适用于5V和12V电压轨的备份电源解决方案

在嵌入式系统需要可靠供电的电信、工业和汽车应用中，数据丢失是个问题。供电的突然中断会在硬盘驱动器和闪存执行读写操作时损坏数据。设计人员常常使用电池、电容器和超级电容器来存储足够的能量，以在供电中断期间为关键的负载提供短期电源支持。

LTC3643备份电源使得设计人员能够采用一种相对便宜的储能元件：低成本电解电容器。在这里提及的备份电源或保持电源中，当电源存在时，LTC3643把一个存储电容器充电至40V，而当电源中断时，LTC3643则把该存储电容器的电能释放给关键负载。负载(输出)电压可变成为3V和17V之间的任何电压。

LTC3643可轻松用于5V和12V电压轨的备份解决方案，但是3.3V电压轨解决方案则需要格外谨慎。LTC3643的最小工作电压为3V，比较接近于3.3V的标称输入电压电平。如图1a所示，当采用一个隔离二极管将备份电压电源与非关键的电路分离时，这种余量就太紧了。如果D1是一个肖特基二极管，其正向压降(作为负载电流和温度的函数)会达到0.4V至0.5V，足以把LTC3643VIN引脚上的电压置于3V最小值以下。因此，备份电源电路可能无法启动。

图1.(a)和(b)。隔离二极管在备份系统原理图中的位

一种可行的解决方案是把二极管移动到供电DC/DC转换器的输入端D2，如图1b所示。遗憾的是，在此情形下，连接至上游DC/DC电源的非关键负载会从备份电源吸取功率，因而留给关键负载的电能较少。

3.3V备份电源运行

图2示出了一款用于产生3.3V备份电源的解决方案，其采用一个隔离MOSFET为关键负载储备能量。图1所示的隔离二极管被一个低栅极阈值电压功率P沟道MOSFETQ1所取代。在3.3V环境中运行备份电源的关键是增设RA-CA串联电路。

启动时，随着输入电压上升，流过电容器CA的电流取决于公式ICA=C(dV/dt)。该电流在RA的两端产生一个电位，此电位足以强化一个低栅极阈值电压小信号N沟道MOSFETQ2。当Q2接通时，它把Q1的栅极拉至地电位，在输入电压和LTC3643电源引脚VIN之间提供了一条极低电阻的通路。一旦3.3V被施加至转换器，转换器立即启动，下拉Q1的栅极和PFO引脚电平，并开始给存储电容器充电。

图2.用于3.3V电压轨的LTC3643解决方案的增强型原理图。

当3.3V电压轨达到稳态时，ICA电流减小至某一点，在该点上RA两端的电压下降到低于Q2栅极阈值电平且Q2关断，因而不再影响备份转换器的功能。另外，PFO引脚将R3A接地，从而把PFI引脚电源故障电压电平复位至最小值3V，以确保转换器在输入电压电源断接时保持正常运行。

电路功能

图3中的波形示出了3.3V电压轨启动时的结果。当输入电压上升时，Q2的栅极电压也升高，因而把Q1的栅极拉至低电平。Q1处于强化状态，允许完整的3.3V电压到达LTC3643，将Q1体二极管旁路。最后，Q2的栅极电压降至阈值电平以下且Q2关断，此时LTC3643全面运行并控制着Q1的栅极。

LTC3643的多功能性在这里展现出来：特别是它能够限制用于给存储电容器充电的升压型转换器的充电电流。在必须尽量减小总电流的场合中，例如：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水平，以最大限度减轻充电电流对输入压降的影响。这点对3.3V电压轨尤为重要。在图2中，0.05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(最大可能设定限值为2A)；其余的电流则输送至负载。

图3.上电时3.3V电压轨的波形

图4示出了失去3.3V电压轨时的波形。当输入电压下降时，Q2的栅极电压保持不变(接近于地电位)，且Q2处于关断状态。与此相反，Q1的栅极电压则急剧上升至3.3V。这把Q1关断，由Q1的体二极管发挥隔离二极管的作用，从而使负载与输入分离。此时备份电源接管供电，LTC3643通过释放存储电容器的电能以给关键负载提供3.3V。

图4.断电时3.3V电压轨的波形

结论

本文介绍的电路使LTC3643可用作一款针对3.3V电压轨的备份电源解决方案。LTC3643采用低成本电解电容器作为储能元件，简化了备份电源。