采用超级电容器的智能电表电源方案

备用电源对电子式电表断电时保持运行至关重要，此设计采用超级电容器作为储能元件，可在主电源与备用操作之间无缝转换，用于电源中断期间自动为电表提供备用电压。

电路原理

当输入电压介于10-12V之间时，两个降压控制器(TPS62147、TPS62173)生成3.9V(2A)和5V(150mA)的输出。可选同步升压控制器在50mA时生成 3.3V电压。离散充电电路以恒定电流和最高2.7V的可调节电压给超级电容器充电。当输入电压失效时，由同步升压控制器接管并将超级电容器电压升压至3.9V。

采用超级电容器的智能电表备用电源电路图

超级电容器的电容和电压决定可用的备用电能。此设计可以持续70秒左右提供3.9V(200mA)稳定备用输出电压，直到输出电压下降。

本方案支持高输出功率射频通信，例如LTE、NB-IOT或者无线MBUS或6LoWPAN，单一超级电容器设计可最大限度降低系统成本。

芯齐齐BOM分析

本方案结构进奏，4个电源管理芯片来自TI。其中，TL431C是可调式精密并联稳压器，只需两个电阻就可以从Vref(2.5V)到36V范围内任意设置输出电压，电压参考误差0.4%，全温度范围内温度特性平坦, 典型值为50ppm。

智能电表备用电源BOM表

TPS62147是具有1%精度和PFM/强制PWM特性的3-17V 2.0A降压转换器，TPS62173是3-17V 0.5A降压转换器。

TLV61225是单节电池3.3V输出电压高效升压转换器，TPS61022是具有0.5V超低输入电压的8A升压转换器。

C11为25F超级电容器，ESR小于0.027欧，南通江海、肇庆绿宝石、精工电子国内厂家均有生产。

智能电表备用电源PCBA示意图

上述BOM元器件均为常规品类，市场上也有替代品，客户既可原厂订货，也可从硬之城(allchips)一站购齐。

审核编辑：汤梓红