低功耗 M2M 通信系统提高智能电网电能效率

智能电网旨在通过电源实现通信，以提高电网效率。实现这一目标的方法是确保连接至电网的设备不仅可为目标功能实现高电源效率，而且还能以最高效的方式使用电能，从而最大限度减少峰值功耗，降低整体平均用电。

为了达到该效率标准，需要使用低功耗 M2M 通信系统。该系统的核心是一款微控制器，例如超低功耗 MSP430 MCU。要在无传输时尽量减小对 M2M 通信系统效率的影响，必须对 MSP430 MCU 的电源进行优化。实现这一意图的一种方法是使用动态电压缩放技术。

使用动态电压缩放 (DVS) 技术可通过降低系统中的静态电流最大限度降低功耗。

尽管 LDO 并非以其电源效率著称，但如果使用得当，它们也可提高系统的电源效率。提高电源效率的方法是通过降低电源电压来降低 MCU 的时钟速度。随着电源电压降低，我们就有了另一项优势，即降低的静态电流可进一步降低功耗。

 

 

图 1：MSP430F21X1 的最小工作电压与时钟频率

MCU 只在传输等预定时间内需要峰值性能，而在监控其它系统功能时并不需要，因此实施 DVS 可降低系统功耗。

TPS780 等 LDO 可简化集成型 DVS 解决方案的实施。

 

 

图 2：TPS780 的 DVS 实施

可使用 TPS7A83 等 ANY-OUTTM LDO 实现其它 DVS 解决方案。ANY-OUTTM LDO 可实现 255 种支持 50mV 或 100mV 分辨率的不同电压（请参考“提高ANY-OUT 可编程输出电压器件的分辨率”或单个器件产品说明书了解更多信息）。ANY-OUTTM 器件具有 1A 的驱动能力，对于 MSP430 MCU 而言太大，但可能适合其它需要 DVS 的较高电源电路。

另一种替代选项是使用两个按照图 3 所示连接的独立 LDO。

 

 

图 3：使用两个固定输出 LDO 的 DVS

启用高 Vout LDO 可强制低 Vout LDO 停止稳压。禁用高电压 LDO 会让低电压 LDO 恢复稳压。图 4 是从一个 LDO 向另一个 LDO 的过渡。

 

 

 

 

 

 

图 4：从 3.3V LDO 向 1.8V LDO 的过渡

监控这些电源并确保系统中不会出现过压条件，需要使用电压监控器。具有极低静态电流的小型 TPS3831是这一任务的最佳选项。

 

 

图 5：作为 MCU 监控器的 TPS383x

对于在单个封装内集成的多个电压监控器，TPS386000 是支持集成及独立延迟时间的最佳选项。

 

 

图 6：TPS386000 的示例电路

LDO 和电源电压监控器是管理电源并确保智能电网系统高效运行的重要部件。