引言

在嵌入式系統依賴持續供電的電信、工業和汽車應用中，數據丟失是引人關切的。供電的突然中斷會導致現在對硬盤驅動器和閃存器進行讀寫操作時的數據受損。通常，嵌入式系統僅需 10ms 至 50ms 的時間對易失性數據進行備份以防止發生丟失。

數據備份采用在嵌入式系統中，以用于維護、故障排除和維修工作。在復雜的工業金屬加工設備中，在電源斷接后必需存儲多種刀具的位置和狀態，以防止在稍后恢復供電時發生設備故障，這一點是很重要。這些應用要求提供穩定的電源和數據保持，但是不可靠的電源使之難以實現。長的電源線、電量耗盡的電池、未調整的 AC 適配器、拋載和大功率電動機的開關操作會導致輸入電源的廣泛不可靠。因此，嵌入式系統的開發人員喜歡設計擁有盡可能寬的輸入電壓范圍，從而可在眾多的應用和環境中使用。

電路描述

圖 1 示出了一款提供可靠主電源和支持數據備份電源之系統。該解決方案以 LTC?3643 雙向后備電源為中心。當輸入電壓存在時，LTC3643 在升壓模式中給存儲電容器 CSTORAGE 充電 (至高達 40V)。當輸入電壓被中斷時，LTC3643 在降壓模式中把存儲電容器的電量釋放至負載，從而將負載上的標稱電壓 (VSYS) 保持在 3V 至 17V 的范圍內。

后備存儲電源軌相對高的電壓增加了該解決方案的儲能 (E = CV2/2)，并使得可把電解電容器用作一種后備存儲組件。電解電容器便宜且廣泛地使用，因而顯著地降低了后備解決方案的成本。LTC3643 的另一個優點是其能夠支持 12V 系統，在許多汽車和工業應用中，12V 是默認的標準電壓軌。

在圖 1 中，LTM?4607 μModule? 降壓-升壓型轉換器充當前端穩壓器，從一個 5V 至 36V 輸入 (例如：汽車電池) 產生 12V (在高達 5A) 輸出。只要輸入電壓維持在規定的范圍之內，該降壓-升壓型穩壓器就可保持一個穩定的 12V 輸出，從而使得 VSYS 能安全度過汽車冷車發動和拋載等欠壓和過壓情況。當輸入電壓被中斷或脫離了該范圍時，基于 LTC3643 的后備電源解決方案將保持 VSYS 系統電壓以提供短期的數據備份。

電路功能

在正常操作中，當 P 溝道 MOSFET Q1 導通時，PFO 標記為低電平且電解電容器陣列 CSTORAGE 被充電至 40V。當輸入電壓中斷時，LTC3643 把 Q1 關斷，將 PFO 標記設定在高電平并開始釋放 CSTORAGE 電容器陣列的存儲電量，從而保持給負載提供 12V。當 Q1 處于斷開狀態時，該晶體管的體二極管實際上使負載與輸入線路隔離。PFO 標記識別故障并向主計算機發出指示信號以斷接非關鍵負載和電源電路。這里，假設與數據保持相關的關鍵電路消耗 1A，持續時間長達 100ms。

圖 2 示出了整個切換過程。在開始時，因為輸入電壓存在，所以系統負載由 LTM4607 供電。當輸入電壓被中斷時，LTC3643 通過釋放存儲電容器的電量以支持系統負載。圖 3 更加詳細地示出了切換的時序。負載電壓下降至 10V (一個由電阻分壓器 RPT/RPB 設定的數值)，并隨后恢復至 12V 標稱值 (由電阻分壓器 RST/RSB 設定)。

下面給出了用于估算所需之存儲電容和保持時間的公式。如需進行更加細致的分析，則可在供應商的文檔中查找必要的信息。

結論

LTC3643 是一款高度集成的高性能后備穩壓器。本設計要點中說明的設計整合了該 IC 與高效率降壓-升壓型 LTM4607 μModule 穩壓器的優點。這些器件組合起來實現了面向汽車和工業應用中的數據保持和備份的小占板面積、高效和具成本效益的解決方案。