本應(yīng)用筆記建議采用MAX38888的參考電路設(shè)計(jì)。MAX38888在沒有系統(tǒng)供電軌（V.SYS），通過釋放其存儲(chǔ)的電荷。超級(jí)電容的穩(wěn)壓器提供的備用電壓比系統(tǒng)電源軌低 12.5% （V.SYS） 當(dāng)系統(tǒng)導(dǎo)軌 （V.SYS） 被刪除。本應(yīng)用筆記中的參考設(shè)計(jì)解釋了如何將備份電壓保持在最小SYS充電電壓的5%以內(nèi)。此應(yīng)用增強(qiáng)功能適用于需要后備調(diào)節(jié)窗口嚴(yán)格小于 5% 或小于最小充電電壓 （V.SYS).

介紹

隨著對(duì)高性能便攜式電子設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)量設(shè)備和手持設(shè)備的需求不斷增長，對(duì)備用電源應(yīng)用的需求有增無減。通常，通過指示備用可用性來高效快速地提供備用電源變得至關(guān)重要。

MAX38888為基于超級(jí)電容的雙向功率傳輸穩(wěn)壓器，具有用于備用電源應(yīng)用的共享電感。MAX38888無需額外的功率轉(zhuǎn)換器，同時(shí)將降壓和升壓操作集成在單個(gè)IC中，外部元件數(shù)量最少，從而最大限度地節(jié)省成本。

本應(yīng)用筆記討論了基于MAX38888的具有可編程備份電壓的超級(jí)電容備份穩(wěn)壓器，以及如何將備份電壓保持在最小SYS充電電壓的5%以內(nèi)。

關(guān)于MAX38888可逆降壓/升壓穩(wěn)壓器

MAX38888可逆降壓/升壓穩(wěn)壓器在有輸入電壓時(shí)對(duì)存儲(chǔ)電容充電，并在電源中斷時(shí)提供穩(wěn)定的系統(tǒng)輸出。MAX38888為存儲(chǔ)電容或電容組備份穩(wěn)壓器，設(shè)計(jì)用于在存儲(chǔ)元件和系統(tǒng)電源軌之間高效傳輸功率，采用相同電感進(jìn)行可逆降壓和升壓操作。

當(dāng)主電源存在且高于最小充電電源電壓時(shí)，穩(wěn)壓器以降壓模式工作。它以高達(dá) 500mA 的峰值電感電流 （RISET-20K） 為存儲(chǔ)元件充電。一旦存儲(chǔ)元件充電，電路僅消耗2.5μA電流，同時(shí)保持超級(jí)電容器或其他存儲(chǔ)元件處于就緒狀態(tài)。穩(wěn)壓器在升壓模式下工作，防止系統(tǒng)在主電源被移除時(shí)降至最低工作電壓以下，從而以高達(dá) 2.5A 的峰值電感電流 （RISET-20K） 對(duì)存儲(chǔ)元件放電。

圖2所示為MAX38888降壓/升壓穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路。

圖2.MAX38888的典型應(yīng)用電路

備份模式需要更嚴(yán)格的監(jiān)管

某些應(yīng)用的工作在電源電壓的 ±5% 以內(nèi)。RS232、RS-485 等示例在備用模式下需要更嚴(yán)格的電源電壓調(diào)節(jié)。在少數(shù)應(yīng)用中，SYS 電壓來自下游穩(wěn)壓器。因此，在備份過程中需要更嚴(yán)格的監(jiān)管。MAX38888的后備電壓比目前的最低充電SYS電壓低12.5%。MAX38888的備份電壓可以配置為最小充電SYS充電電壓的5%以內(nèi)。

這里考慮以下用例：

最小 SYS 充電電壓 = 5.1V

超級(jí)電容電壓范圍 = 1.5 V 至 2.7V

放電模式下的峰值電感電流 = 2.5A。

充電模式下的峰值電感電流 = 0.5A

無系統(tǒng)電壓時(shí)的備用電壓 = 4.46V（無附加電路）

無系統(tǒng)電壓時(shí)的備用電壓 = 4.85V（帶附加電路）

電路說明

圖3所示為電路圖，其中包含一個(gè)附加電路，用于將備用電壓調(diào)節(jié)到最小SYS電壓的5%以內(nèi)。

圖3.具有降低遲滯的電路圖。

MAX9064為毫微功耗比較器，集成電壓基準(zhǔn)為200mV，額定工作電流僅為40nA （典型值）。比較器配置有跳變點(diǎn)，使用來自 SYS 電壓的分壓器電阻 Rf1 和 Rf2（圖 3）來激活一對(duì) NMOS 信號(hào) MOSFET。在這種情況下，比較器跳閘電壓設(shè)定為4.95V。這里使用兩個(gè)N溝道FET Q1和Q2，具有低導(dǎo)通電阻。

MAX38888根據(jù)FBS和FBCH電壓進(jìn)入充電模式。如果FBS電壓大于0.56V，F(xiàn)BCH小于0.5V，則進(jìn)入充電工作模式。

比較器同相端的電壓大于充電階段的內(nèi)部閾值電壓。因此，比較器的輸出變?yōu)楦唠娖剑?qū)動(dòng)MOSFET Q1。Q1 打開，Q2 關(guān)閉。

當(dāng)Q2關(guān)斷時(shí)，F(xiàn)BS電壓由R6、R5和R10電阻設(shè)置。 此處，5.1是最小系統(tǒng)充電電壓。

五世FBS?0.56V 和 V福爾奇< 0.5V。因此，超級(jí)電容器充電高達(dá)2.7V。RDY標(biāo)志置位，電路僅吸收2.5μA電流，同時(shí)保持存儲(chǔ)元件處于就緒狀態(tài)。

MAX38888的最小升壓/備份電壓取決于從SYS連接到GND和V的電阻分壓器FBS電壓。穩(wěn)壓器僅在 V 時(shí)升壓FBS< 0.5V。

當(dāng)SYS電壓被移除時(shí)，比較器跳變電壓設(shè)定為4.95V。一旦最小充電SYS電壓低于4.95V，比較器的同相端子就小于內(nèi)部基準(zhǔn)電壓。因此，比較器的輸出變?yōu)榈碗娖剑?qū)動(dòng)MOSFET Q1。Q1 關(guān)斷，從而接通 MOSFET Q2，從而使電阻 R10 短路。因此，F(xiàn)BS電壓僅由R5和R6電阻設(shè)置。

MAX38888升壓電壓由下式給出：

現(xiàn)在備份電壓是4.85V，而不是4.46V。某些 SYS 引腳上的紋波較高的應(yīng)用要求 SYS 引腳上的電容更高，以避免充電和放電操作之間的來回。

電路工作波形 - 修改前后

高分辨率圖像 ?

圖4.修改前后電路操作的差異

MAX38888升至4.85V，備份期間附加電路。

圖5.比較備份電壓的差異并顯示比較器閾值。

結(jié)果

圖6.比較結(jié)果。

結(jié)論

MAX38888為高度集成的高性能超級(jí)電容穩(wěn)壓器，可用于多種應(yīng)用中的備份。上述基準(zhǔn)電壓源、原理圖和波形捕獲可用于基于超級(jí)電容的備用穩(wěn)壓器，通過選擇電阻器、MOSFET和比較器，將備用電壓配置為最小充電電壓的5%以內(nèi)。所提出的解決方案支持需要嚴(yán)格監(jiān)管的備份應(yīng)用程序。

審核編輯：郭婷