基于MP5493的智能電表供電方案

數(shù)字化與信息化是時代發(fā)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(jīng)走進千家萬戶，成為現(xiàn)代電網(wǎng)不可或缺的一部分。智能電表需要將數(shù)據(jù)實時上傳，在供電電壓突發(fā)斷電的情況下，需要依靠后備電源將數(shù)據(jù)保存并上傳服務(wù)器。因此，智能電表供電方案的特點之一是需要設(shè)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(tǒng)需要將輸入電壓轉(zhuǎn)換為需要的低電壓為超級電容充電；當(dāng)檢測到輸入掉電時，供電系統(tǒng)需要使用Boost升壓變換器將超級電容兩端的低壓轉(zhuǎn)換為高壓向輸入供電。因此，智能電表傳統(tǒng)供電方案包含Buck、LDO（為超級電容充電）、Boost三顆芯片，比較復(fù)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?yōu)榱爽F(xiàn)實。

1、創(chuàng)新設(shè)計，高度集成

MP5493創(chuàng)新架構(gòu)設(shè)計，使用單顆芯片即可實現(xiàn)帶后備的供電方案。其內(nèi)置兩路變換器，其中一路為Buck降壓變換器，實現(xiàn)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(jù)電路狀態(tài)工作在Buck降壓模式或者Boost升壓模式；當(dāng)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(dāng)母線掉電，且母線電壓低于設(shè)定的閾值時，變換器將轉(zhuǎn)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(nèi)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(tǒng)供電方案與基于MP5493的供電方案的比較

2、超小封裝，優(yōu)化成本

得益于創(chuàng)新的架構(gòu)設(shè)計與MPS先進工藝技術(shù)，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(tǒng)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(yōu)化提升電表產(chǎn)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(yīng)用電路圖

3、功能豐富，性能優(yōu)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(guān)斷保護（OTP），保證芯片安全應(yīng)對各種復(fù)雜工作情況，避免嚴重故障的發(fā)生，提高了供電系統(tǒng)及整機產(chǎn)品的可靠性。

與傳統(tǒng)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(diào)整，提高了供電系統(tǒng)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(tǒng)及時做出反應(yīng)。

此外，MP5493通過減小輕載下的開關(guān)次數(shù)和降低內(nèi)置MOSFET的導(dǎo)通電阻，獲得了全負載范圍內(nèi)較高的能量轉(zhuǎn)換效率。如圖5所示，即使電感DCR較大，通道1的能量轉(zhuǎn)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(shè)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(wěn)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