LTC4040为您的备份电源设计添砖加瓦

背景信息

无论外部工作条件如何，电子系统都必须持续保持运行。换一种说法就是，在系统设计过程中，系统电源中的任何干扰都必须考虑到，无论干扰是瞬时的还是持续几秒甚至几分钟。应对这类环境的最常见方法是使用不间断电源 (UPS)，以防止出现这类干扰导致的短暂宕机，从而确保系统以高可靠性连续运行。类似地，人们今天使用很多应急和备用系统为建筑系统提供备份电源，以确保无论由于什么原因导致停电时，安全系统和关键设备都能够保持不间断运行。

在我们日常生活中使用并且无处不在的手持式电子设备中，可以轻而易举地发现另一种显而易见的例子。因为可靠性是至为重要的，所以手持式设备都经过仔细设计，采用轻型电源，以在正常情况下可靠地使用。不过，无论多么仔细地设计，都不可能防止这类设备在人们使用时出现意外。例如，工厂中的工人失手掉落了条码扫描器，结果会怎么样? 电池会掉出来吗? 这类事件从电子设计上是不可预测的，如果没有某种形式的安全保障，存储在易失性存储器中的重要数据就会丢失，所谓安全保障，就是一种短期电源保持系统，该系统存储充足的能量，以在更换电池或数据存储进永久性存储器之前提供备用电源。这些例子清楚地表明，需要提供可替换电源，以防主电源中断影响系统持续运行。

在汽车电子系统中，有很多应用需要连续供电，甚至在汽车停车后也不例外，例如遥控无钥匙进入、安防甚至个人信息娱乐系统，这些系统通常包含导航、GPS 定位和 eCall 功能。也许很难理解为什么这类系统必须保持接通，甚至在汽车未处于行驶状态时也是如此，不过出于应急和安防目的，这类系统中的 GPS 功能必须"始终保持接通"。这种要求很有必要，以便在需要时可以通过外部操作使用基本的控制功能。

下面以 eCall 系统作为例子来解释一下。eCall 系统是一种安全功能，目前在较新型的汽车中变得越来越普及，很多制造商已经在各个系列的车型中推出了该功能。这是一种相当简单的技术：在发生碰撞后汽车的气囊展开时，eCall 系统自动联系应急服务机构。该系统用 GPS 功能向有关当局发送时间、车辆所处地点、车辆的类型、车辆使用什么燃料等信息，同时当系统激活后，驾驶员可以使用车中的麦克风直接与呼叫处理人员通话。

eCall 系统还提供事故发生时车辆行驶方向的信息，从而在车辆发生碰撞时，有关当局能够得知需要从高速公路的哪一侧向事发地行驶。所有这一切使救护车、警察和消防人员能够获得尽可能多的信息，并能够在事故发生后尽快赶过来。个人也可以通过一个按钮来激活 eCall 系统，因此如果驾驶员生病了 (或者在车辆碰撞中受伤了，而气囊并未展开)，仍然可以非常方便地请求帮助。

存储介质

承认任何给定系统都需要备份电源后，问题就来了：可以使用什么样的存储介质来提供这种备份电源? 传统的选择是电容器和电池。

我认为，公平地说，几十年来电容器技术一直在电力输送应用中发挥着重要作用。例如，传统的薄膜和油浸电容器设计提供各种功能，诸如功率因数校正和电压平衡等。不过，在过去 10 年中，人们进行了大量研发，已经在电容器设计和功能方面取得了巨大进步。这些新型电容器称为超级电容器，非常适合用在电池能量存储和备份电源系统中。就存储的总能量而言，超级电容器也许是受限的，但是这类电容器是"能量密集"型的。此外，超级电容器能够快速大量地释放能量，并快速再充电。

超级电容器还具备紧凑、坚固和可靠的特点，可针对前述已经提到的短暂电源缺失事件满足备份系统的要求。超级电容器可以方便地并联，或串联叠置甚至串并联组合，以满足最终应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。与标准陶瓷、钽或电解质电容器相比，超级电容器以类似的外形尺寸和重量提供更大的能量密度和电容。而且，尽管超级电容器需要在某种程度上"细心对待和馈电"，但是它们在需要大电流/短持续时间备份电源的数据存储应用中，增强甚至取代了电池。

此外，超级电容器也用在各种需要诸如 UPS 等大电流突发或瞬时电池备份的高峰值功率和便携式应用中。与电池相比，超级电容器外形尺寸更小，可提供峰值功率更高的突发，在更宽的工作温度范围内提供更长的充电周期寿命。通过降低电容器的 Top-off 电压并避免高温 (> 此外，超级电容器也用在各种需要诸如 UPS 等大电流突发或瞬时电池备份的高峰值功率和便携式应用中。与电池相比，超级电容器外形尺寸更小，可提供峰值功率更高的突发，在更宽的工作温度范围内提供更长的充电周期寿命。通过降低电容器的 Top-off 电压并避免高温 (>50°C)，可以