應(yīng)用3.3 電壓的LTC3643電源備用解決方案

簡介

數(shù)據(jù)丟失是電信，工業(yè)和汽車應(yīng)用中的一個問題，因?yàn)?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/2447/" target="_blank">嵌入式系統(tǒng)需要可靠的電源。在硬盤驅(qū)動器和閃存執(zhí)行的讀寫操作期間，突然斷電可能會破壞數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)人員通常使用電池，電容器和超級電容器來存儲足夠的能量，以便在電源中斷期間短時(shí)間內(nèi)支持關(guān)鍵負(fù)載。

LTC3643電源備用電源允許設(shè)計(jì)人員使用相對便宜的存儲組件：低成本電解電容器。在此處提供的備用或保持電源中，LTC3643在存在電源時(shí)將存儲電容充電至40 V，并在電源中斷時(shí)將其放電至關(guān)鍵負(fù)載。負(fù)載（輸出）電壓可編程為3 V至17 V之間的任何電壓。

LTC3643可輕松適應(yīng)5 V和12 V電源軌的備用解決方案，但3.3 V電源軌解決方案需要格外小心。 LTC3643的最低工作電壓為3 V，相對接近標(biāo)稱3.3 V輸入電壓。當(dāng)使用阻塞二極管將備用電壓源與非關(guān)鍵電路去耦時(shí)，這太緊了，如圖1a所示。如果D1是肖特基二極管，其正向壓降 - 作為負(fù)載電流和溫度的函數(shù) - 可以達(dá)到0.4 V至0.5 V，足以將LTC3643 V IN 引腳上的電壓置于3以下V最小。因此，備用電源電路可能無法啟動。

一種可能的解決方案是將二極管移至供電DC-DC轉(zhuǎn)換器D2的輸入端，如圖所示圖1b。不幸的是，在這種情況下，連接到上游DC-DC電源的非臨界負(fù)載可以從備用電源獲取電力，并為關(guān)鍵負(fù)載留下更少的能量。

3.3 V備用電源操作

圖2顯示了生產(chǎn)3.3 V備用電源的解決方案，該電源使用阻塞MOSFET為關(guān)鍵負(fù)載預(yù)留能量。圖1中所示的阻塞二極管被Q1取代，這是一個低柵極閾值電壓功率P溝道MOSFET。

在3.3 V環(huán)境中操作備用電源的關(guān)鍵是增加系列RA-CA電路。在啟動時(shí)，隨著輸入電壓上升，通過電容器CA的電流由等式I CA = C×（dV / dt）控制。該電流在RA上產(chǎn)生電位，這足以增強(qiáng)Q2，低柵極閾值電壓小信號N溝道MOSFET。當(dāng)Q2導(dǎo)通時(shí)，它將Q1的柵極拉至地，從輸入電壓到LTC3643的電源引腳V IN 提供極低的電阻路徑。一旦3.3 V施加到轉(zhuǎn)換器，它就會啟動，拉低Q1的柵極和PFO引腳，然后開始對存儲電容充電。

當(dāng)3.3 V電壓軌達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)， I CA 電流降低到RA上的電壓降至Q2門限閾值以下且Q2關(guān)閉的點(diǎn)，不再影響備用轉(zhuǎn)換器的功能。此外，PFO引腳接地R3A，將PFI引腳電源故障電壓電平復(fù)位至最小3 V，以確保在輸入電壓源斷開時(shí)轉(zhuǎn)換器保持工作狀態(tài)。

電路功能

圖3中的波形顯示3.3 V電壓軌啟動時(shí)的結(jié)果。隨著輸入電壓上升，Q2的柵極也上升，將Q1的柵極拉低。 Q1保持增強(qiáng)，允許完整的3.3 V電壓到達(dá)LTC3643，繞過Q1體二極管。最終，Q2電壓的柵極降至閾值電平以下，Q2關(guān)斷 - 此時(shí)LTC3643完全工作，并控制Q1的柵極。

這里展示了LTC3643的多功能性：具體來說，它能夠限制用于為存儲電容充電的升壓轉(zhuǎn)換器的充電電流。在必須最小化總電流的情況下，例如當(dāng)存在長線或高阻抗電壓源時(shí)，可以將升壓電流設(shè)置得相對較低，以便最小化充電電流對輸入電壓降的影響。這對3.3 V電源軌尤其重要。在圖2中，0.05Ω電阻RS為升壓轉(zhuǎn)換器充電電流設(shè)置了0.5 A（10.5 A負(fù)載）的限值（最大可能設(shè)置限值為2 A）;其余部分傳送到負(fù)載。

圖4顯示了3.3 V電壓軌丟失時(shí)的波形。隨著輸入電壓下降，Q2柵極電壓保持不變，接近地電壓，Q2保持關(guān)斷狀態(tài)。相比之下，Q1柵極電壓急劇上升至3.3 V.這使Q1關(guān)斷，Q1的體二極管作為阻塞二極管，將負(fù)載與輸入解耦。此時(shí)，備用電源接管，LTC3643通過放電存儲電容為關(guān)鍵負(fù)載提供3.3 V電壓。

結(jié)論

此處介紹的電路使能LTC3643可用作3.3 V電源軌的備用電源解決方案。 LTC3643采用低成本電解電容作為儲能元件，簡化了備用電源。