新型备用管理器电源解决方案
现在,我们已经明确的知道,超级电容、电池和/或二者的组合可以用作几乎所有电子系统的备用电源,那么有哪些解决方案可用呢?
首先,任何IC解决方案都会需要一个完整的锂离子电池备用电源管理系统,其必须能够在主电源发生故障时让3.5 V至5 V电源轨保持供电。电池提供的能量比超级电容要多很多,因此需要备用电源长时间供电的应用使用电池更合适。相对地,任何IC解决方案都会需要晶片内双向同步转换器,以便对备用电池高效率充电;如果主电源轨发生中断,它还能向下游负载提供高电流备用电源。因此,当外部电源可用时,该元件将用作单颗锂离子或LiFePO4电池的降压电池充电器,同时赋予系统负载以优先权。然而,如果输入电源突然降至可调电源失效输入(PFI)门槛以下,该IC将需要充当升压稳压器,以从备用电池向系统输出提供几安培的电流。因此,如果发生电源故障,该IC将需要执行电源路径控制,以提供反向阻断,并在输入电源和备用电源之间无缝切换。这种IC的典型应用包括车队和资产追踪、汽车GPS资料记录器、汽车远端资讯处理系统、收费系统、安全系统、通讯系统、工业备用电源及USB供电设备。图1显示了採用ADI公司Power by Linear™ 4LTC4040锂离子电池备用管理器的典型应用塬理图。
图1.採用LTC4040且使用用户设置PFI门槛的备用电源。
LTC4040还具备可选式过压保护(OVP)功能,透过外部FET保护IC免受高于60 V的输入电压的影响。其可调输入限流功能支援採用限流电源供电,同时系统负载电流优先于电池充电电流。外部断开切换开关在备用电源供电期间将主输入电源与系统隔离开来。LTC4040的2.5 A电池充电器提供8种针对锂离子电池和LiFePO4电池优化的可选充电电压。该元件还具有输入电流监控功能、输入电源丧失指示器和系统电源丧失指示器。
与电池类似的是超级电容。然而,超级电容不支援主电源长时间丧失的场合,但它是需要高功率、短时间备用电源的系统的出色选择。因此,任何支援此类应用的IC通常都需要能够在主电源中断期间支持2.9 V至5.5 V电源轨。众所周知,超级电容的功率密度高于电池,这使其成为短时间内需要高峰值功率备用电源的系统的理想选择。举例来说,ADI公司Power by Linear产品线中的LTC4041使用晶片内双向同步转换器,提供高效率的降压超级电容充电,以及高电流、高效率的升压备用电源。当外部电源可用时,该元件可用作一个或两个超级电容单元的降压电池充电器,同时赋予系统负载以优先权。当输入电源降至可调PFI门槛以下时,LTC4041则会切换到升压工作模式,可以从超级电容向系统负载提供最高2.5 A的电流。在电源故障期间,该元件的PowerPath™控制功能提供反向阻断以及从输入电源到备用电源的无缝切换。LTC4041的典型应用包括穿越“致命故障”(dying gasp)电源、高电流穿越3 V至5 V UPS、功率计、工业报警器、伺服器和固态硬碟。图2显示了一个典型LTC4041应用塬理图。
图2.LTC4041超级电容备用电源应用塬理图。
LTC4041具备一个可选的OVP功能,使用外部FET来保护IC免受高于60 V的输入电压的影响。内部超级电容平衡电路使每个超级电容上的电压保持相等,并将每个超级电容的最大电压限制在预定值。其可调输入限流功能支援採用限流电源供电,同时系统负载电流优先于电池充电电流。外部断开切换开关在备用电源供电期间,将主输入电源与系统隔离开来。该元件还具有输入电流监控功能、输入电源失效指示器和系统电源失效指示器。
如果要求系统必须持续可用,并且即便是主电源失效或短暂中断也不能停机,那么提供备用电源将一直都是明智的选择。幸运的是,有很多IC选择可供设计人员考虑以满足特定需求,包括LTC4040/LTC4041备用管理器。当主电源中断或丧失时,此类IC很容易让备用电源发挥作用,无论其储存介质是超级电容、电解电容器还是电池。LTC4040和/或LTC4041具有为终端系统提供备用电源的功能,无论是暂态突发供电还是长时间供电。因此,请确保您的系统在需要时有合适的备用电源可用。