適用于5V和12V電壓軌的備份解決方案

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】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)和汽車應用中，數(shù)據(jù)丟失是一個關(guān)切的問題。供電的突然中斷會在硬盤和閃存器執(zhí)行讀寫操作時損壞數(shù)據(jù)。我們常常使用電池、電容器和超級電容器來存儲足夠的能量，以在供電中斷期間為關(guān)鍵的負載提供短期電源支持。

那么，有沒有一種更簡單的方法讓我們來完成這些事兒呢？

于是，就有了LTC3643，它能使我們采用一種相對便宜的儲能元件——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，當電源存在時，LTC3643把存儲電容器充電至40V，而當電源中斷時，LTC3643則把該存儲電容器的電能釋放給關(guān)鍵的負載。負載(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慎重。LTC3643的工作電壓為3V，比較接近于3.3V的標稱輸入電壓電平。如圖1a所示，當采用一個隔離二極管以使備份電壓電源與非關(guān)鍵的電路分離時，這種余量就太嚴緊了。如果D1是一個肖特基二極管，其正向壓降(作為負載電流和溫度之函數(shù))會到達0.4V至0.5V，足以把LTC3643VIN引腳上的電壓置于3V值以下。因此，備份電源電路可能無法啟動。

一種可行的解決方案是把二極管移動到供電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)鍵負載會從備份電源吸取功率，因而留給關(guān)鍵負載的電能較少。

3.3V備份電源運作

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

在3.3V環(huán)境中運作備份電源的關(guān)鍵是增設(shè)RA-CA串聯(lián)電路。在啟動時，隨著輸入電壓的上升，流過電容器CA的電流取決于公式IC=C·(dV/dt)。該電流在RA的兩端產(chǎn)生一個電位，此電位足以強化一個低柵極門限電壓小信號N溝道MOSFET(Q2)。當Q2接通時，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，下拉Q1的柵極和PFO引腳電平，而且它開始給存儲電容器充電。

當3.3V電壓軌到達穩(wěn)態(tài)時，IC電流減小至某一點，在該點上RA兩端的電壓下降到低于Q2柵極門限電平且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位至值3V，以確保轉(zhuǎn)換器在輸入電壓電源斷接時保持正常運行。

電路功能

圖3中的波形示出了3.3V電壓軌啟動時的結(jié)果。當輸入電壓上升時，Q2的柵極電壓也升高，因而把Q1的柵極拉至低電平。Q1處于強化狀態(tài)，允許完整的3.3V電壓到達LTC3643，將Q1體二極管旁路。，Q2的柵極電壓降至低于門限電平且Q2關(guān)斷，到這個時候LTC3643是全面運行的，并控制著Q1的柵極。

LTC3643的多功能性在這里展現(xiàn)出來：特別是它能夠限制用于給存儲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合中，例如：當存在長導線或高阻抗電壓電源時，可把升壓電流設(shè)定在較低的水平，以限度減輕充電電流對輸入電壓降的影響。這一點對于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0.5A(10.5A負載)的限值(可能設(shè)定限值為2A)；其余的電流則輸送至負載。

圖4示出了失去3.3V電壓軌時的波形。當輸入電壓下降時，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