在嵌入式系統(tǒng)要可靠供電的電信、工業(yè)和汽車應(yīng)用中，數(shù)據(jù)丟失是一個(gè)關(guān)切的問(wèn)題。供電的突然中斷會(huì)在硬盤(pán)和閃存器執(zhí)行讀寫(xiě)操作時(shí)損壞數(shù)據(jù)。我們常常使用電池、電容器和超級(jí)電容器來(lái)存儲(chǔ)足夠的能量，以在供電中斷期間為關(guān)鍵的負(fù)載供應(yīng)短時(shí)間電源支持。

那么，有沒(méi)有一種更簡(jiǎn)單的方法讓我們來(lái)完成這些事兒呢？

于是，就有了LTC3643，它能使我們采用一種相對(duì)便宜的儲(chǔ)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(duì)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(dāng)電源存在時(shí)，LTC3643把存儲(chǔ)電容器充電至40V，而當(dāng)電源中斷時(shí)，LTC3643則把該存儲(chǔ)電容器的電能釋放給關(guān)鍵的負(fù)載。負(fù)載(輸出)電壓可設(shè)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電壓軌解決方案則要格外謹(jǐn)慎。LTC3643的最小工作電壓為3V，比較接近于3.3V的標(biāo)稱輸入電壓電平。如圖1a所示，當(dāng)采用一個(gè)隔離二極管以使備份電壓電源與非關(guān)鍵的電路分離時(shí)，這種余量就太嚴(yán)緊了。假如D1是一個(gè)肖特基二極管，其正向壓降(作為負(fù)載電流和溫度之函數(shù))會(huì)達(dá)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(wú)法啟動(dòng)。

一種可行的解決方案是把二極管移動(dòng)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(fù)載會(huì)從備份電源吸取功率，因而留給關(guān)鍵負(fù)載的電能較少。

3.3V備份電源運(yùn)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(gè)隔離MOSFET為關(guān)鍵的負(fù)載儲(chǔ)備能量。圖1所示的隔離二極管被一個(gè)低柵極門(mén)限電壓P溝道功率MOSFET(Q1)所取代。

在3.3V環(huán)境中運(yùn)作備份電源的關(guān)鍵是增設(shè)RA-CA串聯(lián)電路。在啟動(dòng)時(shí)，隨著輸入電壓的上升，流過(guò)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(gè)電位，此電位足以強(qiáng)化一個(gè)低柵極門(mén)限電壓小信號(hào)N溝道MOSFET(Q2)。當(dāng)Q2接通時(shí)，它把Q1的柵極拉至地電位，在輸入電壓和LTC3643電源引腳VIN之間供應(yīng)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(dòng)，下拉Q1的柵極和PFO引腳電平，而且它開(kāi)始給存儲(chǔ)電容器充電。

當(dāng)3.3V電壓軌達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，IC電流減小至某一點(diǎn)，在該點(diǎn)上RA兩端的電壓下降到低于Q2柵極門(mén)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(fù)位至最小值3V，以確保轉(zhuǎn)換器在輸入電壓電源斷接時(shí)保持正常運(yùn)行。

電路功能

圖3中的波形示出了3.3V電壓軌啟動(dòng)時(shí)的結(jié)果。當(dāng)輸入電壓上升時(shí)，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(qiáng)化狀態(tài)，允許完整的3.3V電壓到達(dá)LTC3643，將Q1體二極管旁路。最后，Q2的柵極電壓降至低于門(mén)限電平且Q2關(guān)斷，到這個(gè)時(shí)候LTC3643是全面運(yùn)行的，并控制著Q1的柵極。

LTC3643的多功能性在這里展現(xiàn)出來(lái)：特別是它能夠限制用于給存儲(chǔ)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(chǎng)合中，例如：當(dāng)存在長(zhǎng)導(dǎo)線或高阻抗電壓電源時(shí)，可把升壓電流設(shè)定在較低的水平，以最大限度減輕充電電流對(duì)輸入電壓降的影響。這一點(diǎn)關(guān)于3.3V電壓軌是尤其重要。在圖2中，0.05電阻器RS為升壓型轉(zhuǎn)換器充電電流設(shè)定了一個(gè)0.5A(10.5A負(fù)載)的限值(最大可能設(shè)定限值為2A)；其余的電流則輸送至負(fù)載。

圖4示出了失去3.3V電壓軌時(shí)的波形。當(dāng)輸入電壓下降時(shí)，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(fù)載與輸入分離。此時(shí)備份電源接管供電，LTC3643通過(guò)釋放存儲(chǔ)電容器的電能以給關(guān)鍵的負(fù)載供應(yīng)3.3V。