在电信、工业和汽车领域，嵌入式系统的可靠供电至关重要，因为这些行业对数据丢失问题尤为敏感。供电突然中断可能会导致硬盘驱动器和闪存中的数据损坏，这对系统稳定性构成了重大威胁。为了应对这一挑战，设计人员通常采用电池、电容器和超级电容器等设备来储存应急能量，确保在电源故障时关键负载能够持续获得电力支持。
LTC3643备份电源管理芯片的推出，为设计人员提供了一种成本效益更高的解决方案。这款芯片能够利用低成本的电解电容器作为储能元件。在正常工作状态下，LTC3643会将电容器充电至40V；一旦主电源中断，它便会释放电容器的电能，为关键负载提供持续供电。输出电压范围灵活可调，可在3V至17V之间任意设定。
尽管LTC3643在5V和12V电压轨的备份解决方案中表现出色，但在3.3V电压轨的应用中却需要谨慎处理。LTC3643的最小工作电压为3V，与3.3V的标称输入电压相近，这使得设计余量变得非常有限。如果采用隔离二极管将备份电源与非关键电路隔离，肖特基二极管的正向压降可能会将LTC3643的输入电压降至3V以下，导致备份电源无法启动。
一种可能的解决方案是将二极管移至供电DC/DC转换器的输入端，但这样做会导致非关键负载从备份电源中吸取功率，从而减少关键负载可用的电能。
为了优化3.3V电压轨的备份电源设计，一种创新的解决方案采用了隔离MOSFET来储备能量。这种设计将隔离二极管替换为一个低栅极阈值电压的P沟道MOSFET Q1，从而提高了系统的可靠性和效率。
该解决方案的关键在于增设了RA-CA串联电路。在启动时，随着输入电压的上升，流过电容器CA的电流会在RA两端产生一个电位，这个电位足以强化一个低栅极阈值电压的小信号N沟道MOSFET Q2。当Q2导通时，它将Q1的栅极拉至地电位，为LTC3643提供了一条低电阻的通路。一旦3.3V电压施加到转换器上，转换器立即启动并开始给存储电容器充电。
在3.3V电压轨达到稳态后，流过RA的电流减小，导致RA两端的电压下降至低于Q2的栅极阈值电平，从而使Q2关断。此时，PFO引脚将R3A接地，将PFI引脚的电源故障电压电平复位至最小值3V，确保转换器在输入电压中断时能够正常运行。
图3展示了3.3V电压轨启动时的波形。随着输入电压的上升，Q2的栅极电压也随之升高，将Q1的栅极拉至低电平。这使得Q1导通，允许完整的3.3V电压到达LTC3643，从而旁路了Q1的体二极管。随后，Q2的栅极电压降至阈值电平以下并关断，此时LTC3643全面运行并控制Q1的栅极。
LTC3643的多功能性在3.3V电压轨应用中得到了充分展现。它能够限制用于给存储电容器充电的升压型转换器的充电电流。在需要尽量减小总电流的场景中，例如存在长导线或高阻抗电压电源时，可以将升压电流设定在较低水平，以减轻充电电流对输入压降的影响。在图2所示的设计中，0.05Ω的电阻器RS为升压型转换器充电电流设定了一个0.5A的限值（最大可能设定限值为2A），其余电流则输送至负载。
图4展示了失去3.3V电压轨时的波形。当输入电压下降时，Q2的栅极电压保持不变（接近于地电位），并保持关断状态。而Q1的栅极电压则急剧上升至3.3V，将Q1关断，此时Q1的体二极管作为隔离二极管发挥作用，将负载与输入分离。此时，备份电源接管供电，LTC3643通过释放存储电容器的电能，为关键负载提供持续的3.3V电压。
通过采用LTC3643备份电源管理芯片和创新的电路设计，设计人员能够为3.3V电压轨提供可靠且成本效益高的备份电源解决方案。这一方案不仅简化了备份电源的设计，还提高了系统的稳定性和可靠性。
