在各種工業和汽車應用中，電源中斷期間的數據備份和保留都是必需的，在這些應用中，應急備用電源（如UPS）可能不可行。例如，車輛可能需要在由于災難性故障而突然斷開電池期間傳輸地理坐標和車輛 ID。在車輛維護、故障排除和維修工作期間，更經常地需要性能數據，通常是在斷開電池的情況下執行的。在復雜的工業金屬加工設備中，在斷電期間存儲多個刀具的位置和狀態至關重要，以防止在電源恢復時設備故障。同樣，數據保留和備份在石油和天然氣勘探行業中也很重要，它廣泛用于采礦公司的大型通信網絡，這些網絡經常會遇到電源故障和掉電。電信公司需要不間斷地訪問其系統各個級別的數據。

薄型數據備份電源

工業和汽車應用與典型的消費電子產品的區別通常在于它們缺乏穩定、高質量的電壓源。在汽車環境中，12V標稱電壓軌在冷啟動和負載突降期間可以從5V變為50V以上。工廠和工廠中使用的 24V 設備總線僅因打開/關閉電動機和螺線管而遭受電壓尖峰和掉電。

然而，工業應用確實與消費電子產品有一些共同點：便攜性和移動性增加的趨勢。現代工業設備內部的電子設備空間越來越有限。數據存儲單元的體積，特別是厚度，在工業組件和模塊中非常寶貴。考慮到這一點，這里的解決方案旨在最大限度地減少所選組件的輪廓。表1顯示了兩個無源元件組選項，按厚度排列：1mm和2.5mm。所需的半導體部件未列出，因為控制器、MOSFET 和電阻器的厚度不超過 1mm。

本文介紹了一種薄型解決方案，用于設計儲能電路，該電路能夠在輸入電壓在5V至60V的極寬范圍內變化以及可能同時中斷輸入電壓的情況下提供數據備份電路或無線數據傳輸。

圖 1 示出了基于 LTC3110 的解決方案[1]、雙向降壓-升壓穩壓器和超級電容器充電器。基于該器件的轉換器（SCCH）在輸入電壓存在時實際為存儲電容器充電，并在電源中斷期間提供穩定的系統輸出。在正常工作條件下 （存在 5V–60V 輸入電源），敏感的電子負載和 LTC3110 由一個基于 LTC3891 的降壓型轉換器 （SDC） 提供支持。[2].

圖1.使用全薄型組件的工業/汽車數據備份電源

LTC?3891 是一款低靜態電流、降壓型轉換器，具有一個 4.5V 至 60V 的寬輸入電壓范圍。其 60V 上限最大限度地減少了系統保護電路所需的體積，幾乎消除了對傳統瞬態電壓抑制二極管 （TVS） 的需求。SDC 將系統電壓保持在 3.3V 母線軌限值內，涵蓋 3.1V–3.6V 電壓范圍[3][4].無論輸入電壓擺幅如何，負載電壓都保持在此范圍內。

如果輸入電壓斷開，SCCH接管，提供穩定的3.3V電源軌。在正常情況下，LTC3891 為系統總線提供 3.5V 電壓;LTC3110 在記錄一個電源故障并支持負載時提供 3.2V 電壓。這些電源電壓完全在 3.3V 邏輯電源的建議限值范圍內[5]./CHRG 標志可用于提醒數字系統斷開不相關的負載并開始數據備份或無線傳輸。

SCCH和SDC轉換器的引腳設置總結如下：

分壓器 R1、R2 設置超級電容器 CS 的充電結束閾值

電阻R3定義工作模式，如果在突發模式下使用，則與GND相連

電阻R4定義充電期間的輸入電流水平

分壓器 R5、R6 在備份期間設置負載電壓

分壓器R7、R8設置切換電壓電平

分壓器R9，如果存在輸入電壓，則R8設置負載電壓。

電路功能

波形和效率數據如圖2-5所示。圖 2 顯示了切換過程的開始;輸入電壓斷開時，SDC 關閉，而 SCCH 打開。圖3顯示了數據備份持續時間的波形。請注意，V負荷電壓保持在預設的SCCH值，即使超級電容電壓從高于此電平到低于此電平變化。圖 4 示出了 LTC3110 在兩個串聯超級電容器充電時平衡其電壓的能力 — V帽總是兩次 V.MID.圖 4 還示出了 LTC3110 調節其輸入電流 （IV（系統）用于充電）在指定水平，在這種情況下為 1A

圖2.從正常電源切換到基于超級電容器的備用電源

圖3.V 時數據備份的持續時間在丟失了

圖4.超級電容充電和平衡。我V（系統）是從 LTC3891 轉換器到 LTC3110 的電流。

SCCH轉換器的效率曲線如圖5所示。V帽在測試期間被迫為3.3V，負載在0.5A范圍內變化。

圖5.效率

以下公式可用于粗略估計存儲電容和保持時間。（如果需要更準確的結果，請參閱超級電容器文檔 3，4。

存儲在超級電容器中的能量：

為保持時間TH提供負載所需的能量

保持時間：

結論

LTC?3891 和 LTC3110 是高度集成的高性能控制器，可組合在一個扁平解決方案中，用于汽車和工業應用中的數據保留和備份。

審核編輯：郭婷