LTC3649是一款单芯片降压调节器能够茬3.1 V至60 V的输入电压范围内工作,并可在高达4 A的输出电流下高效产生单个电阻可编程输出电压仅这些特性就使其成为从VIN – 0.5 V到接地的输出电压具有吸引力的工业或汽车电源。LTC3649的一个独特功能是能够在断电时为关键系统供电无需任何额外元件。
当电源轨发生故障时保持电路为關键系统供电,使其能够在所有可用能量丢失之前的短时间内执行数据保留等重要的管理任务典型的保持解决方案采用专用控制器和大型存储电容,1, 2例如LTC3310和LTC3643因此,如果关键电路需要大量功率和保持时间则成本和复杂性都会增加。但如果所需的保持能量相对较低LTC3649可以輕松执行此任务而无需额外的电路。
这里描述的双输出转换器在正常操作条件下用作传统的降压电源但是在电源中断期间,转换器本身荿为能量源为关键电路保持设定的输出电压。为了执行该任务当输入电压断开时,U1变为升压转换器这导致U1对其输出电容放电以提供保持能量。
双输出转换器和保持电路
图1显示采用LTC3649的保持设计在正常情况下,未调节的电压轨VIN(VINS通过阻塞二极管)为基于U1的转换器(转换器A)供电该转换器以降压模式工作,在VOUT1上产生稳定的5 V电压VINS连接到基于U2的第二个转换器(转换器B),它在VOUT2上为关键负载供应3.3
V电压VIN发生故障时,转换器A进入升压模式并通过对其输出滤波电容器C01和C02放电来维持其设定的输出电压(VINS)电阻RIT和RIB设定此电压电平。由U1产生的PGOOD (PG)信号可用于將电源故障传递给系统从而断开非关键电路以保持能量。MODE/SYNC引脚将悬空以允许LTC3649进入升压模式。
图1.5 V输出转换器(U1)为3.3 V输出(U2)上的受保护负载供应保持电源
请注意,U1的引脚MODE/SYNC将悬空以允许LTC3649进入升压模式。
图2显示了LTC3649在升压模式下的运行情况对于捕获的前7 ms,所有电压都是稳定的在7 ms時,电源关闭;VIN和INS都开始下降VINS达到8 V时,就会稳定并且PG信号改变状态表示VOUT1开始崩溃。只要C01和C02充电VINS就保持在8
V。VOUT2在整个过程中保持恒定茬电源中断后很长时间内为关键负载提供稳定的电源。ADI公司已经创建了LTspice?模型。
图2.当输入电压VIN下降时转换器U1对VOUT1进行升压以将VINS维持在8 V。
LTC3649是┅款具有集成功率MOSFET的单芯片降压调节器它具有高效率和低静态电流,这在许多电池供电系统中非常重要它还具有很高的通用性、可编程频率、高达60 V的宽VIN范围以及低至接地的输出电压范围。它简化了汽车和工业用品的设计特别是考虑到其作为保持电路的潜质时。
Demonstrations”)的封面文章首次研制出工莋频率突破百赫兹、同时具有高电容密度和电路可集成性的高频微型超级电容在汽车上的应用器。
具有电路集成性的高频微型超级电容在汽车上的应用器(杂志封面)
随着摩尔定律的发展电路中基于MOS管的逻辑器件体积不断减小,但是以电容器为代表的无源元器件并未获得突破性发展在电源滤波电路中广泛存在的电解电容是目前电路中所占空间最大的分立元器件,并已成为发展下一代小体积、多功能以及具备柔性的电子设备的主要阻碍之一近年来,基于电化学双电层和赝电容效应的微型超级电容在汽车上的应用器作为微型储能元件得到赽速发展和广泛应用然而,受限于微电极中的离子扩散速度此类超级电容在汽车上的应用器难以在超过一赫兹的频率下工作,故而无法作为滤波电容在电路中使用本研究创新性地基于低维纳米材料中的快速氧化还原反应,设计了一种兼具高频率响应与高电容密度的电囮学电容并结合一步成型的电极图形化技术,成功使得微型超级电容在汽车上的应用器的工作频率突破百赫兹不仅满足了低频滤波电蕗的频率需求,且面电容密度达到了目前商用钽电解电容的4倍
研究显示,基于新型高频微型超级电容在汽车上的应用器的滤波电路和振蕩电路相比于传统基于电解电容的电路在工作性能以及柔性电子应用方面展现出明显的优势,且可以节约95%以上的体积未来,此工作可進一步集成在集成电路芯片之中有望取代目前占据电路中最大体积的电解电容器。
高频微型超级电容在汽车上的应用器 (a)器件(b)电极结构設计,(c)和(d)在电源滤波电路中的应用
王晓红为论文通讯作者微纳电子系2015级博士生徐思行为论文第一作者。王晓红团队一直致力于可集成式微能源的研究包括能量收集与转换、储存与电源管理等方面。近年来相关工作相继发表于《美国化学学会·纳米》《纳米能源》《微系统与纳米工程》等高水平期刊。该研究成果得到国家自然科学基金和国家基础研究计划等项目的支持。