使用 MP5493 简化智能电表电源解决方案
简介
现代社会数字化与信息化不断发展，高精度、大范围、可远程抄表的智能电表也走入千家万户，成为现代电网不可或缺的一部分。但智能电表必须具备实时上传数据的功能，在突然断电的情况下，它需要备用电源来保存数据并上传到服务器。因此，设计备用电源是智能电表供电方案的关键一环。
通常，智能电表使用超级电容作为备用电源。在输入电压(VIN)正常的情况下，电源系统必须将 VIN 转换为超级电容充电所需的低电压；在检测到输入损耗时，电源系统又必须使用升压变换器将超级电容两端的低电压转换为可以为输入供电的高电压。传统智能电表的电源解决方案相对复杂，需要使用三种芯片：降压芯片、用于给超级电容充电的低压差（LDO）芯片以及升压芯片。
本文将探讨使用MP5493实现的一种简化智能电表电源解决方案。
高度集成的创新型设计
MP5493采用一种创新型架构，只用一个芯片就实现了智能电表的备用电源方案。它内置了两个变换器。第一个是降压变换器，可以将总线电压(VBUS)降至仪表所需的 3.3V 或 5V 水平，为后续的微控制器单元 (MCU) 供电，负载电流为 0.6A。
第二个内置变换器可以在降压（Buck）或升压（Boost）模式下运行，具体取决于电路状态。当 VBUS 正常时，变换器工作在降压模式，它将 VBUS 降至超级电容的额定电压，以进行充电；如果总线关断，且 VBUS 低于设定的阈值，则变换器会切换到升压模式，并升高超级电容的电压。这样，变换器就可以维持 VIN 并确保第一路输出在设定的时间内保持恒定。电表采集的信息可以上传，不会丢失。
图 1 对智能电表电源的传统解决方案与使用 MP5493 的解决方案进行了比较。
图 1：传统电源方案与基于 MP5493 的电源方案比较
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超小尺寸封装实现成本优化
MP5493创新的架构设计，再结合 MPS 先进的工艺技术，让它可以采用超小尺寸的 TSOT23-8 封装。其芯片尺寸仅为 3mmx3mm（见图 2）。
图2: MP5493 3D模型
与传统的三芯片解决方案相比，该方案可以最大限度减少外围器件的数量，进一步减小了电路尺寸并降低了BOM成本。成本的优化将提高电表产品的整体性价比，从而应对竞争激烈的市场。图3所示为MP5493的典型应用电路。
图3: MP5493典型应用电路
强大的功能与出色的性能
MP5493 具备全方位的保护功能，包括带打嗝模式的过流保护 (OCP)、输出短路保护 (SCP)、输出过压保护 (OVP) 和过温保护 (OTP)。这些保护功能可确保芯片适应各种运行条件，避免出现严重故障，提高供电系统和产品的可靠性。
与传统解决方案相比，其降压模式下通道2的输出电压(VOUT)可以通过外部电阻调节，这提高了电源系统的灵活性。MP5493还集成了输入关断指示，可向后级控制器输出信号，帮助系统在检测到输入断电时做出及时响应。
另外，通过减少轻载时的开关次数并降低内置 MOSFET 的导通电阻(RDS(ON))，MP5493可实现整个负载范围内的高能量转换效率。从图4可以看出，即使电感具有较大DCR，通道1的能量转换效率也能达到88%，满载温升低于10K。
图4: 通道1的典型效率曲线
图5显示了 VIN 禁用之后超级电容备用电源切入过程的波形图。VIN 下降约 2ms 后，MP5493 即检测到 VIN 低于设定阈值，并开始通过超级电容升压供电。通道1的 VOUT 在整个过程中都保持稳定，不受电源切换的影响。
图5: 通道2在升压模式下为 VIN 供电
总结
MP5493是一款先进的能源备份和管理芯片，它可以提供高度集成、低成本、高性能、小尺寸且功能丰富的智能电表电源解决方案。该解决方案还可用于电力线载波通信 (PLCC) 和其他需要备用电源的应用。
了解MPS 所有的电源管理 IC (PMIC) 解决方案。
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