適用于1mm薄型工業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)備份解決方案

在各種工業(yè)和汽車應(yīng)用中，電源中斷期間的數(shù)據(jù)備份和保留都是必需的，在這些應(yīng)用中，應(yīng)急備用電源（如UPS）可能不可行。例如，車輛可能需要在由于災(zāi)難性故障而突然斷開電池期間傳輸?shù)乩碜鴺?biāo)和車輛 ID。在車輛維護、故障排除和維修工作期間，更經(jīng)常地需要性能數(shù)據(jù)，通常是在斷開電池的情況下執(zhí)行的。在復(fù)雜的工業(yè)金屬加工設(shè)備中，在斷電期間存儲多個刀具的位置和狀態(tài)至關(guān)重要，以防止在電源恢復(fù)時設(shè)備故障。同樣，數(shù)據(jù)保留和備份在石油和天然氣勘探行業(yè)中也很重要，它廣泛用于采礦公司的大型通信網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常會遇到電源故障和掉電。電信公司需要不間斷地訪問其系統(tǒng)各個級別的數(shù)據(jù)。

薄型數(shù)據(jù)備份電源

工業(yè)和汽車應(yīng)用與典型的消費電子產(chǎn)品的區(qū)別通常在于它們?nèi)狈Ψ€(wěn)定、高質(zhì)量的電壓源。在汽車環(huán)境中，12V標(biāo)稱電壓軌在冷啟動和負載突降期間可以從5V變?yōu)?0V以上。工廠和工廠中使用的 24V 設(shè)備總線僅因打開/關(guān)閉電動機和螺線管而遭受電壓尖峰和掉電。

然而，工業(yè)應(yīng)用確實與消費電子產(chǎn)品有一些共同點：便攜性和移動性增加的趨勢?，F(xiàn)代工業(yè)設(shè)備內(nèi)部的電子設(shè)備空間越來越有限。數(shù)據(jù)存儲單元的體積，特別是厚度，在工業(yè)組件和模塊中非常寶貴?？紤]到這一點，這里的解決方案旨在最大限度地減少所選組件的輪廓。表1顯示了兩個無源元件組選項，按厚度排列：1mm和2.5mm。所需的半導(dǎo)體部件未列出，因為控制器、MOSFET 和電阻器的厚度不超過 1mm。

本文介紹了一種薄型解決方案，用于設(shè)計儲能電路，該電路能夠在輸入電壓在5V至60V的極寬范圍內(nèi)變化以及可能同時中斷輸入電壓的情況下提供數(shù)據(jù)備份電路或無線數(shù)據(jù)傳輸。

圖 1 示出了基于 LTC3110 的解決方案[1]、雙向降壓-升壓穩(wěn)壓器和超級電容器充電器?；谠撈骷?a target="_blank">轉(zhuǎn)換器（SCCH）在輸入電壓存在時實際為存儲電容器充電，并在電源中斷期間提供穩(wěn)定的系統(tǒng)輸出。在正常工作條件下 （存在 5V–60V 輸入電源），敏感的電子負載和 LTC3110 由一個基于 LTC3891 的降壓型轉(zhuǎn)換器 （SDC） 提供支持。[2].

圖1.使用全薄型組件的工業(yè)/汽車數(shù)據(jù)備份電源

LTC?3891 是一款低靜態(tài)電流、降壓型轉(zhuǎn)換器，具有一個 4.5V 至 60V 的寬輸入電壓范圍。其 60V 上限最大限度地減少了系統(tǒng)保護電路所需的體積，幾乎消除了對傳統(tǒng)瞬態(tài)電壓抑制二極管 （TVS） 的需求。SDC 將系統(tǒng)電壓保持在 3.3V 母線軌限值內(nèi)，涵蓋 3.1V–3.6V 電壓范圍[3][4].無論輸入電壓擺幅如何，負載電壓都保持在此范圍內(nèi)。

如果輸入電壓斷開，SCCH接管，提供穩(wěn)定的3.3V電源軌。在正常情況下，LTC3891 為系統(tǒng)總線提供 3.5V 電壓;LTC3110 在記錄一個電源故障并支持負載時提供 3.2V 電壓。這些電源電壓完全在 3.3V 邏輯電源的建議限值范圍內(nèi)[5]./CHRG 標(biāo)志可用于提醒數(shù)字系統(tǒng)斷開不相關(guān)的負載并開始數(shù)據(jù)備份或無線傳輸。

SCCH和SDC轉(zhuǎn)換器的引腳設(shè)置總結(jié)如下：

分壓器 R1、R2 設(shè)置超級電容器 CS 的充電結(jié)束閾值

電阻R3定義工作模式，如果在突發(fā)模式下使用，則與GND相連

電阻R4定義充電期間的輸入電流水平

分壓器 R5、R6 在備份期間設(shè)置負載電壓

分壓器R7、R8設(shè)置切換電壓電平

分壓器R9，如果存在輸入電壓，則R8設(shè)置負載電壓。

電路功能

波形和效率數(shù)據(jù)如圖2-5所示。圖 2 顯示了切換過程的開始;輸入電壓斷開時，SDC 關(guān)閉，而 SCCH 打開。圖3顯示了數(shù)據(jù)備份持續(xù)時間的波形。請注意，V負荷電壓保持在預(yù)設(shè)的SCCH值，即使超級電容電壓從高于此電平到低于此電平變化。圖 4 示出了 LTC3110 在兩個串聯(lián)超級電容器充電時平衡其電壓的能力 — V帽總是兩次 V.MID.圖 4 還示出了 LTC3110 調(diào)節(jié)其輸入電流 （IV（系統(tǒng)）用于充電）在指定水平，在這種情況下為 1A

圖2.從正常電源切換到基于超級電容器的備用電源

圖3.V 時數(shù)據(jù)備份的持續(xù)時間在丟失了

圖4.超級電容充電和平衡。我V（系統(tǒng)）是從 LTC3891 轉(zhuǎn)換器到 LTC3110 的電流。

SCCH轉(zhuǎn)換器的效率曲線如圖5所示。V帽在測試期間被迫為3.3V，負載在0.5A范圍內(nèi)變化。

圖5.效率

以下公式可用于粗略估計存儲電容和保持時間。（如果需要更準(zhǔn)確的結(jié)果，請參閱超級電容器文檔 3，4。

存儲在超級電容器中的能量：

為保持時間TH提供負載所需的能量

保持時間：

結(jié)論

LTC?3891 和 LTC3110 是高度集成的高性能控制器，可組合在一個扁平解決方案中，用于汽車和工業(yè)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)保留和備份。

審核編輯：郭婷