配电终端DTU系统的主控及供电电源解决方案

【导读】国网新规要求DTU采用双核设计，区分实时核和管理核。实时核需要MCU保证完成保护和高速采样，管理核需要高性能处理器实现状态检测数据接收和分析及通信。先楫高性能MCU HPM6000 系列产品，支持单核双核RISC-V架构，凭借其高算力、高可靠性、低功耗、高集成性等优势特点，可满足电网配变电终端新标准要求。而电源系统是‌确保能够为DTU的控制单元、‌通信单元和开关单元提供持续的电力支持，‌特别是在外部输入断电的情况下，‌仍能不间断地为负载供电，‌这保证了DTU在电力故障或中断时仍能正常工作，‌及时响应和处理，‌提高供电的可靠性和效率。

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电力DTU用MCU选型要点

电力DTU（‌Distribution Terminal Unit）‌作为电力系统中重要的数据采集和监控设备，‌其性能和功能直接关系到电力系统的稳定运行。‌在设计和选择MCU时，‌需要考虑以下几个关键因素：‌

（1）实时性

‌MCU需要保证DTU的实时性，‌以完成保护和高速采样的任务。‌这要求MCU具有快速响应的能力，‌确保在关键时刻能够迅速执行指令。‌

（2）高速采样

‌由于电力系统需要实时监测各种参数，‌如电压、‌电流等，‌因此MCU需要支持高速采样，‌以获取准确的实时数据。‌

（3）通信功能

‌MCU需要具备强大的通信能力，‌支持多种通信协议和接口，‌以便与上级管理系统进行有效的数据传输。‌

（4）状态监测数据接收和数据分析功能

‌MCU需要能够接收和分析处理状态监测数据，‌支持就地化数据存储与决策分析，‌这要求MCU具有强大的数据处理和分析能力。‌

此外，‌为了满足电力系统的特殊需求，‌MCU还需要支持多种安全特性，‌如加密算法和北斗对时等，‌以确保数据的安全性和准确性。‌同时，‌考虑到电力系统的运行环境可能极为苛刻，‌MCU还需要具备高可靠性和稳定性，‌能够在极端条件下长时间稳定工作。

方案推荐：基于先楫HPM6750IVM的DTU/FTU最小系统核心板方案

考虑到系统的秒级响应要求、电网对自主可控的要求等因素，选用了先楫半导体的高性能MCU HPM6750IVM设计了一款DTU/FTU最小系统核心板，MCU为BGA289封装，多达195个GPIO；2M的SRAM，灵活可选容量的外挂FLASH；内部DSP单元，支持SIMD和DSP指令；RISC-V双内核完全自主可控，主频816M，创下了高达9220CoreMark和高达4651DMIPS的MCU性能记录。芯片工作温度在-40℃~105℃，满足电力行业苛刻工作环境。

方案优势

  •  双千兆以太网：根据标准要求，扩展了一路SPI转以太网接口

  •  双USB接口：支持扩展网口与外挂4G

  •  17路串口：满足串口通信需求

  •  4路高速SPI：支持外挂加密芯片、ADC芯片、SPI转以太网芯片

  •  4路IIC：支持外挂实时时钟、温湿度传感器等

  •  1个16bit ADC和3个12bit ADC：支持模拟量的采集

应用场景

新能源、电力配网DTU、配电柜、电池化成分容下位机等场景。

电源选型推荐

DTU系统的电源解决方案，主要考虑到不间断供电的问题，所以需要双电源供电的一个供电形式，主流的供电方式一般是有两部分组成，一部分是大功率300W或者500W的AC/DC充电电源，这个电源一般两路输出，一路给后级的板卡进行供电，一方面给后级的蓄电池或者是超级电容进行充电;另外的部分就是蓄电池或者超级电容，这个主要是在市电断电的情况下，保证整个系统的正常运行。

另外，电网对于EMC方面的要求比较苛刻，特别是浪涌方面，需要完全满足4级的要求。主电源和蓄电池都掉电时，系统掉电保持时间500mS以上。

如果铅酸电池的电压值为48V，推荐选用金升阳MBP500-2A54D54的接线式电源，它具备电池充电功能，工业级工作温度：-40℃~+70℃；2500VAC 高隔离电压；最大瞬时过功率达540W；优越的EMC性能；接线式安装。

如果铅酸电池的电压值为24V，可以选用金升阳的MBP300-2A27D27的接线式电源，可对24V的铅酸电池充电，稳态功率达到351W。

遥测系统的供电需要高隔离电源的供电，主要是考虑到端口浪涌的问题；另外这个电源同时需要满足24V与48V输入供电的要求，推荐金升阳的URF4824LP-10WR3。它具有3000VDC的高隔离电压；18-75V的超宽输入范围；空载功耗低至0.12W；工作温度：-40℃~+85℃；输入欠压保护，输出过压、短路、过流保护；裸机满足CISPR22/EN55022 CLASS A。

主控板的电源，同样需要满足兼容24V与48V输入的电压范围，一方面需要24V给通信模块供电，另外还需要5V给主板进行供电，所以这里推荐两款DC/DC电源模块，分别为URB4824LD-30WHR3与URB2405LD-20WR3，选择前级电源功率范围30-50W之间，选择后级电源功率范围在10W~20W之间。

URB4824LD-30WHR3具备1500VDC隔离电压，18-75V输入电压范围，24V稳定电压输出30W电源输出功率，效率高达90%，自带散热片封装，具备UL与CE认证，空载功耗低至0.14W。URB2405LD-20WR3具备1500VDC隔离电压，9-36V输入电压范围，5V稳定电压输出，20W电源输出功率，40~85°C的工作温度范围，效率高达90%，具备UL与CE认证。

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