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Robust und zuverlässig:: Elektronische Smart Meter-Sicherungen

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Schutzfunktion und Einsatz der elektronischen Sicherung eFuse

 

Der PWM-Controller wechselt in den Hiccup-Modus, sobald es an einem der Ausgänge zu einer Überlastung oder einem Kurzschluss kommt. Daraufhin brechen alle Versorgungsspannungen zusammen – einschließlich der Haupt-3,3-V-Leitung für den Mikrocontroller. Dieser kann dadurch den Energieverbrauch nicht mehr messen, sodass der gesamte Sinn und Zweck eines Smart Meters zunichtegemacht wird.  

Bild 4 zeigt das Konzept eines Schaltnetzteils, in dem die elektronische Sicherung (eFuse) von Texas Instruments genutzt wird, um alle Probleme und Nachteile des zuvor beschriebenen Schemas aufzuheben. Der TPS25921 kann für die Versorgungsspannungen des Trennrelais sowie der SPS- und der RS-485/RS-232-Schnittstellen verwendet werden, während sich der TPS25200 für die Versorgungsspannungen der Sub-Gigahertz-, Zigbee®- und GSM/GPRS-Funktionen eignet.  

Schaltnetzteil Bildquelle: © Texas Instruments

Bild 4. Schaltnetzteil-Konzept für ein Smart Meter

Das eFuse-Produkt von TI ist ein aktiver Stromkreisschutz-Baustein, der den Inrush-Strom begrenzt und Schäden am Verbraucher durch Überströme verhindert. Der Baustein verfügt über einen eingebauten FET zur Kontrolle des Laststroms und enthält einen Überstrom- und Kurzschlussschutz. Bild 5 zeigt das Blockschaltbild. 

eFuse Bildquelle: © Texas Instruments

Bild 5. Blockschaltbild des eFuse-Produkts

Die präzise Überstrombegrenzung hilft, die Überdimensionierung des Netzteils auf ein Minimum zu beschränken. Der reaktionsschnelle Kurzschlussschutz dagegen sorgt für die sofortige Isolation des Verbrauchers vom Eingang. Die Ansprechschwelle der Überstrombegrenzung lässt sich bei diesen Bausteinen mit einem externen Widerstand programmieren. Als weitere Features gibt es einen Übertemperaturschutz zum sicheren Abschalten im Fall eines Überstroms  sowie die Auswahlmöglichkeit zwischen Selbsthalte-Modus und automatischem Wiedereinschalten.  

Der eFuse-Baustein hilft also bei der Isolation der Versorgungsspannung, an der das Überlastungs- bzw. Kurzschlussereignis aufgetreten ist, ohne dass die Haupt-Stromversorgung (3,3 V) des zur Energiemessung dienenden Mikrocontrollers betroffen ist. 

Das Referenzdesign »Precision Power Limiting Solution« sowie der Applikationsreport »UCC28722, Bias Supply Design Considerations for Intelligent eMeter Applications« und das Referenzdesign »Snubberless, Non-Isolated AC/DC Flyback Converter Reference Design with Simplified Transformer« stehen zum download bereit.