应用3.3 电压的LTC3643电源备用解决方案

简介

数据丢失是电信，工业和汽车应用中的一个问题，因为嵌入式系统需要可靠的电源。在硬盘驱动器和闪存执行的读写操作期间，突然断电可能会破坏数据。设计人员通常使用电池，电容器和超级电容器来存储足够的能量，以便在电源中断期间短时间内支持关键负载。

LTC3643电源备用电源允许设计人员使用相对便宜的存储组件：低成本电解电容器。在此处提供的备用或保持电源中，LTC3643在存在电源时将存储电容充电至40 V，并在电源中断时将其放电至关键负载。负载（输出）电压可编程为3 V至17 V之间的任何电压。

LTC3643可轻松适应5 V和12 V电源轨的备用解决方案，但3.3 V电源轨解决方案需要格外小心。 LTC3643的最低工作电压为3 V，相对接近标称3.3 V输入电压。当使用阻塞二极管将备用电压源与非关键电路去耦时，这太紧了，如图1a所示。如果D1是肖特基二极管，其正向压降 - 作为负载电流和温度的函数 - 可以达到0.4 V至0.5 V，足以将LTC3643 V IN 引脚上的电压置于3以下V最小。因此，备用电源电路可能无法启动。

一种可能的解决方案是将二极管移至供电DC-DC转换器D2的输入端，如图所示图1b。不幸的是，在这种情况下，连接到上游DC-DC电源的非临界负载可以从备用电源获取电力，并为关键负载留下更少的能量。

3.3 V备用电源操作

图2显示了生产3.3 V备用电源的解决方案，该电源使用阻塞MOSFET为关键负载预留能量。图1中所示的阻塞二极管被Q1取代，这是一个低栅极阈值电压功率P沟道MOSFET。

在3.3 V环境中操作备用电源的关键是增加系列RA-CA电路。在启动时，随着输入电压上升，通过电容器CA的电流由等式I CA = C×（dV / dt）控制。该电流在RA上产生电位，这足以增强Q2，低栅极阈值电压小信号N沟道MOSFET。当Q2导通时，它将Q1的栅极拉至地，从输入电压到LTC3643的电源引脚V IN 提供极低的电阻路径。一旦3.3 V施加到转换器，它就会启动，拉低Q1的栅极和PFO引脚，然后开始对存储电容充电。

当3.3 V电压轨达到稳定状态时， I CA 电流降低到RA上的电压降至Q2门限阈值以下且Q2关闭的点，不再影响备用转换器的功能。此外，PFO引脚接地R3A，将PFI引脚电源故障电压电平复位至最小3 V，以确保在输入电压源断开时转换器保持工作状态。

电路功能

图3中的波形显示3.3 V电压轨启动时的结果。随着输入电压上升，Q2的栅极也上升，将Q1的栅极拉低。 Q1保持增强，允许完整的3.3 V电压到达LTC3643，绕过Q1体二极管。最终，Q2电压的栅极降至阈值电平以下，Q2关断 - 此时LTC3643完全工作，并控制Q1的栅极。

这里展示了LTC3643的多功能性：具体来说，它能够限制用于为存储电容充电的升压转换器的充电电流。在必须最小化总电流的情况下，例如当存在长线或高阻抗电压源时，可以将升压电流设置得相对较低，以便最小化充电电流对输入电压降的影响。这对3.3 V电源轨尤其重要。在图2中，0.05Ω电阻RS为升压转换器充电电流设置了0.5 A（10.5 A负载）的限值（最大可能设置限值为2 A）;其余部分传送到负载。

图4显示了3.3 V电压轨丢失时的波形。随着输入电压下降，Q2栅极电压保持不变，接近地电压，Q2保持关断状态。相比之下，Q1栅极电压急剧上升至3.3 V.这使Q1关断，Q1的体二极管作为阻塞二极管，将负载与输入解耦。此时，备用电源接管，LTC3643通过放电存储电容为关键负载提供3.3 V电压。

结论

此处介绍的电路使能LTC3643可用作3.3 V电源轨的备用电源解决方案。 LTC3643采用低成本电解电容作为储能元件，简化了备用电源。