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System zur Backup-Stromversorgung

Allzeit bereit!

27. Juli 2017, 11:28 Uhr | Von Tony Armstrong

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Neue Backup-Lösungen

Superkondensatoren, Batterien und/oder eine Kombination aus beiden sind also geeignet als Backup-Stromversorgung für fast jedes Elektroniksystem. Welche IC-Lösungen gibt es aber für das Power Management von Backup-Stromversorgungslösungen? Im Folgenden wird auf einen IC von Linear Technology eingegangen, der für eine solche Anwendung konzipiert wurde.

Beim LTC4040 (Bild 1) handelt es sich um ein komplettes Backup-Power-Management-System für Lithium-Batterien, das 3,5 oder 5 V dauerhaft bereitstellen kann, falls das Netz ausfällt.

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Batterien speichern deutlich mehr Energie als Superkondensatoren; sie eignen sich deshalb besser für Applikationen, die für eine längere Zeit ein Backup erfordern. Der LTC4040 setzt einen bidirektionalen synchronen Wandler ein, der beim Laden von Batterien eine hohe Effizienz aufweist, ebenso beim Backup. Steht externe Energie zur Verfügung, arbeitet der IC als Abwärts-Batterielader für eine Li-Ionen-Zelle oder LiFePO4-Batterie, wobei er die Systemlast bevorzugt behandelt.

Fällt die Eingangsspannung unter eine eingestellte Schwelle (Power-Fail Input, PFI) arbeitet der LTC4040 als Aufwärtsregler. Damit ist er in der Lage, von der Backup-Batterie bis zu 2,5 A ans System zu liefern. Während eines Netzausfalls verhindert die PowerPath-Funktion des IC einen Rückstrom und erlaubt nahtloses Umschalten zwischen Netzeingang und Backup.

Typische Applikationen des LTC4040 schließen Flotten- und Waren-Tracking, GPS-Datenlogger für den Automotive-Einsatz, Automotive-Telematiksysteme, Mauterfassung, Sicherheitssysteme, Kommunikationssysteme, Industrie-Backup und USB-gespeiste Geräte mit ein. Bild 2 zeigt das Schaltbild einer typischen Applikation zur 4,5-V-Backup-Versorgung.

In Bild 3 ist der Übergang vom Normal- zum Backup-Betrieb in einer Anwendung mit LiFePO4-Batterie dargestellt.

Der LTC4040 enthält optional auch einen Überspannungsschutz (OVP) mit externem FET, der vor Eingangsspannungen von mehr als 60 V schützt. Eine einstellbare Strombegrenzung ermöglicht den Betrieb von einer Quelle, die nur begrenzt Strom bereitstellen kann, wobei der Systemlaststrom vor dem Batterieladestrom den Vorrang hat.

Ein externer Trennschalter isoliert die primäre Eingangsversorgung während des Backup vom System. Der 2,5-A-Batterielader des LTC4040 bietet acht wählbare Ladespannungen, die optimiert sind für Li-Ionen- und LiFePO4-Batterien. Der IC verfügt über Eingangsstrom-Monitoring sowie Indikatoren zum Eingangs-Leistungsverlust und System-Leistungsverlust.

Mit seiner Funktionalität ist der LTC4040 auch in der Lage, das Power Management des Backup-Stromversorgungssystems für ein eCall-System – wie es anfangs beschrieben wurde – auszuführen.

Der Autor

Tony Armstrong

studierte Mathematik an der Universität in Manchester, England. Bevor er im Jahr 2010 zu Linear Technology wechselte, arbeitete er unter anderem bei Fairchild, Siliconix, Semtech und Intel. Bei Linear Technology ist er als Product Marketing Manager für den Bereich Power Products verantwortlich, d.h. für den gesamten Produktlebenszyklus von der Produktdefinition bis zur Abkündigung.
tarmstrong@linear.com