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E’ in continuo aumento il numero dei supercap che vengono usati nelle applicazioni che richiedono una fonte immediata di energia di backup, da utilizzare a breve termine quando la normale alimentazione non è disponibile. In queste applicazioni i supercap offrono una serie di vantaggi rispetto agli accumulatori di energia tradizionali (come le batterie). Ad esempio, richiedono poca manutenzione, hanno un ciclo di vita praticamente illimitato e una ESR bassa. L’LTC3226 facilita la progettazione delle applicazioni di backup alimentate da supercap con una soluzione dotata di un unico circuito integrato, che carica il supercondensatore quando l’alimentazione è disponibile e fornisce energia al carico quando la potenza in entrata nominale viene a mancare.
DESCRIZIONE
La Figura 1 mostra un tipico esempio di alimentazione di backup da 3,3V in cui il percorso di alimentazione primario dalla fonte al carico passa attraverso il PFET esterno. Finché l’alimentazione è disponibile, l’LTC3226 conserva la carica completa (5V) dello stack di supercap.
Figura 1: Alimentazione di backup da 3,3V
Quando la tensione di entrata scende al di sotto di 3,15V, lo stack di supercap da 1,2F diventa fonte di alimentazione, sostenendo un carico di 2A a 3,3V per 600ms (v. Figura 2).
Figura 2: Diagramma di temporizzazione alimentazione di backup da 3,3V
Per passare senza problemi dall’alimentazione primaria a quella di backup occorrono quattro componenti di circuiti principali: una pompa di carica dual mode (1×/2×) con bilanciamento automatico e blocco della tensione delle celle, un LDO per fornire la corrente di carico nella fase di backup, un controller con diodo ideale per impedire all’LDO di invertire l’alimentazione e un comparatore "power-fail" che rileva il valore della tensione di entrata sotto il quale occorre attivare l’alimentazione di backup. La pompa di carica, a frequenza costante (900kHz) e basso rumore, carica lo stack di supercap fino a una tensione target programmata esternamente. La corrente di entrata verso la pompa viene programmata mediante un resistore esterno tra il pin PROG e GND. All’inizio del ciclo di carica, quando la tensione del pin CPO è inferiore a VIN, la pompa di carica funziona nella modalità 1×, fungendo da "pass element", e la corrente di carica è quasi pari alla corrente di entrata programmata. Quando la tensione del pin CPO aumenta quasi fino a 200mV sotto VIN, la pompa di carica passa nella modalità 2× (duplicatore di tensione) e la corrente di carica diventa la metà della corrente di entrata programmata. Uno dei limiti dei supercap è la bassa tensione delle celle (normalmente 2,7V) che richiede il collegamento in serie di due celle per applicazioni da 5V. Rispetto alla maggior parte delle batterie, i supercap tendono di più all’auto-scarica a causa della dispersione, per questo hanno bisogno del bilanciamento delle celle per evitare il sovraccarico di uno dei condensatori in serie. La pompa di carica LTC3226 è dotata di un circuito di bilanciamento attivo che rende superflui i resistori esterni. Siccome questo circuito ha una funzionalità di alimentazione/dissipazione limitata, la pompa di carica è dotata di un circuito di blocco della tensione che tiene sotto costante controllo le tensioni delle celle durante il processo di carica e ne impedisce il sovraccarico. Un comparatore veloce segnala quando la tensione di entrata diminuisce eccessivamente e attiva l’LDO che alimenta il carico proveniente dai supercap. Questa soglia "power-fail" viene programmata con un partitore resistivo esterno mediante il pin PFI. L’uscita del comparatore PFI controlla un’uscita "open drain" sul pin PFO per segnalare lo stato della fonte di ingresso. Un partitore resistivo esterno sul pin LDO_FB imposta la tensione di uscita dell’LDO.
CONCLUSIONI
L’LTC3226 consente di realizzare soluzioni per l’alimentazione di backup tramite supercap integrando le funzioni di una pompa di carica, di un LDO e di un controller con diodo ideale in un package QFN-16 compatto da 3mm × 3mm a basso profilo. La bassa corrente di riposo (50μA) e l’ingombro ridotto rendono questo dispositivo particolarmente adatto per applicazioni alimentate a batteria, oltre che per sistemi da 3,3V che necessitano di una protezione contro brevi interruzioni dell’alimentazione.
