【導讀】在嵌入式系統(tǒng)需要可靠供電的電信、工業(yè)和汽車應用中，數(shù)據(jù)丟失是一個關(guān)切的問題。供電的突然中斷會在硬盤和閃存器執(zhí)行讀寫操作時損壞數(shù)據(jù)。我們常常使用電池、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)鍵的負載提供短期電源支持。
那么，有沒有一種更簡單的方法讓我們來完成這些事兒呢？
于是，就有了 LTC3643，它能使我們采用一種相對便宜的儲能元件——低成本電解電容器。本文將介紹的是一款電路，它使 LTC3643 用作針對 3.3V 電壓軌的備份電源解決方案。
在這里提及的備份電源或保持電源中，當電源存在時，LTC3643 把存儲電容器充電至 40V，而當電源中斷時，LTC3643 則把該存儲電容器的電能釋放給關(guān)鍵的負載。負載 (輸出) 電壓可設置為介于 3V 和 17V 之間的任何電壓。
LTC3643 可容易地適用于 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慎。LTC3643 的最小工作電壓為 3V，比較接近于 3.3V 的標稱輸入電壓電平。如圖 1a 所示，當采用一個隔離二極管以使備份電壓電源與非關(guān)鍵的電路分離時，這種余量就太嚴緊了。如果 D1 是一個肖特基二極管，其正向壓降 (作為負載電流和溫度之函數(shù)) 會達到 0.4V 至 0.5V，足以把 LTC3643 VIN 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。
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)鍵負載會從備份電源吸取功率，因而留給關(guān)鍵負載的電能較少。
3.3V 備份電源運作
圖2展示出了一款用于產(chǎn)生 3.3V 備份電源的解決方案，其采用一個隔離 MOSFET 為關(guān)鍵的負載儲備能量。圖 1 所示的隔離二極管被一個低柵極門限電壓 P 溝道功率 MOSFET (Q1) 所取代。
在 3.3V 環(huán)境中運作備份電源的關(guān)鍵是增設 RA-CA 串聯(lián)電路。在啟動時，隨著輸入電壓的上升，流過電容器 CA 的電流取決于公式 IC = 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門限電壓小信號 N 溝道 MOSFET (Q2)。當 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，則其隨即啟動，下拉 Q1 的柵極和 PFO 引腳電平，而且它開始給存儲電容器充電。
當 3.3V 電壓軌達到穩(wěn)態(tài)時，IC 電流減小至某一點，在該點上 RA 兩端的電壓下降到低于 Q2 柵極門限電平且 Q2 關(guān)斷，因而不再影響備份電源轉(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 LTC3643，將 Q1 體二極管旁路。最后，Q2 的柵極電壓降至低于門限電平且 Q2 關(guān)斷，到這個時候 LTC3643 是全面運行的，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之升壓型轉(zhuǎn)換器的充電電流。在必須盡量減小總電流的場合中，例如：當存在長導線或高阻抗電壓電源時，可把升壓電流設定在較低的水平，以最大限度減輕充電電流對輸入電壓降的影響。這一點對于 3.3V 電壓軌是尤其重要。在圖 2 中，0.05Ω 電阻器 RS 為升壓型轉(zhuǎn)換器充電電流設定了一個 0.5A (10.5A 負載) 的限值 (最大可能設定限值為 2A)；其余的電流則輸送至負載。
圖 4 示出了失去 3.3V 電壓軌時的波形。當輸入電壓下降時，Q2 的柵極電壓保持不變 (接近于地電位)，而且 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 的體二極管起隔離二極管的作用，從而使負載與輸入分離。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)鍵的負載提供3.3V。
