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)丟失是個問題。供電的突然中斷會在硬盤驅動器和閃存執(zhí)行讀寫操作時損壞數(shù)據(jù)。設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鍵的負載提供短期電源支持。

LTC3643備份電源使得設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，當電源存在時，LTC3643把一個存儲電容器充電至40V，而當電源中斷時，LTC3643則把該存儲電容器的電能釋放給關鍵負載。負載(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將備份電壓電源與非關鍵的電路分離時，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(作為負載電流和溫度的函數(shù))會達到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電源的非關鍵負載會從備份電源吸取功率，因而留給關鍵負載的電能較少。

3.3V備份電源運行

圖2示出了一款用于產生3.3V備份電源的解決方案，其采用一個隔離MOSFET為關鍵負載儲備能量。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鍵是增設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被施加至轉換器，轉換器立即啟動，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3.3V電壓軌達到穩(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關斷，因而不再影響備份轉換器的功能。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的柵極電壓降至閾值電平以下且Q2關斷，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關斷，由Q1的體二極管發(fā)揮隔離二極管的作用，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鍵負載提供3.3V。

圖4.斷電時3.3V電壓軌的波形

結論

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。