HRP-N3 - серия источников питания с максимальной пиковой мощностью в 350% от MEAN WELL

Простая схема резервного питания для шины 3.3 В

Linear Technology LTC3643

Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2017

Victor Khasiev, Linear Technology

Design Note 565

Сравнительное тестирование аккумуляторов EVE Energy и Samsung типоразмера 18650

Введение

Проблемы потери данных актуальны для телекоммуникационных, промышленных и автомобильных приложений, где встроенные системы нуждаются в надежном питании. Неожиданное прерывание питания может разрушить данные во время операций чтения и записи, выполняемых жестким диском или флеш-накопителем. Для того чтобы сохранить энергию в количестве, достаточном для кратковременного поддержания критических нагрузок во время перебоев питания, разработчики часто используют батареи, конденсаторы и ионисторы.

Микросхема управления резервным питанием LTC3643 [1] позволяет конструкторам использовать относительно недорогие накопительные компоненты – дешевые электролитические конденсаторы. В представленных здесь резервных или поддерживающих источниках питания LTC3643 в нормальном режиме работы заряжает накопительный конденсатор до 40 В и разряжает его на важную нагрузку во время перерывов энергоснабжения. Имеется возможность установить любое напряжение нагрузки между 3 В и 17 В.

LTC3643 хорошо подходит для резервирования шин питания 5 В и 12 В, однако шина 3.3 В потребует особого внимания. Минимальное рабочее напряжение LTC3643 равно 3 В, что довольно близко к номинальному уровню входного напряжения 3.3 В. Это слишком незначительная разница, если для развязки резервного источника и второстепенных цепей используется блокировочный диод (Рисунок 1а). Если в качестве D1 используется диод Шоттки, его прямое падение напряжения, в зависимости от тока и температуры, может достигать значений от 0.4 В до 0.5 В, – достаточно для того чтобы напряжение на выводе IN микросхемы LTC3643 опустилось ниже минимального уровня 3 В. В результате может получиться так, что схема резервного питания не запустится.

Простая схема резервного питания для шины 3.3 В
Рисунок 1. Расположение блокирующего диода в системе
резервного питания.

Одно из возможных решений заключается в том, чтобы перенести диод на вход DC/DC преобразователя (D2 на Рисунке 1б). К сожалению, в этом случае некритические нагрузки, подключенные до DC/DC регулятора, смогут потреблять мощность от резервного источника, оставляя меньше энергии для важных нагрузок.

Описание работы резервного источника 3.3 В

На Рисунке 2 показана схема резервного источника питания 3.3 В, сохраняющая энергию для важных нагрузок с помощью блокирующего MOSFET. Показанный на Рисунке 1 блокирующий диод здесь заменен низкопороговым P-канальным MOSFET Q1.

Простая схема резервного питания для шины 3.3 В
Рисунок 2. Схема улучшенного решения на основе LTC3643 для шины 3.3 В.

Важнейшим дополнением, обеспечивающим работу резервного источника 3.3 В, является последовательная цепочка RA-CA. При запуске схемы, пока входное напряжение нарастает, ток через конденсатор CA определяется выражением

Создаваемого этим током падения напряжения на резисторе RA достаточно, чтобы открыть низкопороговый малосигнальный N-канальный MOSFET Q2. Включенный Q2 соединяет затвор Q1 с землей, обеспечивая очень низкое сопротивление пути от входного напряжения к выводу питания IN микросхемы LTC3643. Когда на преобразователь подается напряжение 3.3 В, он запускается, подключая к земле затвор Q1 и опуская уровень сигнала на выводе PFO, и начинает заряжать накопительный конденсатор.

После того, как напряжение на шине 3.3 В достигает установившегося значения, ток микросхемы уменьшается до значения, при котором падение напряжения на RA становится меньше порогового напряжения затвора Q2. Q2 закрывается и перестает влиять на работу повышающего преобразователя. Кроме того, выход PFO заземляет резистор R3A, опуская напряжение на входе отказа питания PFI до минимального уровня 3 В, гарантируя, что преобразователь останется в активном режиме при отключенном источнике входного напряжения.

Функциональность схемы

Осциллограммы на Рисунке 3 иллюстрируют процесс запуска схемы при включении питания. По мере роста входного напряжения увеличивается также напряжение на затворе Q2, транзистор Q2 включается и опускает напряжение затвора Q1. MOSFET Q1 остается открытым, позволяя напряжению 3.3 В полностью достигать входа микросхемы LTC3643, обходя паразитный диод транзистора Q1. В конце концов, напряжение на затворе Q2 падает ниже порогового уровня, и Q2 выключается. К этому моменту LTC3643 полностью включается в работу и берет на себя контроль над затвором транзистора Q1.

Простая схема резервного питания для шины 3.3 В
Рисунок 3. Формы напряжений при включении питания 3.3 В.

Здесь наглядно продемонстрирована универсальность микросхемы LTC3643, в частности, ее способность ограничивать зарядный ток повышающего преобразователя, используемого для зарядки накопительного конденсатора в случаях, когда общий ток должен быть минимальным, например, при наличии длинных линий или высокоимпедансных источников напряжения. Пиковый зарядный ток может быть установлен относительно низким, чтобы минимизировать его влияние на спад входного напряжения. Это особенно важно для шин 3.3 В. На Рисунке 2 верхний порог 0.5 А (максимально возможное значение 2 А) зарядного тока повышающего преобразователя (общая нагрузка 10.5 А) устанавливается резистором RS, сопротивление которого равно 0.05 Ом; остальной ток отдается в нагрузку.

Простая схема резервного питания для шины 3.3 В
Рисунок 4. Формы напряжений при потере питания на шине 3.3 В.

На Рисунке 4 показаны осциллограммы процессов, происходящих при потере питания 3.3 В. Когда входное напряжение падает, напряжение на затворе Q2 сохраняется неизменным и близким к потенциалу земли, поэтому Q2 остается закрытым. На затворе Q1, наоборот, напряжение быстро вырастает до 3.3 В. Это напряжение выключает транзистор Q1, паразитный диод которого, работая как блокирующий диод, изолирует нагрузку от входа схемы. С этого момента питание схемы принимает на себя резервный источник, для чего LTC3643, разряжая накопительный конденсатор, подключает 3.3 В к важной нагрузке.

Заключение

Представленная здесь схема позволяет использовать LTC3643 для резервирования шин питания 3.3 В. Благодаря использованию в качестве накопителей энергии недорогих электролитических конденсаторов, LTC3643 упрощает конструкции резервных источников.

Ссылки

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Simple Power Backup Supply for a 3.3V Rail

21 предложений от 11 поставщиков
Buck, Boost Switching Regulator IC Positive Adjustable 0.6V 1 Output 2A 24-WFQFN Exposed Pad
AiPCBA
Весь мир
LTC3643EUDD#TRPBF
Linear Technology
516 ₽
ChipWorker
Весь мир
LTC3643EUDD#TRPBF
Linear Technology
516 ₽
Akcel
Весь мир
LTC3643EUDD#TRPBF
Analog Devices
от 869 ₽
Flash-Turtle
Весь мир
LTC3643EUDD#PBF
Analog Devices
по запросу
Электронные компоненты. Бесплатная доставка по России
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя