在嵌入式系統(tǒng)需要可靠供電的電信、工業(yè)和汽車應(yīng)用中，數(shù)據(jù)丟失是個問題。供電的突然中斷會在硬盤驅(qū)動器和閃存執(zhí)行讀寫操作時損壞數(shù)據(jù)。設(shè)計人員常常使用電池、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(fù)載提供短期電源支持。

LTC3643備份電源使得設(shè)計人員能夠采用一種相對便宜的儲能元件：低成本電解電容器。在這里提及的備份電源或保持電源中，當(dāng)電源存在時，LTC3643把一個存儲電容器充電至40V，而當(dāng)電源中斷時，LTC3643則把該存儲電容器的電能釋放給關(guān)鍵負(fù)載。負(fù)載(輸出)電壓可變成為3V和17V之間的任何電壓。

LTC3643可輕松用于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)稱輸入電壓電平。如圖1a所示，當(dāng)采用一個隔離二極管將備份電壓電源與非關(guān)鍵的電路分離時，這種余量就太緊了。如果D1是一個肖特基二極管，其正向壓降(作為負(fù)載電流和溫度的函數(shù))會達(dá)到0.4V至0.5V，足以把LTC3643VIN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法啟動。

圖1.(a)和(b)。隔離二極管在備份系統(tǒng)原理圖中的位

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(fù)載會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備份電源運行

圖2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)鍵負(fù)載儲備能量。圖1所示的隔離二極管被一個低柵極閾值電壓功率P溝道MOSFETQ1所取代。在3.3V環(huán)境中運行備份電源的關(guān)鍵是增設(shè)RA-CA串聯(lián)電路。

啟動時，隨著輸入電壓上升，流過電容器CA的電流取決于公式ICA=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閾值電壓小信號N溝道MOSFETQ2。當(dāng)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，轉(zhuǎn)換器立即啟動，下拉Q1的柵極和PFO引腳電平，并開始給存儲電容器充電。

圖2.用于3.3V電壓軌的LTC3643解決方案的增強型原理圖。

當(dāng)3.3V電壓軌達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，ICA電流減小至某一點，在該點上RA兩端的電壓下降到低于Q2柵極閾值電平且Q2關(guān)斷，因而不再影響備份轉(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(dāng)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(dá)LTC3643，將Q1體二極管旁路。最后，Q2的柵極電壓降至閾值電平以下且Q2關(guān)斷，此時LTC3643全面運行并控制著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的升壓型轉(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(dāng)存在長導(dǎo)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，以最大限度減輕充電電流對輸入壓降的影響。這點對3.3V電壓軌尤為重要。在圖2中，0.05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(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3.上電時3.3V電壓軌的波形

圖4示出了失去3.3V電壓軌時的波形。當(dāng)輸入電壓下降時，Q2的柵極電壓保持不變(接近于地電位)，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的體二極管發(fā)揮隔離二極管的作用，從而使負(fù)載與輸入分離。此時備份電源接管供電，LTC3643通過釋放存儲電容器的電能以給關(guān)鍵負(fù)載提供3.3V。

圖4.斷電時3.3V電壓軌的波形

結(jié)論

本文介紹的電路使LTC3643可用作一款針對3.3V電壓軌的備份電源解決方案。LTC3643采用低成本電解電容器作為儲能元件，簡化了備份電源。