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作者：Victor Khasiev
簡介
在電信、工業和汽車應用中，數據丟失是一個值得關注的問題，在這些應用中，嵌入式系統依賴於穩定的電源供應。突然的電源中斷可能會在硬碟驅動器和快閃記憶體的讀取和寫入操作期間損壞數據。通常，嵌入式系統只需 10 毫秒到 50 毫秒即可備份易失性數據以防止丟失。
數據備份用於嵌入式系統的維護、故障排除和維修工作。在複雜的工業金屬加工設備中，重要的是在斷電後存儲多個位置和狀態，以防止以後恢復供電時設備故障。這些應用需要穩定的電源和數據保留，但不可靠的電源使其難以實現。長電源線、放電電池、未穩壓的交流適配器、負載突降和開關高功率電動機導致輸入電源容易出錯。因此，嵌入式系統的開發人員更喜歡使用盡可能寬的輸入電壓範圍進行設計，從而能夠在各種應用和環境中使用。
電路說明
圖 1 顯示了一個系統，該系統為數據備份提供可靠的主電源和維持電源。該解決方案以 LTC3643 雙向後備電源為中心。當輸入電壓存在時，LTC3643 在升壓模式下對存儲電容器 CSTORAGE進行高達 40V 的充電。當輸入電壓中斷時，LTC3643 以降壓模式將存儲電容器放電至負載，從而將負載 （V SYS） 上的標稱電壓保持在 3V 至 17V 的範圍內。
備用存儲軌的相對較高的電壓增加了該解決方案的存儲能量（E =CV 2/2），並允許使用電解電容器作為備用存儲元件。電解電容器價格低廉且廣泛可用，大大降低了備份解決方案的成本。LTC3643 的另一個優點是它能夠支援 12V 系統，這是許多汽車和工業應用中的默認標準電壓軌。
在圖 1 中，LTM4607 μModule® 降壓-升壓型轉換器充當前端穩壓器，從一個 5V 至 36V 輸入 （如汽車電池） 產生 12V/高達 5A 的電流。只要輸入電壓保持在指定範圍內，降壓-升壓穩壓器就能保持穩定的 12V 輸出，從而使 VSYS 能夠度過汽車冷啟動和負載突降等欠壓和過壓條件。當輸入電壓中斷或移出此範圍時，基於 LTC3643 的備用電源解決方案將維持 VSYS 系統電壓，以實現短期數據備份。
電路功能
在正常工作中，當P溝道MOSFET Q1導通時，標記PFO為低電平，電解電容陣列CSTORAGE充電至40V。當輸入電壓中斷時，LTC3643 關斷 Q1，將標誌 PFO 設置為高電平並開始對 CSTORAGE 電容器陣列放電，從而保持負載的 12V 電壓。當Q1處於關斷狀態時，該晶體管的二極管有效地將負載與輸入線路隔離開來。PFO 標誌標識故障，並向主機發出訊號，以斷開非關鍵負載和電源電路。這裡假設與數據保留相關的關鍵電路消耗1A電流，持續時間長達100ms。圖 2 說明整個切換過程。在啟動時，由於存在輸入電壓，因此系統負載由 LTM4607 提供。當輸入電壓中斷時，LTC3643 通過對存儲電容器進行放電來支持系統負載。圖3更詳細地顯示了切換的時序。負載電壓降至10V，該值由電阻分壓器R PT/R PB設置，然後恢復到標稱值12V，由電阻分壓器R ST/RSB設置。
估算所需存儲電容和保持時間的公式如下。如果需要更詳細的分析，可以在供應商的文件中找到必要的資訊。
結論
LTC®3643 是一款高度集成的高性能後備穩壓器。本設計筆記所示的設計結合了該IC的優勢和高效率降壓-升壓型 LTM4607 μModule 穩壓器。這些元件共同為汽車和工業應用中的數據保留和備份提供了小尺寸、高效且經濟高效的解決方案。
作者
Victor Khasiev
Victor Khasiev是ADI公司的高級應用工程師，在電力電子領域擁有豐富的經驗，包括交流-直流和直流-直流轉換。他擁有兩項專利，並撰寫了多篇文章。這些文章與在汽車和工業應用中使用ADI半導體有關。主題包括升壓、降壓、SEPIC、正負、負到負、反激式、正激式、正激式轉換器和雙向備用電源。他的專利包括高效的功率因數校正解決方案和先進的柵極驅動器。Victor喜歡通過回答有關ADI產品的問題、設計和驗證電源原理圖、佈置印刷電路板、故障排除和參與測試最終系統來支援ADI客戶。
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