中心議題：
解決方案：
- 提供高能效及低待機(jī)能耗的 AC-DC 開關(guān)穩(wěn)壓器
- 提供不同電流電平的 DC-DC 開關(guān)穩(wěn)壓器
- 提供不同電流電平的線性 LDO 穩(wěn)壓器
從智能電表的組成來看,，主要包括通信,、電源及電源管理、計(jì)量及存儲等功能模塊,。安森美半導(dǎo)體提供應(yīng)用于智能電表各個(gè)功能模塊的豐富解決方案,，如 PLC 調(diào)制解調(diào)器和線路驅(qū)動器、放大器,、穩(wěn)壓,、監(jiān)控、電壓保護(hù),、溫度傳感器,、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、存儲器,、LCD 背光,、I/O 接口、智能卡接口和 I/O 擴(kuò)展器等,。
其中,，就電源及電源管理模塊(參見圖 1)而言，半導(dǎo)體廠商提供的產(chǎn)品包括高壓交流-直流(AC-DC)開關(guān)穩(wěn)壓器,、直流-直流(DC-DC)開關(guān)穩(wěn)壓器/控制器和低壓降(LDO)線性穩(wěn)壓器 等(參見表 1),，方便用戶根據(jù)具體應(yīng)用選擇適合的方案。這些電源方案具有高能效、低能耗及豐富保護(hù)特性等特點(diǎn),，非常適合智能電表應(yīng)用,。
表 1：應(yīng)用于智能電表電源及電源管理模塊的器件列表,。
提供高能效及低待機(jī)能耗的 AC-DC 開關(guān)穩(wěn)壓器
如表 1 所示,，在交流-直流電源轉(zhuǎn)換部分，可以選用安森美半導(dǎo)體的一系列開關(guān)穩(wěn)壓器,，如適合低功率應(yīng)用的 NCP1010/1/2/3/4 自供電單片開關(guān)穩(wěn)壓器,、適合中等功率應(yīng)用的NCP1027 高壓單片開關(guān)穩(wěn)壓器，以及高壓門控開關(guān)穩(wěn)壓器 NCP1050/1/2/3/4/5 等,。
以 NCP101x" title="NCP101x">NCP101x 為例,，這系列器件集成了固定頻率電流模式控制器及典型導(dǎo)通阻抗為 11 或 22 Ω 的 700 V MOSFET，提供構(gòu)建強(qiáng)固及低成本開關(guān)電源所需的全部特性,，包括軟啟動,、頻率抖動、短路保護(hù),、跳周期,、最大峰值電流設(shè)定點(diǎn)及動態(tài)自供電(不需要輔助繞 組)等。在正常負(fù)載工作期間,，NCP101x 以 65,、100 及 130 kHz 中的某一頻率開關(guān)；而當(dāng)電流設(shè)定點(diǎn)降到低于某個(gè)給定值(如輸出功率需求消失)時(shí),，NCP101x 自動進(jìn)入所謂的跳周期模式(在此模式下跳除不需要的開關(guān)周期),，從而提供極佳的輕載能效。由于進(jìn)入跳周期模式通常發(fā)生在最大峰值電流的 1/4 時(shí),，故沒有可聽噪聲產(chǎn)生,。因此，待機(jī)能耗降至最低,，且沒有可聽噪聲產(chǎn)生,。NCP101x 典型應(yīng)用電路及不同型號的關(guān)鍵參數(shù)參見圖 2。
圖 2：NCP101x 單片開關(guān)穩(wěn)壓器典型應(yīng)用電路及不同器件關(guān)鍵參數(shù),。
NCP1027 則為目標(biāo)輸出功率等級為數(shù)瓦到 15 W 的通用主電源反激應(yīng)用提供新的方案,。這器件采用安森美半導(dǎo)體專有的高壓技術(shù)，集成了均直接連接至大電容的功率 MOSFET 及啟動電流源,。為了防止在低輸入電壓條件下出現(xiàn)熱失控,，這器件具有的可調(diào)節(jié)輸入欠壓保護(hù)電路阻止出現(xiàn)這種狀況，直到達(dá)到充足的輸入電平,。這器件的其它特性 包括可調(diào)節(jié)斜坡補(bǔ)償,、過功率保護(hù),、短路保護(hù)、過壓保護(hù)等,。此外,，NCP1027 提供較大的導(dǎo)通阻抗值，使其成為待機(jī)/輔助離線電源或要求較高輸出功率應(yīng)用的極佳選擇,。
NCP105x 是使終端設(shè)備能夠符合低待機(jī)能耗要求的單片開關(guān)穩(wěn)壓器,，這系列器件直接采用整流的交流線路電源工作。在反激轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中,，它們在 100,、115 或 230 V 固定交流輸入電壓下能夠提供 6.0 至 40 W 的輸出功率，而在 85 到 265 V 的可變交流輸入電壓下能夠提供 3.0 至 20 W 的輸出功率,。這系列器件提供有源啟動穩(wěn)壓器電路,，使轉(zhuǎn)換器變壓器上無需輔助偏置繞組,。其它特性包括故障檢測器及可編程定時(shí)器(用于轉(zhuǎn)換器過載保護(hù)),、獨(dú)特 的門控配置(提供極快環(huán)路路應(yīng)及雙重脈沖抑制)、電源開關(guān)限流,、帶遲滯的輸入欠壓鎖定,、熱關(guān)閉及自動重啟故障檢測等。這系列器件 25 ℃結(jié)溫下的限流閾值典型值介于 100 mA 到 680mA 之間,。
提供不同電流電平的 DC-DC 開關(guān)穩(wěn)壓器
關(guān)穩(wěn)壓器 NCP3155,、1.5 A 開關(guān)穩(wěn)壓器 NCP3063/4、0.5/1.0/3 A 開關(guān)穩(wěn)壓器 LM2594/5/6,、NCP3020/11 脈寬調(diào)制(PWM)控制器及 NCP1034 PWM 控制器,。
以 NCP3155 為例，這是安森美半導(dǎo)體新推出 的一款 DC-DC 同步降壓穩(wěn)壓器,，包含NCP3155A 和 NCP3155B 兩個(gè)版本,。NCP3155 包含全集成電源開關(guān)(48 mΩ 高端 FET 及18 mΩ 低端 FET)，提供完整的故障保護(hù)特性(輸入欠壓鎖定,、輸出過壓保護(hù)及輸出欠壓保護(hù),、限流及短路保護(hù))。這器件的輸入電壓范圍為 4.7 至 24 V,，輸出電壓可調(diào)節(jié),。NCP3155支持較高的工作頻率(A 版本為 500 kHz，B 版本為 1 MHz),，能夠使用較小的濾波器組件,，從而減小占用的電路板空間及物料單(BOM)成本。NCP3155 采用 SOIC-8 封裝,，典型應(yīng)用電路圖參見圖 3,。
圖 3：NCP3155A 典型應(yīng)用電路圖。
NCP3063 及 NCP3064 是 1.5 A 升壓、降壓及反轉(zhuǎn)開關(guān)穩(wěn)壓器,，包含內(nèi)置溫度補(bǔ)償參考,、比較器、占空比受控振蕩器及有源限流電路,、驅(qū)動器及大電流開關(guān),。這系列器件的設(shè)計(jì)專門針對升壓、降壓 及電壓反轉(zhuǎn)應(yīng)用,，所需外部組件極少,。這系列器件的輸出開關(guān)電流達(dá) 1.5 A，也可用作控制器,，支持達(dá) 5 A 電流,。NCP3064 與 NCP3063 不同的是，提供導(dǎo)通/關(guān)閉引腳,，用于低能耗關(guān)閉模式,，典型待機(jī)電流消耗僅為 100 μA。
LM2594,、LM2595 和 LM2596 分別是 0.5 A,、1.0 A 及 3 A 降壓開關(guān)穩(wěn)壓器。與常見的三端線性穩(wěn)壓器相比,，這系列器件的能效要高得多,，特別是在較高輸入電壓的條件下。這系列器件采用 150 kHz 開關(guān)頻率工作,，能夠使用尺寸更小的濾波組件,。其它特性包括：特定輸入電壓及輸出負(fù)載條件下確保提供±4%的輸出電壓容限、振蕩器頻率精度達(dá)±15%,、支持 外部關(guān)閉(LM2594 和 LM2595 待機(jī)電流典型值為 50μA,，LM2596 為 80 μA)、輸出開關(guān)逐周期限流及故障條件下熱關(guān)閉等,。
NCP3020/11,、NCP1034 均為同步降壓 PWM 控制器。其中,，NCP3021/11 支持 4.7 至 28 V 的輸入電壓范圍,，提供啟用(EN)/功率良好(PG)/同步(SYNC)引腳，以及 300/400/600 kHz的開關(guān)頻率,。保護(hù)特性包括無損耗限流,、短路保護(hù)、輸出過壓保護(hù),、輸出欠壓保護(hù)及輸入欠壓鎖定,。
NCP1034 與 NCP3020/11 不同,，能夠接受高達(dá) 100 V 的輸入電壓，并提供 50 kHz 至 500 kHz 的可調(diào)節(jié)開關(guān)頻率,，具備 2 A 輸出電流能力,，提供用戶可編程輸入欠壓鎖定及斷續(xù)(hiccup)限流等保護(hù)特性。
提供不同電流電平的線性 LDO 穩(wěn)壓器
半導(dǎo)體廠商同樣提供不同電流電平的線性低壓降穩(wěn)壓器,，方便用戶的選擇,。這些 LDO 穩(wěn)壓器包括 LP2951、NCP4640/1,、NCP562 及 NCP4588 等,。
其中，LP2951 是 100 mA 多功能 LDO 線性穩(wěn)壓器,，特別設(shè)計(jì)用于輸入與輸出電壓差極低的穩(wěn)壓應(yīng)用,。這器件提供 75 μA 的極低靜態(tài)偏置電流，并提供固定或可調(diào)節(jié)輸出電壓(輸出電壓可在 1.25 V 至 29 V 之間設(shè)定),。NCP4640 和 NCP4641 則是 50/150 mA 線性穩(wěn)壓器,，支持 4 至 36 V 輸入電壓并可承受 50 V 電壓。NCP562 是 80 mA 超低靜態(tài)電流 LDO 穩(wěn)壓器,，靜態(tài)電流低至 2.5 μA,。NCP4588 則是 200 mA 輸出 LDO 線性穩(wěn)壓器,，典型靜態(tài)電流小于 9.5 μA,，待機(jī)電流為 0.1 μA，壓降低至 270 mV,，并提供高 70 dB 的電源抑制比(PSSR),。這器件即使在負(fù)載電流變化的情況下也可以省去輸出電容，在沒有輸出電容的情況下仍然保持穩(wěn)定工作,。但如果負(fù)載變化極大,，最好使 用 0.1 μF 至 10 μF 的輸出電容。
圖 4：NCP4588 在省去輸出電容的情況下仍能保持穩(wěn)定工作,。
應(yīng)用于智能電表的其它解決方案
如上所述,，半導(dǎo)體廠商為智能電表應(yīng)用提供豐富的解決方案，除了上述電源及電源管理方案,，還包括電力線載波(PLC)調(diào)制解調(diào)器,，以及豐富的存儲器(EEPROM 及 SRAM)、時(shí)鐘,、接口,、保護(hù)/濾波產(chǎn)品等，構(gòu)成我們應(yīng)用于智能電表的完整解決方案,。
例如,，安森美半導(dǎo)體推出了支持 2.4 kb的更高半雙工可調(diào)節(jié)通信速率,、符合IEC61334-5-1標(biāo)的AMIS-49587高集成度低功率PLC調(diào)制解調(diào)器方案，以及能驅(qū)動高達(dá) 2 A電流的高能效的A/B類低失真線路驅(qū)動器——NCS5650,，能夠很好地配合智能電表PLC調(diào)制解調(diào)器及線路驅(qū)動應(yīng)用,。
圖 5：應(yīng)用于智能電表通信模塊的 PLC 調(diào)制解調(diào)器及線路驅(qū)動器方案。