智能電表對(duì)電壓監(jiān)控器的要求有哪些？

隨著世界各地的電網(wǎng)變得越來(lái)越智能，其中的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)必不可少。為了保證電網(wǎng)系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠，智能電表系統(tǒng)中需要隨時(shí)監(jiān)視各部分電壓，以防止導(dǎo)致測(cè)量失真或系統(tǒng)故障等意外情況。

（圖1）

圖1展示了智能電表系統(tǒng)通常包含的幾大模塊其中標(biāo)紅包括了電源軌、測(cè)量以及應(yīng)用模塊，從一般設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，監(jiān)視電力消耗的系統(tǒng)需要精確，緊湊和可靠，所以這三部分通常離不開電源電壓監(jiān)控器／看門狗定時(shí)器等產(chǎn)品。

DC／DC電源子系統(tǒng)的要求寬Vin和低Iq

電表的供電系統(tǒng)如下從主交流電源接收12 V至24V電壓，將其轉(zhuǎn)換為3．3V或5V DC電壓，之后為系統(tǒng)的其余部分供電。電壓監(jiān)控器可確保主電源和所有電源軌均在系統(tǒng)要求范圍內(nèi)，以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。如果該模塊中的電壓發(fā)生故障或掉電，電壓監(jiān)視解決方案需要標(biāo)記故障狀況，以便系統(tǒng)的其余部分可以正常關(guān)閉。

如果主電源不能提供足夠的電源，則開關(guān)會(huì)將備用電池或超級(jí)電容器連接到系統(tǒng)中，以臨時(shí)提供所需的電源。通常DC／DC電源模塊需要一個(gè)電壓監(jiān)控器，該電壓監(jiān)控器具有寬的Vin來(lái)監(jiān)控高達(dá)24 V的電壓，并且負(fù)責(zé)啟動(dòng)備用電源。

計(jì)量和應(yīng)用子系統(tǒng)的要求高精度和可編程延遲

計(jì)量模塊通過(guò)傳感器連接到外界，并負(fù)責(zé)實(shí)際的測(cè)量，然后再將信息發(fā)送到微控制器（MCU）進(jìn)行處理。該應(yīng)用還有另一個(gè)MCU，除了顯示信息外，它還可以進(jìn)行格式化和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。該塊負(fù)責(zé)監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)，并充當(dāng)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)輸出之間的主要接口。

在這些模塊中，準(zhǔn)確監(jiān)控為MCU供電的電壓軌和MCU活動(dòng)對(duì)于確保可靠和一致性測(cè)量至關(guān)重要。如果MCU處于不正確的工作狀態(tài)，則電壓監(jiān)控器或看門狗定時(shí)器可以在出現(xiàn)任何其他問(wèn)題之前標(biāo)記出故障。在監(jiān)視電壓時(shí)，尤其是在需要精確、可靠的測(cè)量系統(tǒng)中，電壓監(jiān)視器的精度對(duì)系統(tǒng)處理時(shí)間和運(yùn)行性能至關(guān)重要。

此外，每當(dāng)應(yīng)用模塊使用MCU或幾個(gè)不同的外設(shè)時(shí)，出于時(shí)序目的，需要可編程的啟動(dòng)延遲。當(dāng)MCU或其他外圍設(shè)備需要特定的啟動(dòng)時(shí)間時(shí)，可編程延遲起著重要的作用。同樣，當(dāng)發(fā)生故障情況時(shí)，可能需要特定的復(fù)位延遲，以便MCU和／或外設(shè)在釋放復(fù)位之前完成任務(wù)。在這種情況下，可編程的延遲功能可以非常簡(jiǎn)單的解決這一問(wèn)題。

智能電表整體設(shè)計(jì)要求

圖1概述的所有三個(gè)模塊都需要電壓監(jiān)控器，都需要寬Vin，低功耗（低Iq），高精度和可編程延遲等特點(diǎn)。TI日前推出的TPS3840完全符合如上的所有要求。

TPS3840具有高達(dá)24 V或更高的寬輸入電壓范圍，并帶有用于監(jiān)視高低壓軌的外部電阻器，典型電壓監(jiān)視精度為1％，僅消耗350nA的功率，同時(shí)提供可編程延遲。此外，TPS3840提供了優(yōu)異的精度和靈活性，與MCU中的內(nèi)部ADC監(jiān)控相比，TPS3840在電壓監(jiān)控器閾值選項(xiàng)方面具有更大的靈活性，更低的上電復(fù)位電壓和更快的啟動(dòng)延遲。

上電復(fù)位定義為在定義輸出之前的最小輸入電壓，可有效防止可能產(chǎn)生錯(cuò)誤故障或過(guò)早啟動(dòng)系統(tǒng)所產(chǎn)生毛刺。TPS3840的啟動(dòng)延遲僅為220 s，這意味著TPS3840可以在系統(tǒng)其余部分上電之前就開始監(jiān)視電壓。總體而言，電壓監(jiān)控器通過(guò)連續(xù)監(jiān)控電表內(nèi)部電壓軌來(lái)保證穩(wěn)定的的系統(tǒng)功能。

計(jì)量和應(yīng)用模塊中的外部看門狗定時(shí)器將通過(guò)檢測(cè)MCU通用輸入／輸出引腳發(fā)送的脈沖來(lái)確保MCU不會(huì)周期性地鎖存或出現(xiàn)毛刺。如果軟件故障并錯(cuò)過(guò)脈沖，則外部看門狗定時(shí)器將復(fù)位MCU。

TPS3430可編程看門狗定時(shí)器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，因?yàn)樗峁┝丝删幊炭撮T狗超時(shí)和看門狗復(fù)位延遲，可以滿足任何MCU的時(shí)序要求。如果您既需要電壓監(jiān)控器又需要看門狗功能，則TI提供了許多滿足此需求的設(shè)備。

正如圖一所示，其中綠色模塊部分TI都可以提供相應(yīng)的產(chǎn)品，幾乎可涵蓋一整套完整方案。