數(shù)據(jù)丟失是電信、工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用中的一個(gè)問(wèn)題，在這些應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)依賴于穩(wěn)定的電源供應(yīng)。在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和閃存的讀寫(xiě)操作期間，突然斷電可能會(huì)損壞數(shù)據(jù)。通常，嵌入式系統(tǒng)只需要 10 毫秒到 50 毫秒的時(shí)間來(lái)備份易失性數(shù)據(jù)以防止丟失。

數(shù)據(jù)備份在嵌入式系統(tǒng)中用于維護(hù)、故障排除和修復(fù)工作。在復(fù)雜的工業(yè)金屬加工設(shè)備中，重要的是在斷電后存儲(chǔ)多個(gè)刀具的位置和狀態(tài)，以防止稍后恢復(fù)供電時(shí)設(shè)備出現(xiàn)故障。這些應(yīng)用需要穩(wěn)定的電源和數(shù)據(jù)保存，但不可靠的電源使其難以實(shí)現(xiàn)。長(zhǎng)電源線、放電電池、未調(diào)節(jié)的 AC 適配器、負(fù)載突降和切換大功率電動(dòng)機(jī)會(huì)導(dǎo)致輸入電源容易出錯(cuò)。因此，嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員更愿意使用盡可能寬的輸入電壓范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便在各種應(yīng)用和環(huán)境中使用。

圖 1 顯示了一個(gè)為數(shù)據(jù)備份提供可靠主電源和保持電源的系統(tǒng)。該解決方案以 LTC3643 雙向備用電源為中心。當(dāng)存在輸入電壓時(shí)，LTC3643 在升壓模式下將存儲(chǔ)電容器 C STORAGE充電至高達(dá) 40V。當(dāng)輸入電壓中斷時(shí)，LTC3643 以降壓模式將存儲(chǔ)電容器放電至負(fù)載，從而將負(fù)載處的標(biāo)稱電壓 (V SYS ) 保持在 3V 至 17V 的范圍內(nèi)。

備用存儲(chǔ)軌的相對(duì)較高電壓增加了該解決方案的存儲(chǔ)能量 (E = CV 2 /2)，并允許使用電解電容器作為備用存儲(chǔ)組件。電解電容器價(jià)格低廉且應(yīng)用廣泛，可顯著降低備用解決方案的成本。LTC3643 的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它能夠支持 12V 系統(tǒng)，這是許多汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用中的默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)電壓軌。

圖 1. LTC3643 后備電源

在圖 1 中，LTM4607 μModule 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器充當(dāng)前端穩(wěn)壓器，從 5V 至 36V 輸入（例如汽車(chē)電池）產(chǎn)生 12V 和高達(dá) 5A 的電流。只要輸入電壓保持在指定范圍內(nèi)，降壓-升壓穩(wěn)壓器就會(huì)保持穩(wěn)定的 12V 輸出，從而使 V SYS 能夠安然度過(guò)掉電和過(guò)壓條件，例如汽車(chē)?yán)鋯?dòng)和負(fù)載突降。當(dāng)輸入電壓中斷或超出該范圍時(shí)，基于 LTC3643 的備用電源解決方案可維持 V SYS 系統(tǒng)電壓，以實(shí)現(xiàn)短期數(shù)據(jù)備份。

在正常操作中，當(dāng) P 溝道 MOSFET Q1 導(dǎo)通時(shí)，標(biāo)志 PFO 為低電平，電解電容器陣列 C STORAGE 被充電至 40V。當(dāng)輸入電壓中斷時(shí)，LTC3643 關(guān)斷 Q1，將標(biāo)志 PFO 設(shè)置為高電平并開(kāi)始對(duì) C STORAGE電容器陣列放電 ，從而維持 12V 至負(fù)載。當(dāng) Q1 處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，該晶體管的體二極管有效地將負(fù)載與輸入線隔離開(kāi)來(lái)。PFO 標(biāo)志標(biāo)識(shí)故障并向主機(jī)發(fā)出信號(hào)以斷開(kāi)非關(guān)鍵負(fù)載和電源電路。這里假設(shè)與數(shù)據(jù)保留相關(guān)的關(guān)鍵電路消耗 1A 電流長(zhǎng)達(dá) 100ms。

圖 2. 切換波形，V SYS = 負(fù)載電壓，V IN = 輸入電壓，PFO = 標(biāo)志狀態(tài)，V CAP = C存儲(chǔ) 電壓（V SYS 和 V IN = 5V/p，V CAP = 10V/p，PFO 1V/分區(qū)）

圖 2 說(shuō)明了整個(gè)切換過(guò)程。開(kāi)始時(shí)，系統(tǒng)負(fù)載由 LTM4607 供電，因?yàn)榇嬖谳斎腚妷?。?dāng)輸入電壓中斷時(shí)，LTC3643 通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)電容器放電來(lái)支持系統(tǒng)負(fù)載。圖 3 更詳細(xì)地顯示了切換的時(shí)序。負(fù)載電壓下降至 10V，該值由電阻分壓器 R PT /R PB設(shè)置 ，然后恢復(fù)至標(biāo)稱 12V，由電阻分壓器 R ST /R SB設(shè)置。

圖 3. 開(kāi)關(guān)波形的詳細(xì)視圖（PFO 1V/p，V SYS 2V/p）

用于估算所需存儲(chǔ)電容和保持時(shí)間的公式如下。如果需要更詳細(xì)的分析，可以在供應(yīng)商的文檔中找到必要的信息。

LTC3643 是一款高度集成的高性能后備穩(wěn)壓器。本設(shè)計(jì)說(shuō)明中所示的設(shè)計(jì)將此 IC 的優(yōu)勢(shì)與高效降壓-升壓 LTM4607 μModule 穩(wěn)壓器相結(jié)合。這些設(shè)備一起為汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)保留和備份提供了占地面積小、高效且具有成本效益的解決方案。