Pytanie:

W jaki sposób można zapewnić stałe, niezawodne zasilanie w systemach, gdzie ma to krytyczne znaczenie?

Odpowiedź:

Istnieje wiele aplikacji, które wymagają nieustannego dostarczania zasilania, bez względu na okoliczności. Nie zawsze jest to jednak łatwe do wykonania. W artykule przedstawiamy koncepcję zasilacza awaryjnego o wyjątkowo kompaktowej konstrukcji, który może zapewnić dobre rozwiązanie w tym przypadku.

Istnieją aplikacje, które muszą mieć zapewnione zasilanie bez przerwy, nawet w trakcie awarii. Jednym z przykładów są systemy RAID do nadmiarowego przechowywania danych. Należy je chronić tak, aby żadne dane nie zostały utracone w przypadku awarii zasilania w niedogodnym momencie, np. podczas wykonywania kopii zapasowej. Również systemy z zegarami czasu rzeczywistego muszą być zasilane bez przerwy. Zasilanie to może pochodzić z baterii lub innego rozwiązania awaryjnego. Inne przykłady to aplikacje telemetryczne w sektorze motoryzacyjnym oraz systemy podawania leków – na przykład sterowane pompy insulinowe stosowane w sektorze opieki zdrowotnej.

Rysunek 1. Topologia typowego zasilacza awaryjnego

Na rysunku 1 przedstawiono typowy układ przemysłowego zasilacza awaryjnego. Zasilanym urządzeniem jest czujnik przemysłowy. Liniowy regulator ładowania ładuje superkondensator, gdy dostępne jest zasilanie główne. Jeśli napięcie systemowe spada, zmagazynowana wcześniej energia pozwala wysterować przetwornik boost i w ten sposób utrzymać odpowiednie zasilanie. Ten system działa dobrze, ale jest trudny do wdrożenia, ponieważ wymaga kilku różnych konwerterów energii. Ponadto w wielu zastosowaniach ważne jest, aby prąd nie mógł przepłynąć z układu magazynowania energii z powrotem do źródła zasilania. Jak pokazano na rysunku 1, superkondensator powinien zasilać tylko obwód czujnika, a nie jakąkolwiek inną elektronikę. To oznacza, że dioda D jest niezbędna w układzie.

Rysunek 2. Koncepcja podtrzymania Continua™ z licznymi zintegrowanymi funkcjami systemu

Na rysunku 2 przedstawiono nową koncepcję wspieraną przez układ MAX38899 firmy Analog Devices. To wysoce zintegrowane rozwiązanie zasilania awaryjnego o nazwie Continua™ dla szyn zasilających do 5 V. Wystarczy jeden układ scalony z kilkoma pasywnymi elementami zewnętrznymi. MAX38889 posiada zintegrowany półmostek, pracujący naprzemiennie w wydajnych trybach buck i boost.

Rysunek 3. Implementacja miniaturowego rozwiązania podtrzymania zasilania Continua™ z układem MAX38889

Rysunek 3 pokazuje kompletny, działający obwód. Układ logiczny i przełączniki zasilania są zintegrowane, więc wymagana jest tylko mała zewnętrzna cewka indukcyjna i kilka dodatkowych kondensatorów, a także oczywiście superkondensator.

Zintegrowany przełącznik zasilania high-side wykonano w technologii True Shutdown firmy ADI. Dzięki temu napięcie systemowe można odseparować od napięcia superkondensatora. Oznacza to, że w razie wzrostu napięcia na superkondensatorze prąd z niego nie płynie do systemu.

Na rynku istnieje mnóstwo rozwiązań zasilania awaryjnego dla różnych zakresów napięć i prądów, jednak MAX38889 Continua™ jest unikalnym rozwiązaniem, które można łatwo dodać do linii zasilającej 5 V lub 3,3 V przy minimalnych nakładach na rozwój i wdrożenie. Rozwiązanie to charakteryzuje się również wysoką sprawnością energetyczną do 94% w trybach ładowania i rozładowywania, co pozwala zminimalizować rozmiar i koszt magazynowania energii.