使用降压/升压转换器和超级电容器的备用电源方案

现代智能物联网 (IoT) 设备要求长期在线，但意外断电却市场发生，这就需要采用备用电源实现安全断电或保持通信不断。例如，等窄带(NB-IoT）可通过射频接口提供关于断电的时间、地点和持续时间的详细信息。

本备用电源方案使用TPS61094降压/升压转换器和一款超级电容器，可在正常和备用供电之间进行无缝切换，支持多次断电而无需维护，可用于燃气表、水表，便携式医疗设备，以及能量收集用途。

方案特点

随时间推移，不同NB-IoT操作模式下的电流消耗不同。在数据传送模式下峰值为310mA，持续1.32s，负载在不同的操作模式下也显著变化。整个过程的平均电流消耗为30mA，持续80s – 负载在此期间需要容量足够的备用电源并在主电网突然断电时进行无缝电源切换。

 

 

TPS61094双向降压/升压转换器具有60nA静态电流(IQ)，可实现可靠且简单的单芯片备用电源设计，无需额外电路即可实现超级电容器充电和放电功能。

当系统电源接通时，TPS61094进入Buck_on模式，为超级电容器提供500mA的恒定电流，并在超级电容器两端电压为2.5V时停止充电。VSYS直接为VOUT供电。当断电导致VSYS下降时，TPS61094会自动进入Boost_on模式，并通过超级电容器中存储的电荷为VOUT供电。

 

 

当系统功率突然下降时，TPS61094立即进入Boost_on模式，并利用超级电容器的功率调节 VOUT。降压/升压转换器在254.5s内提供所需的输出电流，可处理11.5次NB-IoT事务。TPS61094对超级电容器放电，直到其电压降至0.7V进入关断模式，并等待系统VIN恢复。在Buck_on模式下，TPS61094以恒定电流为超级电容器无缝充电。主要特点如下：
器件IQ：0.06uA
完整性：高
超级电容器配置：1S
3.3V VOUT的平均最大输出电流：300mA
VIN范围：0.7-5.5V
VOUT范围：2.7-5.4V

芯齐齐BOM分析

本方案高集成度、简单设计和卓越的轻负载效率。核心元件TPS61094是具有超级电容器管理的60nA IQ升压转换器，可为智能仪表和超级电容器备用电源应用提供电源解决方案。器件具有丰富的保护特性，输出短路保护，热关断保护，采用12引脚2mm×3mm WSON封装。

 

 

超级电容器Csup可以为备用电源，相当于一个电池，容量为35F，容差尽量上偏即+30/-10%。电感器L1采用屏蔽型，容量4.7uF的表贴类型。
 

　　审核编辑：汤梓红