分析，健康状态管理，人机界面，泛在物联等非实时功能的可实现性。

图2 生产者消费者模型

此外，为了最大程度保证断路器软硬件的可靠性，符合IEC61508及IEC60730相关功能安全标准要求，必然成为下一代智能断路器的技术要求。

图3 NXP IEC 60730功能安全库的组成

恩智浦MCX N94x MCU针对功能安全的需求专门提供了库方便用户快速集成功能安全的相关功能，功能安全库按功能划分主要分为对CPU进行测试和对外设进行测试，按工作模式划分也可分为复位后的单次自检及在程序运行过程中的定时自检，复位后单次自检可包含对看门狗、内部Flash、RAM，PC指针、程序运行栈及模拟或数字IO口的测试，另外在程序运行过程中，除去用户的应用代码以外，仍然需要周期性的对CPU的寄存器、Flash、RAM、程序运行栈及模拟或数字IO口进行自检测试。

断路器通过部署符合IEC61508标准的功能安全，在强电磁干扰的情况下，可有效降低MCU及控制系统出错概率，保证系统软件功能的可靠性。防止出现误动作，误保护的情况。

图4 功能安全的执行流程图

最后，根据智能断路器产品性能要求不同，恩智浦很好匹配包括基于恩智浦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（辅助触点）、E2PROM读写、液晶显示等功能。

恩智浦MCX N94x拥有高性能SoC架构技术、出色的低功耗技术、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，凭借高可靠性、高稳定性、高集成特性等优势特点，可应用于各种工业场合，推动更多创新技术。