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嵌入式系统供电的一种简单备份电源解决方案

时间:2021-11-14

嵌入式体系需求靠得住供电的电信、工业和汽车使用中,数据失落是一个关心的题目。供电的俄然中缀会在硬盘和闪存器施行读写操纵时毁坏数据。咱们经常应用电池、电容器和超等电容器来存储足够的能量,以在供电中缀时期为关头的负载供应短时间电源支撑。

那末,有无一种更简略的要领让我们来实现这些事儿呢?

因而,就有了 LTC3643,它能使咱们接纳一种相对于廉价的储能元件——低成本电解电容器。本文将先容的是一款电路,它使 LTC3643 用作针对 3.3V 电压轨的备份电源解决计划。

在这里说起的备份电源或坚持电源中,当电源存在时,LTC3643 把存储电容器充电至 40V,而当电源中缀时,LTC3643 则把该存储电容器的电能释放给关头的负载。负载 (输入) 电压可配置为介于 3V 和 17V 之间的任何电压。

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LTC3643 可容易地适用于 5V 和 12V 电压轨的备份解决计划,然则 3.3V 电压轨解决计划则需求非分特别谨严。LTC3643 的最小事情电压为 3V,比拟接近于 3.3V 的标称输出电压电平。如图 1a 所示,当接纳一个断绝二极管以使备份电压电源与非关头的电路分手时,这类余量就太严紧了。假如 D1 是一个肖特基二极管,其正向压降 (作为负载电流和温度之函数) 会达到 0.4V 至 0.5V,足以把 LTC3643 VIN 引脚上的电压置于 3V 最小值如下。是以,备份电源电路大概无奈启动。

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一种可行的解决计划是把二极管移动到供电 DC/DC 转换器的输出端 (D2),如图 1b 所示。遗憾的是,在此情况下,连贯至下游 DC/DC 电源的非关头负载会从备份电源吸收功率,于是留给关头负载的电能较少。

3.3V 备份电源运作

图2展示出了一款用于发生 3.3V 备份电源的解决计划,其接纳一个断绝 MOSFET 为关头的负载贮备能量。图 1 所示的断绝二极管被一个低栅极门限电压 P 沟道功率 MOSFET (Q1) 所庖代。

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在 3.3V 环境中运作备份电源的关键是增设 RA-CA 串连电路。在启动时,跟着输出电压的回升,流过电容器 CA 的电流取决于公式 IC = C·(dV/dt)。该电流在 RA 的两头发生一个电位,此电位足以强化一个低栅极门限电压小旌旗灯号 N 沟道 MOSFET (Q2)。当 Q2 接通时,它把 Q1 的栅极拉至地电位,在输出电压和 LTC3643 电源引脚 VIN 之间供应了一条极低电阻的通路。一旦 3.3V 被施加至转换器,则其随即启动,下拉 Q1 的栅极和 PFO 引脚电平,并且它开端给存储电容器充电。

当 3.3V 电压轨达到稳态时,IC 电流减小至某一点,在该点上 RA 两头的电压下降到低于 Q2 栅极门限电平且 Q2 关断,于是再也不影响备份电源转换器的性能。此外,PFO 引脚将 R3A 接地,从而把 PFI 引脚电源毛病电压电平复位至最小值 3V,以确保转换器在输出电压电源断接时坚持失常运转。
电路性能

图 3 中的波形示出了 3.3V 电压轨启动时的效果。当输出电压回升时,Q2 的栅极电压也降低,因而把 Q1 的栅极拉至低电平。Q1 处于强化状况,同意残缺的 3.3V 电压抵达 LTC3643,将 Q1 体二极管旁路。最初,Q2 的栅极电压降至低于门限电平且 Q2 关断,到这个时间 LTC3643 是周全运转的,并操纵着 Q1 的栅极。

LTC3643 的多功能性在这里揭示进去:特别是它可以或许限定用于给存储电容器充电之升压型转换器的充电电流。在必需尽可能减小总电流的场所中,比方:当存在长导线或高阻抗电压电源时,可把升压电流设定在较低的程度,以最大限度加重充电电流对输出电压降的影响。这一点关于 3.3V 电压轨是特别首要。在图 2 中,0.05Ω 电阻器 RS 为升压型转换器充电电流设定了一个 0.5A (10.5A 负载) 的限值 (最大大概设定限值为 2A);别的的电流则输送至负载。

图 4 示出了落空 3.3V 电压轨时的波形。当输出电压降低时,Q2 的栅极电压坚持稳定 (接近于地电位),并且 Q2 处于关断状况。与此相同,Q1 的栅极电压则急剧上升至 3.3V。这把 Q1 关断,由 Q1 的体二极管起断绝二极管的感化,从而使负载与输出分手。此时备份电源接管供电,LTC3643 经由过程开释存储电容器的电能以给关头的负载供应3.3V。

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