基于电解电容器的数据备份电源解决方案适用于依靠 5V 至 36V 输入进行稳压的 12V 系统

引言
在嵌入式系统依赖持续供电的电信、工业和汽车应用中，数据丢失是引人关切的。供电的突然中断会导致正在对硬盘驱动器和闪存器进行读写操作时的数据受损。通常，嵌入式系统仅需 10ms 至 50ms 的时间对易失性数据进行备份以防止发生丢失。
数据备份采用在嵌入式系统中，以用于维护、故障排除和维修工作。在复杂的工业金属加工设备中，在电源断接后必需存储多种刀具的位置和状态，以防止在稍后恢复供电时发生设备故障，这一点是很重要。这些应用要求提供稳定的电源和数据保持，但是不可靠的电源使之难以实现。长的电源线、电量耗尽的电池、未调整的 AC 适配器、抛载和大功率电动机的开关操作会导致输入电源的广泛不可靠。因此，嵌入式系统的开发人员喜欢设计拥有尽可能宽的输入电压范围，从而可在众多的应用和环境中使用。
电路描述
图 1 示出了一款提供可靠主电源和支持数据备份电源之系统。该解决方案以 LTC?3643 双向后备电源为中心。当输入电压存在时，LTC3643 在升压模式中给存储电容器 CSTORAGE 充电 (至高达 40V)。当输入电压被中断时，LTC3643 在降压模式中把存储电容器的电量释放至负载，从而将负载上的标称电压 (VSYS) 保持在 3V 至 17V 的范围内。
后备存储电源轨相对高的电压增加了该解决方案的储能 (E = CV2/2)，并使得可把电解电容器用作一种后备存储组件。电解电容器便宜且广泛地使用，因而显着地降低了后备解决方案的成本。LTC3643 的另一个优点是其能够支持 12V 系统，在许多汽车和工业应用中，12V 是默认的标准电压轨。

在图 1 中，LTM?4607 μModule? 降压-升压型转换器充当前端稳压器，从一个 5V 至 36V 输入 (例如：汽车电池) 产生 12V (在高达 5A) 输出。只要输入电压维持在规定的范围之内，该降压-升压型稳压器就可保持一个稳定的 12V 输出，从而使得 VSYS 能安全度过汽车冷车发动和抛载等欠压和过压情况。当输入电压被中断或脱离了该范围时，基于 LTC3643 的后备电源解决方案将保持 VSYS 系统电压以提供短期的数据备份。
电路功能
在正常操作中，当 P 沟道 MOSFET Q1 导通时，PFO 标记为低电平且电解电容器阵列 CSTORAGE 被充电至 40V。当输入电压中断时，LTC3643 把 Q1 关断，将 PFO 标记设定在高电平并开始释放 CSTORAGE 电容器阵列的存储电量，从而保持给负载提供 12V。当 Q1 处于断开状态时，该晶体管的体二极管实际上使负载与输入线路隔离。PFO 标记识别故障并向主计算机发出指示信号以断接非关键负载和电源电路。这里，假设与数据保持相关的关键电路消耗 1A，持续时间长达 100ms。