作者 Tony Armstrong 凌力尔特公司电源产品部产品市场总监
摘要：在轿车电子体系中，有许多运用需求接连供电，乃至在轿车泊车后也不破例，这类运用需求一直坚持接通，以便在需求时能够经过外部操作运用根本的操控功用。因而，任何给定体系都需求备份电源，本文介绍了一款面向有必要在主电源毛病时坚持有用的 3.5V 至5V 电源轨，完好的锂离子电池备份电源办理体系LTC4040，该体系很高地处理了电源备份问题。
导言
不管外部作业条件怎么，电子体系都有必要继续坚持运转。换一种说法便是，在体系规划过程中，体系电源中的任何搅扰都有必要考虑到，不管搅扰是瞬时的，仍是继续几秒，乃至几分钟。应对这类环境的最常见办法是运用不间断电源 (UPS)，以防止呈现这类搅扰导致的时刻短宕机，然后保证体系以高牢靠性接连运转。相似地，人们今日运用许多应急和备用体系为修建体系供给备份电源，以保证不管由于什么原因导致停电时，安全体系和关键设备都能够坚持不间断运转。
在咱们日常日子中运用并且无处不在的手持式电子设备中，能够垂手可得地发现另一种清楚明了的比如。由于牢靠性是至为重要的，所以手持式设备都经过仔细规划，选用轻型电源，以在正常情况下牢靠地运用。不过，不管多么仔细地规划，都不或许防止这类设备在人们运用时呈现意外。例如，工厂中的工人失手坠落了条码扫描器，成果会怎么样? 电池会掉出来吗? 这类事情从电子规划上是不行猜测的，假如没有某种方式的安全保证，存储在易失性存储器中的重要数据就会丢掉，所谓安全保证，便是一种短期电源坚持体系，该体系存储足够的能量，以在替换电池或数据存储进永久性存储器之前供给备用电源。这些比如清楚地标明，需求供给可替换电源，以防主电源中止影响体系继续运转。
1 轿车体系中需求接连供电的运用
在轿车电子体系中，有许多运用需求接连供电，乃至在轿车泊车后也不破例，例如遥控无钥匙进入、安防体系、个人信息文娱体系，这些体系一般包含导航、GPS 定位和eCall功用。或许很难了解为什么这类体系有必要坚持接通，乃至在轿车未处于行进状况时也是如此，不过出于应急和安防意图，这类体系中的GPS 功用有必要“一直坚持接通”。这种要求很有必要，以便在需求时能够经过外部操作运用根本的操控功用。
下面以eCall体系作为比如来解释一下。eCall体系是一种安全功用，现在在较新式的轿车中变得越来越遍及，许多制造商现已在各个系列的车型中推出了该功用。这是一种适当简略的技能：在产生磕碰后，轿车的气囊打开时，eCall体系主动联络应急服务机构。该体系用 GPS 功用向有关当局发送时刻、车辆所在地址、车辆的类型、车辆运用什么燃料等信息，一起当体系激活后，驾驶员能够运用车中的麦克风直接与呼叫处理人员通话。
eCall体系还供给事端产生时车辆行进方向的信息，然后在车辆产生磕碰时，有关当局能够得知需求从高速公路的哪一侧向事发地行进。一切这一切使救护车、差人和消防人员能够取得尽或许多的信息，并能够在事端产生后赶快赶过来。个人也能够经过一个按钮来激活eCall体系，因而假如驾驶员生病了 (或许在车辆磕碰中受伤了，而气囊并未打开)，依然能够十分方便地恳求协助。
2 存储介质
供认任何给定体系都需求备份电源后，问题就来了：能够运用什么样的存储介质来供给这种备份电源? 传统的挑选是电容器和电池。
几十年来电容器技能一直在电力运送运用中发挥着重要作用。例如，传统的薄膜和油浸电容器规划供给各种功用，比如功率因数校正和电压平衡等。不过，在曩昔 10 年中，人们进行了许多研制，现已在电容器规划和功用方面取得了巨大进步。这些新式电容器称为超级电容器，十分合适用在电池能量存储和备份电源体系中。就存储的总能量而言，超级电容器或许是受限的，可是这类电容器是“能量密布”型的。此外，超级电容器能够快速许多地开释能量，并快速再充电。
超级电容器还具有紧凑、巩固和牢靠的特色，可针对前述现已说到的时刻短电源缺失事情满意备份体系的要求。超级电容器能够方便地并联，或串联叠置，乃至串并联组合，以满意终究运用必需的电压和电流需求。不过，超级电容器不仅是一种具很大电容的电容器。与规范陶瓷、钽或电解质电容器比较，超级电容器以相似的外形尺寸和分量供给更大的能量密度和电容。并且，虽然超级电容器需求在某种程度上“仔细对待和馈电”，可是它们在需求大电流/短继续时刻备份电源的数据存储运用中，增强乃至替代了电池。
此外，超级电容器也用在各种需求比如 UPS 等大电流突发或瞬时电池备份的高峰值功率和便携式运用中。与电池比较，超级电容器外形尺寸更小，可供给峰值功率更高的突发，在更宽的作业温度范围内供给更长的充电周期寿数。经过下降电容器的 Top-off 电压并防止高温 (>50℃)，能够最大极限延伸超级电容器的寿数。
另一方面，电池能够存储许多能量，可是功率密度和功率供给才能受限。由于在电池内部产生化学反应，所以电池循环寿数有限。因而在长时刻内供给适量功率时，电池是最有用的，由于从电池汲取许多安培的电流会十分快速且严重地约束其可用作业寿数。表 1 总结了超级电容器、电容器和电池之间比较较的优缺点。
3 新的备份电源处理方案
已然咱们现已树立了这样的观念：超级电容器、电池和/或二者的组合可在简直任何电子体系中用作备份电源，那么哪些是可用的 IC 处理方案呢? 答案是，凌力尔特具有广泛的、专为满意这类运用需求而规划的 IC。
LTC4040 是一款完好的锂离子电池备份电源办理体系，面向有必要在主电源毛病时坚持有用的 3.5V 至 5V 电源轨。电池比超级电容器供给的能量多得多，然后十分合适需求备份电源以延伸作业时刻的运用。LTC4040 用一个内置双向同步转换器供给高效率电池充电以及大电流、高效率备份电源。当外部电源可用时，该器材作为降压型电池充电器运转，面向单节锂离子或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 作为升压型稳压器运转，能够从备份电池向体系输出供给高达 2.5A 电流。在电源产生毛病时，该器材的PowerPath™操控供给反向阻隔，并在输入电源与备份电源之间完成无缝切换。LTC4040 的典型运用包含车队和财物盯梢、轿车 GPS 数据记录仪、轿车长途信息处理体系、收费体系、安防体系、通讯体系、工业备份电源以及 USB 供电设备。图1所示为典型运用原理图。
LTC4040 还供给可选过压维护 (OVP) 功用，经过一个外部 FET 针对高于 60V 的输入电压维护该 IC。其可调输入电流约束功用答应用电流受限的电源作业，一起优先于电池充电电流供给体系负载电流。一个外部断接开关在备份电源作业时阻隔主输入电源和体系。LTC4040 的 2.5A 电池充电器供给 8 个为锂离子和LiFePO4电池而优化的可选充电电压。该器材还供给输入电流监督功用、一个输入电源缺失指示器和一个体系电源缺失指示器。
4 定论
不管何时，只需有即便主电源产生毛病，体系也要一直可用的规划要求，那么运用备份电源就总是一个好主意。走运的是，有许多 %&&&&&% 挑选，就像 LTC4040 相同，不管存储介质是超级电容器、电解质%&&&&&%器仍是电池，都能够简洁地用来完成备份电源。明显，在轿车环境中的eCall体系情况下，假如产生事端、主电源断接，那么启用备份电源能够抢救生命。因而，一定要保证为你的eCall用户供给一个杰出的备份电源方案。
本文来源于《电子产品世界》2017年第4期第78页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
