引言

在嵌入式系統(tǒng)依賴持續(xù)供電的電信、工業(yè)和汽車應(yīng)用中，數(shù)據(jù)丟失是引人關(guān)切的。供電的突然中斷會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)在對(duì)硬盤驅(qū)動(dòng)器和閃存器進(jìn)行讀寫操作時(shí)的數(shù)據(jù)受損。通常，嵌入式系統(tǒng)僅需 10ms 至 50ms 的時(shí)間對(duì)易失性數(shù)據(jù)進(jìn)行備份以防止發(fā)生丟失。

數(shù)據(jù)備份采用在嵌入式系統(tǒng)中，以用于維護(hù)、故障排除和維修工作。在復(fù)雜的工業(yè)金屬加工設(shè)備中，在電源斷接后必需存儲(chǔ)多種刀具的位置和狀態(tài)，以防止在稍后恢復(fù)供電時(shí)發(fā)生設(shè)備故障，這一點(diǎn)是很重要。這些應(yīng)用要求提供穩(wěn)定的電源和數(shù)據(jù)保持，但是不可靠的電源使之難以實(shí)現(xiàn)。長的電源線、電量耗盡的電池、未調(diào)整的 AC 適配器、拋載和大功率電動(dòng)機(jī)的開關(guān)操作會(huì)導(dǎo)致輸入電源的廣泛不可靠。因此，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員喜歡設(shè)計(jì)擁有盡可能寬的輸入電壓范圍，從而可在眾多的應(yīng)用和環(huán)境中使用。

電路描述

圖 1 示出了一款提供可靠主電源和支持?jǐn)?shù)據(jù)備份電源之系統(tǒng)。該解決方案以 LTC?3643 雙向后備電源為中心。當(dāng)輸入電壓存在時(shí)，LTC3643 在升壓模式中給存儲(chǔ)電容器 CSTORAGE 充電 (至高達(dá) 40V)。當(dāng)輸入電壓被中斷時(shí)，LTC3643 在降壓模式中把存儲(chǔ)電容器的電量釋放至負(fù)載，從而將負(fù)載上的標(biāo)稱電壓 (VSYS) 保持在 3V 至 17V 的范圍內(nèi)。

后備存儲(chǔ)電源軌相對(duì)高的電壓增加了該解決方案的儲(chǔ)能 (E = CV2/2)，并使得可把電解電容器用作一種后備存儲(chǔ)組件。電解電容器便宜且廣泛地使用，因而顯著地降低了后備解決方案的成本。LTC3643 的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其能夠支持 12V 系統(tǒng)，在許多汽車和工業(yè)應(yīng)用中，12V 是默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)電壓軌。

在圖 1 中，LTM?4607 μModule? 降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器充當(dāng)前端穩(wěn)壓器，從一個(gè) 5V 至 36V 輸入 (例如：汽車電池) 產(chǎn)生 12V (在高達(dá) 5A) 輸出。只要輸入電壓維持在規(guī)定的范圍之內(nèi)，該降壓-升壓型穩(wěn)壓器就可保持一個(gè)穩(wěn)定的 12V 輸出，從而使得 VSYS 能安全度過汽車?yán)滠嚢l(fā)動(dòng)和拋載等欠壓和過壓情況。當(dāng)輸入電壓被中斷或脫離了該范圍時(shí)，基于 LTC3643 的后備電源解決方案將保持 VSYS 系統(tǒng)電壓以提供短期的數(shù)據(jù)備份。

電路功能

在正常操作中，當(dāng) P 溝道 MOSFET Q1 導(dǎo)通時(shí)，PFO 標(biāo)記為低電平且電解電容器陣列 CSTORAGE 被充電至 40V。當(dāng)輸入電壓中斷時(shí)，LTC3643 把 Q1 關(guān)斷，將 PFO 標(biāo)記設(shè)定在高電平并開始釋放 CSTORAGE 電容器陣列的存儲(chǔ)電量，從而保持給負(fù)載提供 12V。當(dāng) Q1 處于斷開狀態(tài)時(shí)，該晶體管的體二極管實(shí)際上使負(fù)載與輸入線路隔離。PFO 標(biāo)記識(shí)別故障并向主計(jì)算機(jī)發(fā)出指示信號(hào)以斷接非關(guān)鍵負(fù)載和電源電路。這里，假設(shè)與數(shù)據(jù)保持相關(guān)的關(guān)鍵電路消耗 1A，持續(xù)時(shí)間長達(dá) 100ms。

圖 2 示出了整個(gè)切換過程。在開始時(shí)，因?yàn)檩斎腚妷捍嬖冢韵到y(tǒng)負(fù)載由 LTM4607 供電。當(dāng)輸入電壓被中斷時(shí)，LTC3643 通過釋放存儲(chǔ)電容器的電量以支持系統(tǒng)負(fù)載。圖 3 更加詳細(xì)地示出了切換的時(shí)序。負(fù)載電壓下降至 10V (一個(gè)由電阻分壓器 RPT/RPB 設(shè)定的數(shù)值)，并隨后恢復(fù)至 12V 標(biāo)稱值 (由電阻分壓器 RST/RSB 設(shè)定)。

下面給出了用于估算所需之存儲(chǔ)電容和保持時(shí)間的公式。如需進(jìn)行更加細(xì)致的分析，則可在供應(yīng)商的文檔中查找必要的信息。

結(jié)論

LTC3643 是一款高度集成的高性能后備穩(wěn)壓器。本設(shè)計(jì)要點(diǎn)中說明的設(shè)計(jì)整合了該 IC 與高效率降壓-升壓型 LTM4607 μModule 穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)。這些器件組合起來實(shí)現(xiàn)了面向汽車和工業(yè)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)保持和備份的小占板面積、高效和具成本效益的解決方案。