基于電解電容的數(shù)據(jù)備份電源解決方案

在電信、工業(yè)和汽車應(yīng)用中，數(shù)據(jù)丟失是一個(gè)值得關(guān)注的問題，在這些應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)依賴于穩(wěn)定的電源供應(yīng)。突然的電源中斷可能會在硬盤驅(qū)動器和閃存的讀取和寫入操作期間損壞數(shù)據(jù)。通常，嵌入式系統(tǒng)只需 10 毫秒到 50 毫秒即可備份易失性數(shù)據(jù)以防止丟失。

數(shù)據(jù)備份用于嵌入式系統(tǒng)的維護(hù)、故障排除和維修工作。在復(fù)雜的工業(yè)金屬加工設(shè)備中，重要的是在斷電后存儲多個(gè)刀具的位置和狀態(tài)，以防止以后恢復(fù)供電時(shí)設(shè)備故障。這些應(yīng)用需要穩(wěn)定的電源和數(shù)據(jù)保留，但不可靠的電源使其難以實(shí)現(xiàn)。長電源線、放電電池、未穩(wěn)壓的交流適配器、負(fù)載突降和開關(guān)高功率電動機(jī)導(dǎo)致輸入電源容易出錯(cuò)。因此，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員更喜歡使用盡可能寬的輸入電壓范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而能夠在各種應(yīng)用和環(huán)境中使用。

電路說明

圖 1 顯示了一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)為數(shù)據(jù)備份提供可靠的主電源和保持電源。該解決方案以 LTC3643 雙向后備電源為中心。當(dāng)輸入電壓存在時(shí)，LTC3643 對存儲電容器 C 進(jìn)行充電存儲，升壓模式下高達(dá) 40V。當(dāng)輸入電壓中斷時(shí)，LTC3643 將存儲電容器放電至負(fù)載 在降壓模式中，從而將標(biāo)稱電壓保持在負(fù)載 （V.SYS） 在 3V 至 17V 范圍內(nèi)。

備用存儲軌的相對較高的電壓增加了該解決方案的存儲能量（E = CV2/2），并允許使用電解電容器作為備用存儲組件。電解電容器價(jià)格低廉且廣泛可用，大大降低了備份解決方案的成本。LTC3643 的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能夠支持 12V 系統(tǒng)，這是許多汽車和工業(yè)應(yīng)用中的默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)電壓軌。

在圖 1 中，LTM4607 μModule 降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器充當(dāng)前端穩(wěn)壓器，從一個(gè) 5V 至 36V 輸入 （如汽車電池） 產(chǎn)生 12V/高達(dá) 5A 的電流。降壓-升壓穩(wěn)壓器只要輸入電壓保持在指定范圍內(nèi)，即可保持穩(wěn)定的 12V 輸出，從而允許 V?.SYS通過汽車?yán)鋯雍拓?fù)載突降等掉電和過壓條件。當(dāng)輸入電壓中斷或移出此范圍時(shí)，基于 LTC3643 的備用電源解決方案將保持 V.SYS系統(tǒng)電壓，允許短期數(shù)據(jù)備份。

電路功能

正常工作時(shí)，當(dāng)P溝道MOSFET Q1導(dǎo)通時(shí)，標(biāo)志PFO為低電平，電解電容陣列C存儲充電至40V。當(dāng)輸入電壓中斷時(shí)，LTC3643 關(guān)斷 Q1，將標(biāo)志 PFO 設(shè)置為高電平并開始對 C 放電存儲電容陣列，保持12V至負(fù)載。當(dāng)Q1處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，該晶體管的體二極管有效地將負(fù)載與輸入線路隔離開來。PFO 標(biāo)志標(biāo)識故障，并向主機(jī)發(fā)出信號，以斷開非關(guān)鍵負(fù)載和電源電路。這里假設(shè)與數(shù)據(jù)保留相關(guān)的關(guān)鍵電路消耗1A電流，持續(xù)時(shí)間長達(dá)100ms。圖 2 說明了整個(gè)切換過程。在啟動時(shí)，由于存在輸入電壓，因此系統(tǒng)負(fù)載由 LTM4607 提供。當(dāng)輸入電壓中斷時(shí)，LTC3643 通過對存儲電容器進(jìn)行放電來支持系統(tǒng)負(fù)載。圖3更詳細(xì)地顯示了切換的時(shí)序。負(fù)載電壓降至10V，該值由電阻分壓器R設(shè)定鉑/R鉛然后恢復(fù)到標(biāo)稱12V，由電阻分壓器R設(shè)定圣/R某人.

估算所需存儲電容和保持時(shí)間的公式如下。如果需要更詳細(xì)的分析，可以在供應(yīng)商的文檔中找到必要的信息。

結(jié)論

LTC?3643 是一款高度集成的高性能后備穩(wěn)壓器。本設(shè)計(jì)筆記所示的設(shè)計(jì)結(jié)合了該 IC 的優(yōu)勢和高效率降壓-升壓型 LTM4607 μModule 穩(wěn)壓器。這些器件共同為汽車和工業(yè)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)保留和備份提供了小尺寸、高效且經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。

審核編輯：郭婷