基于必易微產品的智能電表解決方案

隨著科技的不斷發展，智能家居產品越來越受到人們的喜愛。今天，就讓我們一起來了解一下智能電表如何讓我們的生活變得更加節能、更加便捷！

智能電表是一種集數據采集、傳輸、處理和顯示于一體的電力計量設備。它具有遠程抄表、實時監控、數據分析等功能，有助于提高電力系統的運行效率和管理水平。下述兩張框圖展示了不同的電表供電系統設計。

圖 1 是我國當前最普遍的電表供電方案，即采用線性變壓器為第一級電源。圖 2 則是海外電表、物聯網電表以及三相電表供電方案， 為了支持更高功率或更廣泛的輸入電壓范圍，其第一級電源通常采用開關電源技術。

圖 1.線性變壓方案單相智能電表

系統框圖

圖 2.開關電源方案單相智能電表

系統框圖

此外，在電表中 HPLC (高速電力線通信) 通訊模塊占據著一個至關重要的地位。該技術能夠利用現有的 220V 電力線實現遠程自動抄表，徹底替代了傳統的人工抄表方式，大幅降低了人力和物力成本。下圖為對應系統框圖。

圖 3. HPLC 模塊系統框圖

必易微作為高性能模擬及數?；旌?a href="http://www.qd573.com/v/tag/137/" target="_blank">芯片供應商，能夠針對上述幾種系統應用，為客戶提供AC-DC、DC-DC、LDO和限流開關等多樣化的整體芯片解決方案，滿足電表應用的高可靠性和高性能需求。

DC-DC 方案

對于 DC-DC 轉換器，必易微提供多種選項，包括 100V 1A；40V 0.6A&1A、30V 2&3A、28V 2A、17V 2A~6A 等不同電壓和電流規格全腳位兼容的 SOT23-6 方案；5.5V 低壓 1A~2A 的全腳位兼容 SOT23-5 方案；以及 18V eFuse 的完整電力系統電源解決方案。其中，KP520429 是專為電表設計，具備超低紋波、高可靠性、高效率、高抗干擾能力和高集成度的 DC-DC 解決方案。

圖 4. KP52042X 典型應用電路

亮點 1

簡單可靠

KP5204XX 和 KP5214XX 系列產品內置了 40V 0.6A 和1A的高壓側和低壓側功率MOSFET，具備高達 45V 的輸入電壓耐受能力。該產品系列擁有極致優化外圍器件數量，簡化電路降低 BOM 成本并與市面上主流的同步和非同步方案在管腳上完全兼容，能夠直接替換現有方案。

KP52X4XX 采用優化的 PCM 控制模式，專為應對諸如電表等復雜電磁環境的應用而優化設計，有效提升了抗干擾性能。此外，該系列芯片提供多重保護機制，包括高精度逐周期高邊和低邊 MOS 限流保護 (OCL) 、輸入欠壓保護、輸出欠壓保護、輸出過壓保護、過溫保護等。另外通過使能控制提供了精確的可調節的欠壓鎖定功能。產品通過一系列的保護措施，確保了系統的穩定性和可靠性。

圖 5. KP520429 輸出短路

保護波形

圖 6. KP520429 短路故障

消除波形

亮點 2

高精度低溫漂，低紋波噪聲，

高轉換效率

電表通常部署在戶外，需要在極端的氣候條件下保持穩定可靠的工作。KP52X4XX 系列的工作結溫范圍從 -40℃ 到 125℃，此范圍能夠滿足電表及其他工業設備的工作要求。具備 0.8V 0.8% 的常溫基準精度和 1.5% 的全溫范圍基準精度，確保了在整個工作范圍內的高精度輸出。

針對國家電網對 12V 輸出紋波噪聲的嚴格標準，即峰峰值 12mV 的要求，KP520429 產品專門為此進行了設計和優化。其 2.1MHz 的典型工作頻率有助于實現超低紋波輸出。同時工作頻率的穩定性避免了頻率抖動引起的低頻紋波問題。因此 KP520429 能夠通過極其精簡的電路設計滿足國網的各項指標要求。

圖 7. KP520429 和 KP521419

電表應用典型電路

為了達到超低紋波輸出的要求，客戶通常需要使用 470μF 至 1000μF 的電解電容進行濾波。但這會限制帶載啟動電流能力。KP520429 的 100nFCff 電容可以在芯片固定 2ms 軟啟的基礎上延長軟啟時間，進而實現在滿載條件下帶載啟動。

圖 8. KP520429 滿載帶載啟動波形

FPWM 工作模式可以保證 0mA 到滿載范圍內超低紋波：

圖 9. KP520429 0A

空載紋波波形

圖 10. KP520429 0.6A

滿載紋波波形

KP520429 內部集成了高邊 MOSFET (450 mΩ) 和低邊 MOSFET (240mΩ)，結合優化的芯片布局和先進的封裝工藝，能夠提供卓越的效率和溫升控制性能。

圖 11.KP520429 12V

輸出效率曲線

圖 12. KP520429 12V

0.6A滿載溫升

亮點 3

豐富多樣化的方案

必易微提供不同工作電壓，多種腳位配置，各種基準電壓，不同封裝類型，多種工作頻率以及抖頻等選項，以滿足客戶多樣化需求，助力客戶縮短產品開發周期，并降低系統成本。

KP520401/09 系列針對單模 HPLC 應用，擁有最大 720kHz 的工作頻率，有效避開 HPLC 載波 800kHz 的下限，同時充分利用高頻 DC-DC 轉換的優勢。40V 抖頻系列產品則為非千一紋波要求的場合提供了優化的傳導 EMC 解決方案。KP522308 系列是一款 2A 28V 的產品，與 40V 產品管腳兼容，其 2A 的持續輸出電流能力能夠完美滿足物聯網電表模塊升級時的電流需求。

表 1. DC-DC 選型表

LDO 方案

在 LDO 領域，針對電表應用，必易微推出 KP7122XX 和 KP7112XX 兩款產品，KP7122XX 具有高電源抑制比、極低靜態電流和低輸出噪聲，提供 3.3V 350mA 的輸出規格。KP7112XX 作為一款低壓差 LDO 可提供 2.5V 300mA 的輸出。

方案 1：KP7122XX

KP7122XX 是一款小體積、低 dropout 電壓的線性穩壓器 (LDO)，最大可提供 350mA 輸出電流，具有極低的輸出電壓噪聲、高 PSRR 以及優良的動態特性，特別適用于信號敏感電路，靜態電流低至 8μA，可用于電池供電設備。內置過流/短路保護、過溫保護等功能。

亮點 1

精簡的設計，小體積封裝

KP7122XX 可提供 DFN1x1-4、SOT23-5、SOT23-3 封裝。

圖 13. KP7122XX 典型應用電路

亮點 2

優異動態性能

KP7122XX 具有超快瞬態響應，由下面所示的負載跳變實驗可以看出，在1mA-330mA-1mA，tr=1μS 時，ΔVout 分別在 50mV 和 40mV 以內，瞬態響應優秀。

圖 14. 瞬態響應

IOUT=1-330mA，tr=1μS

圖 15.瞬態響應

IOUT=330-1mA，tr=1μS

亮點 3

高電源抑制比 (PSRR)

KP7122XX 具有高電源抑制比，可以有效抑制前級 DC-DC 變換器帶來的紋波干擾，由 PSRR 測試實驗：在輸入 5V，帶載 20mA 情況下，1kHz 處達到 95dB，另外該芯片還具有低輸出噪聲，不超過 8μVrms。

圖 16. VIN=5V VOUT=3.3V

COUT=1μF IOUT=20mA

方案 2：KP7112XX

KP7112XX 系列是一款最大工作電流 300mA，具有快速瞬態響應和高電源抑制比的線性穩壓器。芯片具有高輸出電壓精度，低輸出壓降壓，低靜態電流以及快速啟動時間。

表 2. LDO 選型表

AC-DC 方案

方案 1

KP2813A

KP2813A 是一款高功率因數、低總諧波失真、原邊控制反激恒壓型 PFC 控制器。芯片內置高壓啟動電路，可滿足快速啟動和超低待機要求；采用準諧振工作方式，系統工作效率高的同時，還能獲得較好的 EMC 性能。芯片配有分檔可調的自適應輸出電壓限制機制，以加快負載動態響應速度，減小動態電壓過沖。

芯片集成有完備的保護功能，包括：VDD 欠壓保護 (VDD UVLO)、VDD 過壓保護 (VDD OVP)、輸入欠壓保護 (BOP)、輸出過壓保護 (OVP)、輸出欠壓保護 (UVP)、逐周期電流限制 (OCP)、異常過流保護 (AOCP)、過載保護 (OLP)、短路保護 (SCP)、內置過熱保護(OTP)、前沿消隱 (LEB) 等。

表 3. AC-DC 方案選型表

樣品及資料獲取

必易微的電源解決方案通過精確設計和不斷優化，確保了系統的穩定性和可靠性，滿足了電表在不同環境和應用場景下的需求。隨著智能家居市場的不斷擴展，必易微將繼續為客戶提供創新的電源解決方案，推動智能電表和其他智能家居產品的發展，為人們的生活帶來更多便捷和智能體驗。如需了解更多產品資訊，請點擊此處隨時聯系我們。

關于必易微

深圳市必易微電子股份有限公司（股票代碼：688045）是一家高性能模擬及數?；旌?a href="http://www.qd573.com/v/tag/123/" target="_blank">集成電路供應商，主營產品包括 AC-DC、DC-DC、驅動 IC、線性穩壓、電池管理、充電管理、放大器、數模轉換器、傳感器等，為消費電子、工業控制、網絡通訊、數據中心、汽車電子等領域客戶提供一站式芯片解決方案和系統集成。

審核編輯：湯梓紅