數字化與信息化是時代發展的趨勢,不知不覺中,具有高精度、寬量程、遠程抄表等特點的智能電表已經走進千家萬戶,成為現代電網不可或缺的一部分。智能電表需要將數據實時上傳,在供電電壓突發斷電的情況下,需要依靠后備電源將數據保存并上傳服務器。因此,智能電表供電方案的特點之一是需要設計后備電源。
通常,智能電表采用超級電容作為后備電源。在輸入電壓正常時,供電系統需要將輸入電壓轉換為需要的低電壓為超級電容充電;當檢測到輸入掉電時,供電系統需要使用Boost升壓變換器將超級電容兩端的低壓轉換為高壓向輸入供電。因此,智能電表傳統供電方案包含Buck、LDO(為超級電容充電)、Boost三顆芯片,比較復雜。是否能采用更加簡單的方案解決智能電表的供電問題呢?MPS全新推出的MP5493將這種想法變為了現實。
1、創新設計,高度集成
MP5493創新架構設計,使用單顆芯片即可實現帶后備的供電方案。其內置兩路變換器,其中一路為Buck降壓變換器,實現把母線電壓降低至電表需要的3.3V或者5V電壓,為后級MCU提供電能,滿載電流為0.6A。
另一路變換器可以根據電路狀態工作在Buck降壓模式或者Boost升壓模式;當母線電壓保持正常時,變換器工作在Buck模式,將母線電壓降低至超級電容的額定電壓為其充電,而當母線掉電,且母線電壓低于設定的閾值時,變換器將轉換為Boost升壓模式,將超級電容的電壓升壓以維持輸入電壓,保證第一路輸出在一定時間內維持不變,使電表采集的信息可以及時上傳,不至丟失。
圖2:傳統供電方案與基于MP5493的供電方案的比較
2、超小封裝,優化成本
得益于創新的架構設計與MPS先進工藝技術,MP5493采用TSOT23-8的超小封裝,芯片尺寸只有3mm*3mm。使用單顆MP5493供電的外圍器件也將少于傳統的三顆芯片的方案,進一步降低電路尺寸與BOM成本。通過成本的優化提升電表產品的性價比,幫助其在激烈的市場競爭中脫穎而出。
圖3:MP5493 3D模型圖
圖4:MP5493 應用電路圖
3、功能豐富,性能優異
MP5493提供全方位的保護功能,包括帶打嗝保護模式的電流限制(OCP)、輸出電路保護(SCP)、輸出過壓保護(OVP)、過溫關斷保護(OTP),保證芯片安全應對各種復雜工作情況,避免嚴重故障的發生,提高了供電系統及整機產品的可靠性。
與傳統方案相比,通道2在Buck模式下的輸出電壓可以通過外置電阻調整,提高了供電系統的靈活性。MP5493還集成輸入掉電指示功能,在檢測輸入掉電時向后級控制器輸出信號,幫助系統及時做出反應。
此外,MP5493通過減小輕載下的開關次數和降低內置MOSFET的導通電阻,獲得了全負載范圍內較高的能量轉換效率。如圖5所示,即使電感DCR較大,通道1的能量轉換效率仍可達88%,滿載溫升低于10K。
圖5:通道1典型效率曲線
圖6展示了由VIN掉電后超級電容后備供電切入過程的波形圖。VIN開始下降約2毫秒后,MP5493檢測到輸入電壓低于設定的閾值開始從超級電容Boost供電。整個過程通道1的輸出電壓非常穩定,不會受到電源切換的影響。
圖6:通道2工作為Boost模式向VIN供電
MPS新推出的MP5493提供了高集成、小封裝、低成本、多功能、高性能的智能電表供電方案。該方案也可用于電力線載波通訊等其他需要后備電源的場景,歡迎廣大工程師朋友進一步了解。
編輯:黃飛
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