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MP5493によるスマートメータの電源ソリューションの簡素化

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はじめに

デジタル化と情報化へ向かう最近の傾向により、高精度、広範囲、遠隔検針を実現するスマートメータは現代の電力網に不可欠な部分となり、数千世帯で取り入れられています。スマートメータはリアルタイムにデータをアップロードする必要があり、突然の停電の場合にデータを保存してサーバーにアップロードするためのバックアップ電源が必要です。したがって、バックアップ電源の設計は、スマートメータの電源供給方式の鍵になります。

通常、スマートメータはバックアップ電源としてスーパーキャパシタを使用します。入力電圧 (VIN) が正常な場合、電源システムはスーパーキャパシタを充電するために必要な低電圧までVINを変換する必要があります。入力損失が検出された場合、電源システムは、スーパーキャパシタの両端の低電圧を、入力に電力を供給できる高電圧に変換する昇圧コンバータを使用する必要があります。スマートメータ向けの従来の電源ソリューションはさらに複雑で、降圧、低ドロップアウト (LDO) (スーパーキャパシタの充電に使用)、昇圧の3つのチップを使用します。

本稿では、MP5493を使ったスマートメータ用の簡単な電源ソリューションについて検証します。

高度に統合された革新的なデザイン

MP5493は、単一チップを使用してバックアップ電源方式を実現する革新的なアーキテクチャを提供します。これは2つのコンバータを内蔵しています。最初の内蔵コンバータはバス電圧 (VBUS) をメータが必要とする3.3Vまたは5Vレベルに下げる降圧ステップダウンコンバータです。これにより、後続のマイクロコントローラユニット (MCU) に最大0.6Aの負荷電流で電力が供給されます。

2番目の内蔵コンバータは、回路の状態に応じて降圧モードまたは昇圧モードで動作可能です。VBUSが正常なままであれば、コンバータは降圧モードで動作して、充電するためにVBUSをスーパーキャパシタの定格電圧まで下げます。バスがシャットダウンして、VBUSが設定されたしきい値を下回ると、コンバータは昇圧モードに切り替わり、スーパーキャパシタの電圧を昇圧します。これによりVINが維持され、最初の出力が設定時間にわたって一定に保たれるようにします。メータで収集した情報は、失われることなくアップロードできます。

図1は、スマートメータ電源の従来のソリューションとMP5493を使用したソリューションを比較しています。

図1 : 従来の電源方式とMP5493ベースの電源方式

関連コンテンツ

コスト最適化のための超小型パッケージ

MP5493は、MPSの高度なプロセス技術と組み合わされた革新的なアーキテクチャ設計により、チップサイズがわずか3mm x 3mmの超小型TSOT23-8パッケージで提供されます (図2参照)。

図2 : MP5493 3Dモデル

従来の3チップソリューションと比較して周辺デバイスの数も最小限に抑えられ、回路サイズとBOMコストがさらに削減されます。コストの最適化により、競争市場におけるパワーメータ製品の全体的な費用対効果が向上します。図3は、MP5493の代表的なアプリケーション回路を示します。

図3 : MP5493の代表的なアプリケーション回路

堅牢な機能と優れたパフォーマンス

MP5493は、ヒカップモード付き過電流保護 (OCP)、出力短絡保護 (SCP)、出力過電圧保護 (OVP)、および過熱保護 (OTP) など、あらゆる幅の保護を提供します。これらの保護により、チップがさまざまな条件で動作できるようになり、重大な障害を回避して、電源システムと製品の信頼性が向上します。

従来のソリューションと比較して、降圧モードのチャンネル2の出力電圧 (VOUT) は外部抵抗を介して調整できるため、電源システムの柔軟性が向上します。MP5493には、入力電力損失が検出されたときにシステムがタイムリーに応答できるように、バックレベルコントローラに信号を出力する入力シャットダウン表示も統合されています。

さらに、MP5493は、軽負荷時のスイッチング回数の削減と内蔵MOSFETのオン抵抗 (RDS(ON)) の低減により、全負荷範囲にわたって高いエネルギー変換効率を実現します。図4は、インダクタのDCRが大きい場合でも、全負荷時の温度上昇が10K未満ならば、チャネル1のエネルギー変換効率が88%に達する可能性があることを示しています。

図4 : チャネル1の代表的な効率曲線

図5に、VINが無効になった後のスーパーキャパシタのバックアップ電源でのカットインプロセスの波形図を示します。約2ミリ秒の間、VINが降下した後VINが設定されたしきい値を下回ったことをMP5493が検出し、スーパーキャパシタの昇圧から電力を供給し始めます。チャネル1のVOUTは、プロセス全体を通じて安定しており、電源スイッチングの影響を受けません。

図5 : 昇圧モードでのチャネル2のVINへの電力供給

結論

MP5493は、小型パッケージと複数の機能を備えた高度に統合された、低コスト、高性能のスマートメータ電源ソリューションを提供する高度なエネルギーバックアップおよび管理ユニットです。このソリューションは、電力線搬送通信 (PLCC) やバックアップ電源を必要とするその他のアプリケーションでも使用できます。

MPSの電源管理IC (PMIC) ソリューションの全セレクションをご覧ください。

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