在電信、工業(yè)及汽車等對(duì)數(shù)據(jù)完整性要求嚴(yán)格的嵌入式系統(tǒng)中，突發(fā)斷電可能導(dǎo)致硬盤或閃存讀寫中斷，造成關(guān)鍵數(shù)據(jù)丟失。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，工程師常采用電池、超級(jí)電容或電解電容作為短期儲(chǔ)能元件，在主電源失效時(shí)為關(guān)鍵負(fù)載提供臨時(shí)供電。

LTC3643是ADI一款專為備份電源設(shè)計(jì)的升壓/降壓型DC/DC控制器，支持在主電源存在時(shí)將儲(chǔ)能電容充電至40V，并在斷電時(shí)反向?yàn)樨?fù)載供電。其輸出電壓可在3V至17V之間調(diào)節(jié)，適用于多種電壓軌的保持應(yīng)用。盡管該器件在5V和12V系統(tǒng)中易于實(shí)現(xiàn)，但在3.3V應(yīng)用場景下需特別注意其最小工作電壓限制。代理銷售ADI旗下全系列IC電子元器件-中芯巨能分享LTC3643 3.3V備份電源設(shè)計(jì)技術(shù)指南。

圖一：用于 3.3 V 電壓軌的 LTC3643 解決方案的增強(qiáng)型原理圖

一、3.3V系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

LTC3643的最低啟動(dòng)電壓為3V，接近3.3V標(biāo)稱輸入電壓。若采用傳統(tǒng)隔離二極管（如肖特基二極管）進(jìn)行負(fù)載隔離，其正向壓降（通常為0.4~0.5V）可能使VIN引腳電壓低于啟動(dòng)閾值，導(dǎo)致備份功能失效。

若將隔離二極管移至前級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器輸入端，則非關(guān)鍵負(fù)載會(huì)消耗部分儲(chǔ)能電能，降低可用于關(guān)鍵系統(tǒng)的能量儲(chǔ)備。因此，3.3V系統(tǒng)需采用更優(yōu)化的隔離方案。

二、基于MOSFET的隔離解決方案

推薦使用低柵極閾值P溝道MOSFET（Q1）替代傳統(tǒng)二極管，以實(shí)現(xiàn)零壓降隔離。配合N溝道MOSFET（Q2）與RA-CA串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可構(gòu)建自適應(yīng)控制電路，確保LTC3643可靠啟動(dòng)。

電路工作原理如下：

上電階段：輸入電壓上升時(shí)，電容CA通過RA產(chǎn)生瞬態(tài)電流ICA = C × dV/dt，RA兩端形成電壓驅(qū)動(dòng)Q2導(dǎo)通。

導(dǎo)通路徑建立：Q2導(dǎo)通將Q1柵極拉低，使其完全導(dǎo)通，3.3V直接供給LTC3643 VIN引腳，繞過體二極管壓降。

穩(wěn)態(tài)運(yùn)行：當(dāng)輸入電壓穩(wěn)定后，ICA減小，RA電壓下降至Q2關(guān)斷閾值以下，Q2關(guān)閉，LTC3643接管Q1柵極控制。

故障切換：輸入電壓下降時(shí)，Q2保持關(guān)斷狀態(tài)，Q1柵極電壓升至3.3V而關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)輸入與負(fù)載的電氣隔離，備份模式啟動(dòng)。

三、關(guān)鍵參數(shù)配置與保護(hù)機(jī)制

LTC3643支持通過外部電阻設(shè)定升壓充電電流限值。在3.3V系統(tǒng)中，使用0.05Ω檢測電阻RS可將最大充電電流限制為0.5A（對(duì)應(yīng)負(fù)載電流約10.5A），有效減少高阻抗供電路徑下的壓降影響。

此外，LTC3643具備：

輸入欠壓鎖定（UVLO）

輸出過壓保護(hù)（OVP）

熱關(guān)斷（TSD）

可編程電源故障檢測（PFI/PFO）

這些特性提升了系統(tǒng)在復(fù)雜工況下的可靠性。

四、實(shí)際波形驗(yàn)證

實(shí)測波形表明：

在輸入3.3V上升過程中，Q2柵壓瞬間升高，Q1導(dǎo)通，VIN引腳獲得完整電壓；

圖2 上電時(shí) 3.3 V 電壓軌的波形

穩(wěn)定后Q2自動(dòng)關(guān)閉，LTC3643進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)；

輸入中斷時(shí)，Q1關(guān)斷，負(fù)載由儲(chǔ)能電容獨(dú)立供電，系統(tǒng)無中斷切換。

圖3：斷電時(shí) 3.3 V 電壓軌的波形

五、總結(jié)

LTC3643憑借其雙向功率傳輸能力與靈活的電流控制機(jī)制，成為3.3V電壓軌備份電源的理想選擇。通過合理設(shè)計(jì)MOSFET隔離電路與RC啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，可有效解決低壓場景下的啟動(dòng)電壓裕量不足問題，實(shí)現(xiàn)高可靠性的數(shù)據(jù)保護(hù)方案。

本設(shè)計(jì)方法不僅降低了儲(chǔ)能成本（采用電解電容），同時(shí)提高了系統(tǒng)效率與響應(yīng)速度，適用于對(duì)空間、成本與性能均有要求的工業(yè)與車載嵌入式系統(tǒng)。如需LTC3643產(chǎn)品規(guī)格書、樣片測試、采購、BOM配單等需求，請(qǐng)加客服微信：13310830171。