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如何利用超級(jí)電容設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的不間斷電源

本文作者：Frederik Dostal 點(diǎn)擊： 2023-05-16 15:29

前言：

作者：Frederik Dostal，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師

問題：

在電源關(guān)鍵型應(yīng)用中，如何更輕松地獲得持續(xù)、可靠的電源？

答案：

在許多應(yīng)用中，電源電壓無論在什么情況下都持續(xù)可用是很重要的。要確保這一點(diǎn)有時(shí)并不容易。一種新概念可以為設(shè)計(jì)極其緊湊的不間斷電源提供一種優(yōu)化解決方案。

有多種應(yīng)用需要不間斷電源。一個(gè)例子是用于冗余數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的RAID系統(tǒng)，必須對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，從而在不方便的時(shí)候（如數(shù)據(jù)備份活動(dòng)期間）發(fā)生電源故障時(shí)不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘的系統(tǒng)，也必須為其連續(xù)供電。這可以來自電池或其他備用解決方案。其他應(yīng)用包括汽車行業(yè)的遙測(cè)應(yīng)用和給藥系統(tǒng)——例如醫(yī)療健康行業(yè)使用的受控胰島素泵。

圖1.不間斷電源的典型應(yīng)用

圖1顯示了不間斷電源的典型工業(yè)應(yīng)用。這里是為工業(yè)傳感器供電。系統(tǒng)的可靠性主要取決于該傳感器的電源。當(dāng)系統(tǒng)電壓可用時(shí)，使用線性充電調(diào)節(jié)器IC來為超級(jí)電容充電。如果系統(tǒng)電壓下降，則使用升壓調(diào)節(jié)器將來自儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量提高至所需的電源電壓水平。該系統(tǒng)工作良好，但因?yàn)樾枰S多不同的能量轉(zhuǎn)換器而難以實(shí)現(xiàn)。此外，在許多應(yīng)用中，必須確保沒有能量從儲(chǔ)能系統(tǒng)流回電源（如圖1所示）。如圖1所示，超級(jí)電容只應(yīng)當(dāng)為傳感器電路供電，而不為任何其他可能連接到24 V線路的電子設(shè)備供電（如圖1左側(cè)所示）。儲(chǔ)能系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)為為本地負(fù)載供電，而不是為連接到24 V電源電壓的整個(gè)系統(tǒng)供電。這就需要圖1中的二極管D。

圖2.集成眾多系統(tǒng)功能的Continua備用電源概念

圖2顯示了ADI公司的MAX38889所支持的一種新概念。這是一款高度集成的備用電源解決方案，名為Continua™，適用于最高5 V的電源軌，只需一個(gè)IC和幾個(gè)外部無源元件。MAX38889集成了半橋，可在高效率降壓和升壓模式下交替工作。

圖3.利用ADI公司的MAX38889實(shí)現(xiàn)微型Continua備用電源解決方案

圖3顯示了一個(gè)完整的可運(yùn)行電路。邏輯開關(guān)和功率開關(guān)全都集成于其中，因此除了超級(jí)電容之外，只需要一個(gè)小型外部芯片級(jí)電感和幾個(gè)備用電容。

集成的高端功率開關(guān)采用ADI公司的True Shutdown™技術(shù)來執(zhí)行。因此，系統(tǒng)電壓可以與電容電壓分離，如果電容電壓更高，不會(huì)有電流從電容流向系統(tǒng)。

雖然市場(chǎng)上有大量針對(duì)各種電壓和電流范圍的備用電源解決方案，但MAX38889 Continua是一款獨(dú)特的備用電源解決方案，其設(shè)計(jì)緊湊，可以輕松添加到5 V或3.3 V電源線上，所需的開發(fā)和實(shí)施工作量非常少。該解決方案在充電和放電模式下還具有高達(dá)94%的高轉(zhuǎn)換效率，儲(chǔ)能系統(tǒng)的尺寸和成本得以最小化。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財(cái)年收入超過120億美元，全球員工2.4萬余人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請(qǐng)?jiān)L問www.analog.com/cn。

關(guān)于作者

Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的電源管理專家。他曾就讀于德國(guó)埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師，幫助客戶在項(xiàng)目中實(shí)施電源管理解決方案，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在此期間，他還在美國(guó)亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔(dān)任多個(gè)產(chǎn)品線和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計(jì)和應(yīng)用知識(shí)，目前擔(dān)任電源管理專家。Frederik在ADI的德國(guó)慕尼黑分公司工作。

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