导言
作为一名科幻小说迷，我是 1950 时代末好莱坞低预算 Ed Wood 电影这一门户的 “粉丝”。我最喜欢的其间一部影片是 “Plan 9 from Outer Space”，它描绘了外星人来到地球以阻挠人类制作一种有或许炸毁整个世界的末日兵器。可是，作业并没有完全按方案进行，并且外星人被消除了。显着，外星人事前并未拟定一项 B 方案以防九号方案不能按期见效!
运用该情节主线可以容易地得出一个推论，以运用于不论其外部作业条件怎样都有必要继续坚持运转状况的电子体系。换句话说，其电源中的任何毛刺搅扰 (不管是瞬间、几秒钟、乃至数分钟) 都有必要在其规划过程中予以考虑。应对此类状况最常用的办法是运用不间断电源 (UPS) 以掩盖这些时刻短的毛病停机时刻，然后保证高牢靠性的体系继续运作。相同，现在的许多应急和备用体系被用于为修建体系供给后备电源，以保证安全体系和关键设备可以在停电 (不论是什么原因) 期间坚持其正常作业。另一个显着的比如可以很容易地在咱们日常日子中广泛运用的手持式电子设备中找到。由于牢靠性是头号重要的，因而手持式设备专为在正常状况下运用轻量型电源完结牢靠运作而精心规划。可是，规划中再多的慎重细心也无法阻挠它们在人类 (乃至外星人) 的手上将会遭受的 “粗犷对待”。例如：当工厂的工人意外地坠落条形码扫描仪而形成其电池甩出时，会产生什么呢? 此类事情以电子方法是无法预知的，并且假设没有某种方式的安全网 (即某种短期电源坚持体系，其可存储足够的电能以供给备用电源，直到可以替换电池或可把数据存储在永久性存储器中停止)，则存储在易失性存储器中的重要数据将会丢掉。
这些实例清楚地表明晰关于供给某种代替方式电源的需求，旨在应对主电源产生供电中止的景象。换言之，有必要拟定一项专门针对主电源未接入 (不论是什么原因) 之场合的备份方案。我将此称为 “B 方案”。
存储媒体
已然已承认要对任何给定的体系供给后备电源，那么问题就呈现了：用什么作为这种电源的存储媒体呢? 传统上，人们一向挑选的是电容器和电池。
我以为：公平地说，几十年来电容器技能在功率传输和供电运用中起到了重要的效果。例如，根据薄膜和石油的传统电容器规划可执行多种功用，例如：功率因数校正和电压平衡。可是，在曩昔的 10 年里人们展开了许多的研制作业，然后在电容器规划和才能方面取得了严重的发展。这些被称为 “超级电容器”，并且它们十分适用于电池储能和后备电源体系。超级电容器就其总储能而言或许是有限的;不过，它们具有 “高能量密度”。此外，它们还可以快速开释高水平的能量并敏捷完结再充电。
超级电容器还具有紧凑、巩固和牢靠的特色，并能支撑后备体系针对上述短期电源丢掉等状况的要求。它们可以容易地并联、或串联堆叠、或乃至是此二者的组合，以供给终端运用所需的必要电压和电流。可是，超级电容器并不仅仅是一种电容水平十分高的电容器。与规范的陶瓷、钽或电解电容器比较，超级电容器可在外形和分量类似的状况下供给较高的能量密度和较高的电容。并且，尽管超级电容器需求一些 “照看和馈电”，可是它们在要求大电流 / 短继续时刻后备电源的数据存储运用中逐步地增广乃至替代了电池。
此外，它们还在多种需求大电流突发脉冲或时刻短电池后备供电 (例如：UPS 体系) 的高峰值功率和便携式运用中日益找到了用武之地。比较于电池，超级电容器能以较小的外形尺度供给较高峰值功率突发脉冲，并在较宽的作业温度范围内具有较长的充电循环寿数。可经过下降电容器的 “top-off” 电压和避免高温 (>50°C) 以最大极限地延伸超级电容器寿数。
另一方面，电池虽能存储许多的能量，但在功率密度和供电方面是有限的。由于电池内部产生的化学反应之原因，它们在充电次数上受到了约束。因而，当在很长的时刻里供给适中功率量时它们是最有功率的，由于十分快地从其抽取多安培的电流将严重地约束其有用作业寿数。表 1 概要列出了超级电容器、电容器和电池的优缺点。
表 1：超级电容器与电容器和电池的比较
新式后备电源解决方案
已然咱们现已确认超级电容器、电池和 / 或这两者的组合可在简直任何电子体系中用作后备电源的选项，那么什么是可用的 IC 解决方案呢? 结果是：凌力尔特具有许多专为满意该运用需求而特别规划的 IC。我想特别介绍的三款解决方案是 LTC4040、LTC3643 和 LTC3110。
LTC4040 是一款面向 3.5V 至 5V 电源轨的完好锂电池后备电源办理体系，这类电源轨在主电源呈现毛病时有必要坚持有用。电池供给的能量比超级电容器多得多，因而关于需求后备电源以延伸作业时刻的运用而言，电池更有优势。LTC4040 用一个内置双向同步转化器供给高功率电池充电以及大电流、高功率后备电源。当外部电源可用时，该器材作为降压型电池充电器作业，用于单节锂离子或LiFePO4 电池，一起优先为体系负载供电。当输入电源降至低于可调电源毛病输入 (PFI) 门限时，LTC4040 就作为升压型稳压器作业，可以从后备电池向体系输出供给高达 2.5A 电流。在产生电源毛病时，该器材的电源通路 (PowerPath™) 操控在输入电源和后备电源之间供给反向阻隔和无缝切换。LTC4040 的典型运用包含舰队和财物盯梢、轿车 GPS 数据记录仪、车载多媒体体系、收费体系、安防体系、通讯体系、工业备份和 USB 供电型设备。典型运用电路原理图请见图 1。
图 1：具 4.22V PFI 门限的 4.5V 后备电源
LTC4040 还包含可选的过压维护 (OVP)，以针对高于 60V 的输入电压，用一个外部FET 维护该 IC。其可调输入电流约束功用答运用电流受限电源作业，一起优先供给体系负载电流而不是电池充电电流。一个外部断接开关在备份时阻隔主输入电源和体系。LTC4040 的 2.5A 电池充电器供给 8 个针对锂离子和 LiFePO4 电池而优化的可选充电电压。别的，该器材还包含输入电流监督、输入功耗指示器和体系功耗指示器。
LTC3643 是一款双向、高压升压型电容器充电器，该器材可自动转化为降压型稳压器以供给体系后备电源。专有的单电感器拓扑集成了电源通路 (PowerPath) 功用，可完结两个独立的开关稳压器作业，然后减小了尺度、本钱和复杂性。LTC3643 以两种形式运转：升压充电形式和降压后备形式。在充电形式中，此器材从介于 3V 至 17V 的输入电源以高达 2A 和高达 40V 电压给一个电解电容器阵列进行高效充电。在后备形式中，当输入电源电压降至低于可编程的电源毛病输入 (PFI) 门限时，升压型充电器反向运作以用作一个同步降压型稳压器，从后备电容器供电并坚持体系电源轨电压。在备份时，电流限值可设置在 2A 至 4A 范围内，然后使该器材十分合适高能量、继续时刻相对较短的后备电容器体系、电源毛病后备体系、固态硬盘以及电池组充电运用。简化的运用电路原理图请见图 2。
图 2：选用一个电解电容器供给后备电源的简化 LTC3463 原理图
当给后备电容器充电时，LTC3643 可运用一个外部低值检测电阻器以坚持从输入电源的精确电流约束，一起排定向体系负载供电的优先次序。输入电流约束可以运用一个 50mV 门限的检测电阻器设置，然后可避免体系电源过载，一起尽量地缩短电容器再充电时刻。转化器以 1MHz 频率作业，可最大极限地减小外部组件尺度。稳压时的低静态电流突发形式 (Burst Mode®) 操作最大极限提高了后备电容器的能量运用。经过向一个外部 PMOS 开关供给栅极驱动信号，LTC3643 在输入电源供给了抱负二极管作业。这完结了高功率供电，一起在后备形式时，在输入电源和体系负载之间供给完全的阻隔。
LTC3110 是一款双向、输入电流可编程的降压-升压型超级电容器充电器，该器材具自动充电平衡功用，合适单节或两节串联超级电容器。其专有的低噪声降压-升压型拓扑使该器材相当于两个独自的开关稳压器，然后减小了尺度和本钱，并下降了复杂性。LTC3110 可于后备和充电两种形式作业。在后备形式中，该器材由超级电容器贮存的能量供电，坚持一个 1.71V 至 5.25V 的体系电压 (VSYS)。此外，超级电容器存储输入 (VCAP) 具有有用的宽作业范围，可从 5.5V 直到低至 0.1V。这保证实践贮存的悉数超级电容器能量都能得到运用，因而延伸了后备时刻或减小了存储电容器尺度。而在充电形式中，当主电源体系有用时，LTC3110 可自主地或经过用户指令将功率活动改为相反方向，运用安稳的体系电压给超级电容器充电并做出平衡。降压-升压型 PWM (脉冲宽度调制器) 使 VCAP 高效地充电至高于或低于 VSYS。别的，该器材还具有充电形式均匀输入电流约束，可以以 ±2% 的精确度设定至高达 2A，然后避免体系电源过载，一起最大极限地缩短电容器再充电时刻。图 3 示出了 LTC3110 在后备电源运用中的功用。
LTC3110 的自动充电平衡功用免除了耗费能量的外部镇流电阻器的稳定耗费，乃至在电容器失配时也可保证充电，并削减再充电的频度。可编程的最大电容器电压调理可自动地平衡和约束串联电容器组中每个电容器两头的电压为编程值的一半，然后保证随电容器老化并逐步呈现容量失配时也能牢靠地作业。低 RDS(ON)、低栅极电荷同步开关供给了高功率转化，以最大极限缩短存储组件的充电时刻。
图 3：简化的 LTC3110 原理图示出了其双向功用
LTC3110 的输入电流限值和最大电容器电压可运用电阻器进行编程。均匀输入电流在 0.125A 至 2A 设定范围内得到精确地操控。引脚可选的突发形式操作提高了轻负载功率，并将待机电流减小至仅为 40μA，以及把停机电流降至低于 1μA。LTC3110 的其他特色包含 1.2MHz 的高开关频率 (可最大极限地缩小外部组件尺度)、热过载维护、两个用于方向操控和充电完毕的电压监控器、以及一个具有集电极开路输出的通用比较器 (用于和微操控器或微处理器相连接)。
定论
每逢您的规划要求一个体系即便在主电源产生毛病的状况下也一直可用时，具有一种后备电源总是个好主意。走运的是，不管存储媒体是超级电容器、电解电容器、抑或乃至是电池，都有许多可以供给简易后备电源的可用 IC 选项。因而，不要像文章最初说的外星人那样，而是应保证自己手握一项 B 方案。
