利用超級電容設計簡單的不斷電系統

作者 : Frederik Dostal,ADI 現場應用工程師

在許多應用中,電源電壓無論在什麼情況下都持續可用是很重要的。為了確保這一點,可以為設計極其精巧的不斷電供應(UPS)系統提供一種最佳化解決方案...

問題:在電源關鍵型應用中,如何更輕鬆地獲得持續、可靠的電源?

答案:在許多應用中,電源電壓無論在什麼情況下都持續可用是很重要的。要確保這一點有時並不容易。一種新概念可以為設計極其精巧的不斷電供應(Uninterruptible Power Supply;UPS)系統提供一種最佳化解決方案。

有多種應用需要不斷電系統。一個例子是用於安全備用數據儲存的RAID系統,必須對其進行保護,進而在不方便的時候(如數據備份活動期間)發生電源故障時不會丟失資料。具有即時時脈(RTC)的系統,也必須為其連續供電。這可以來自電池或其他備用解決方案。其他應用包括車輛產業的遙測應用和給藥系統——例如醫療健康產業使用的受控胰島素泵。

Figure 1. A typical application for an uninterruptible power supply.

圖1:不斷電供應系統的典型應用。

1顯示了不斷電系統的典型工業應用。這裡是為工業感測器供電。系統的可靠性主要取決於該感測器的電源。當系統電壓可用時,使用線性充電調節器IC來為超級電容充電。如果系統電壓下降,則使用升壓調節器將來自儲能系統的能量提高至所需的電源電壓水準。該系統工作良好,但因為需要許多不同的能量轉換器而難以實現。此外,在許多應用中,必須確保沒有能量從儲能系統流回電源(如1所示)。如1所示,超級電容只應當為感測器電路供電,而不為任何其他可能連接到24V線路的電子裝置供電(如1左側所示)。儲能系統通常設計於為本地負載供電,而不是為連接到24V電源電壓的整個系統供電。這就需要1中的二極體D。

Figure 2. The Continua backup concept with numerous integrated system functions.

圖2:整合眾多系統功能的Continua備用電源概念。

2顯示ADI MAX38889升壓/降壓穩壓器所支援的一種新概念。這是一款高度整合的備用電源解決方案,名為Continua,適用於最高5V的電源軌,只需一個IC和幾個外部被動元件。MAX38889整合了半橋,可在高效率降壓和升壓模式下交替工作。

Figure 3. An implementation with a tiny Continua backup solution with a MAX38889 from ADI.

圖3:利用ADI的MAX38889實現微型Continua備用電源解決方案。

3顯示了一個完整的可運作電路。邏輯開關和功率開關全都整合於其中,因此除了超級電容之外,只需要一個小型外部晶片電感和幾個備用電容。

整合的高壓側功率開關採用ADI True Shutdown技術來執行。因此,系統電壓可以與電容電壓分離,如果電容電壓更高,不會有電流從電容流向系統。

雖然市場上具備大量針對各種電壓和電流範圍的備用電源解決方案,但MAX38889 Continua是一款獨特的備用電源解決方案,其設計精巧,可輕鬆增加到5V或3.3V電源線上,所需的開發和建置工作量非常少。該解決方案在充電和放電模式下還具有高達94%的高轉換效率,儲能系統的尺寸和成本得以最小化。

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