適用于5V和12V電壓軌的備份解決方案

在嵌入式系統(tǒng)需要可靠供電的電信、工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)丟失是一個(gè)關(guān)切的問(wèn)題。供電的突然中斷會(huì)在硬盤(pán)和閃存器執(zhí)行讀寫(xiě)操作時(shí)損壞數(shù)據(jù)。我們常常使用電池、電容器和超級(jí)電容器來(lái)存儲(chǔ)足夠的能量，以在供電中斷期間為關(guān)鍵的負(fù)載提供短期電源支持。

那么，有沒(méi)有一種更簡(jiǎn)單的方法讓我們來(lái)完成這些事兒呢？

于是，就有了 LTC3643，它能使我們采用一種相對(duì)便宜的儲(chǔ)能元件——低成本電解電容器。本文將介紹的是一款電路，它使 LTC3643 用作針對(duì) 3.3V 電壓軌的備份電源解決方案。

在這里提及的備份電源或保持電源中，當(dāng)電源存在時(shí)，LTC3643 把存儲(chǔ)電容器充電至 40V，而當(dāng)電源中斷時(shí)，LTC3643 則把該存儲(chǔ)電容器的電能釋放給關(guān)鍵的負(fù)載。負(fù)載 (輸出) 電壓可設(shè)置為介于 3V 和 17V 之間的任何電壓。

LTC3643 可容易地適用于 5V 和 12V 電壓軌的備份解決方案，但是 3.3V 電壓軌解決方案則需要格外謹(jǐn)慎。LTC3643 的最小工作電壓為 3V，比較接近于 3.3V 的標(biāo)稱(chēng)輸入電壓電平。如圖 1a 所示，當(dāng)采用一個(gè)隔離二極管以使備份電壓電源與非關(guān)鍵的電路分離時(shí)，這種余量就太嚴(yán)緊了。如果 D1 是一個(gè)肖特基二極管，其正向壓降 (作為負(fù)載電流和溫度之函數(shù)) 會(huì)達(dá)到 0.4V 至 0.5V，足以把 LTC3643 VIN引腳上的電壓置于 3V 最小值以下。因此，備份電源電路可能無(wú)法啟動(dòng)。

一種可行的解決方案是把二極管移動(dòng)到供電 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸入端 (D2)，如圖 1b 所示。遺憾的是，在此情形下，連接至上游 DC/DC 電源的非關(guān)鍵負(fù)載會(huì)從備份電源吸取功率，因而留給關(guān)鍵負(fù)載的電能較少。

3.3V 備份電源運(yùn)作

圖2展示出了一款用于產(chǎn)生 3.3V 備份電源的解決方案，其采用一個(gè)隔離 MOSFET 為關(guān)鍵的負(fù)載儲(chǔ)備能量。圖 1 所示的隔離二極管被一個(gè)低柵極門(mén)限電壓 P 溝道功率 MOSFET (Q1) 所取代。

在 3.3V 環(huán)境中運(yùn)作備份電源的關(guān)鍵是增設(shè) RA-CA 串聯(lián)電路。在啟動(dòng)時(shí)，隨著輸入電壓的上升，流過(guò)電容器 CA 的電流取決于公式 IC= C·(dV/dt)。該電流在 RA 的兩端產(chǎn)生一個(gè)電位，此電位足以強(qiáng)化一個(gè)低柵極門(mén)限電壓小信號(hào) N 溝道 MOSFET (Q2)。當(dāng) Q2 接通時(shí)，它把 Q1 的柵極拉至地電位，在輸入電壓和 LTC3643 電源引腳 VIN之間提供了一條極低電阻的通路。一旦 3.3V 被施加至轉(zhuǎn)換器，則其隨即啟動(dòng)，下拉 Q1 的柵極和 PFO 引腳電平，而且它開(kāi)始給存儲(chǔ)電容器充電。

當(dāng) 3.3V 電壓軌達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，IC電流減小至某一點(diǎn)，在該點(diǎn)上 RA 兩端的電壓下降到低于 Q2 柵極門(mén)限電平且 Q2 關(guān)斷，因而不再影響備份電源轉(zhuǎn)換器的功能。另外，PFO 引腳將 R3A 接地，從而把 PFI 引腳電源故障電壓電平復(fù)位至最小值 3V，以確保轉(zhuǎn)換器在輸入電壓電源斷接時(shí)保持正常運(yùn)行。

電路功能

圖 3 中的波形示出了 3.3V 電壓軌啟動(dòng)時(shí)的結(jié)果。當(dāng)輸入電壓上升時(shí)，Q2 的柵極電壓也升高，因而把 Q1 的柵極拉至低電平。Q1 處于強(qiáng)化狀態(tài)，允許完整的 3.3V 電壓到達(dá) LTC3643，將 Q1 體二極管旁路。最后，Q2 的柵極電壓降至低于門(mén)限電平且 Q2 關(guān)斷，到這個(gè)時(shí)候 LTC3643 是全面運(yùn)行的，并控制著 Q1 的柵極。

LTC3643 的多功能性在這里展現(xiàn)出來(lái)：特別是它能夠限制用于給存儲(chǔ)電容器充電之升壓型轉(zhuǎn)換器的充電電流。在必須盡量減小總電流的場(chǎng)合中，例如：當(dāng)存在長(zhǎng)導(dǎo)線或高阻抗電壓電源時(shí)，可把升壓電流設(shè)定在較低的水平，以最大限度減輕充電電流對(duì)輸入電壓降的影響。這一點(diǎn)對(duì)于 3.3V 電壓軌是尤其重要。在圖 2 中，0.05Ω 電阻器 RS 為升壓型轉(zhuǎn)換器充電電流設(shè)定了一個(gè) 0.5A (10.5A 負(fù)載) 的限值 (最大可能設(shè)定限值為 2A)；其余的電流則輸送至負(fù)載。

圖 4 示出了失去 3.3V 電壓軌時(shí)的波形。當(dāng)輸入電壓下降時(shí)，Q2 的柵極電壓保持不變 (接近于地電位)，而且 Q2 處于關(guān)斷狀態(tài)。與此相反，Q1 的柵極電壓則急劇上升至 3.3V。這把 Q1 關(guān)斷，由 Q1 的體二極管起隔離二極管的作用，從而使負(fù)載與輸入分離。此時(shí)備份電源接管供電，LTC3643 通過(guò)釋放存儲(chǔ)電容器的電能以給關(guān)鍵的負(fù)載提供3.3V。

與低成本電解電容器搭配的LTC3643 是怎樣一款產(chǎn)品呢？點(diǎn)擊“閱讀原文”了解吧~