作者: Jasper Li

 

数据集中器是智能抄表系统中的关键设备之一,它实时地收集多个智能电表的数据并且通过无线网络如GRPS模块将数据发送至售电公司的管理系统中统一管理。根据国家电网公司的要求,数据集中器必须具有超级电容和电池两种备份能量,在电网断电后以后依然能够无线通信。在电网供电正常时,超级电容和电池充电;在电网不正常时,优先使用超级电容能量,最后使用电池能量。

根据这个要求TI设计GPRS模块不间断供电如图1所示。电路主要包括低成本的线性充电电路,两个降压型DC-DC变流器TLV62130TLV62084和一个升压型DC-DC变流器TPS61089。当来自电网的12V正常时,TLV62130工作输出5V,TPS61089停止工作。电池和超级电容被充电;当12V不正常,TLV62130停止工作,TPS61089自动开始工作并将VBUS电压稳定在4.6V,超级电容放电;当超级电容能量耗尽后,TLV62130重新开始工作,利用电池能量将VBUS电压稳定在4.2V,保证GPRS足够的工作电压。因为采用了高性能的升压变流器TPS61089,单节超级电容的工作电压可以低至1V,超级电容的能量利用率是85%。

图1:GPRS模块供电结构图

图2是设计电路从电网供电不正常至超级电容供电转换期间的工作波形。GPRS模块的工作电流IOUT用持续577µS、峰值2A、占空比1/8的脉冲电流模拟。在电网供电VGRID跌落后,母线电压VBUS从5V降低至4.6V,但GPRS模块的供电VGPRS保持不变,满足设计要求。

           图2:模拟电网掉电的工作波形

更多关于电路设计的技术细节和工作波形请参考 “Backup Power Reference Design for Smart Meters and Data Concentrators with GPRS