【成功案例】基于圣邦微低功耗模拟开关和电压监测芯片实现的后备电源方案，提供理想的不间断电源

时间： 2018-09-17 来源：SGMICRO

在分布式传感器监测网络应用中，终端设备需要不间断工作，即使停电或线路出现故障，也应当在一段时间内能够正常工作。通常我们会采用集中UPS后备供电或者终端后备电池方案满足要求。集中UPS对于终端线路故障导致的供电中断是无能为力的，而中端后备电池方案的风险在于电池自身放电和电源管理电路的电源消耗。笔者在产品开发过程中，设计出一种非常实用的超低功耗后备电源方案，已在多个产品中得到应用。

大多数的工程师通常会使用二极管汇流的方式实现在线后备电源，原理如下：

图1 二极管后备电源原理

通常二极管汇流后备电源使用的二极管采用普通的硅二极管或者低压差的肖特基管，硅管在低功耗应用中，由于正向电流的变化，二极管压降会在0.5~1.2V之间变化，导致输出电压波动峰峰值为0.7V，这个对于3.3V系统来说是难以接受的。而肖特基管正向压降虽小，但反向特性较差。图1中，正常工作模式下由于D2的反向漏电流会导致一次性电池被充电，而电池模式下则会由于D1的反向漏电流导致功耗增大。因此，此方案虽然简单，但存在较大的缺陷，不适合低功耗或低电压产品应用。

针对以上问题，笔者在智能压力监测终端产品中，开发了一种基于低功耗模拟开关和电压监测芯片实现的后备电源方案。主要利用了模拟开关SGM4157YC6的低导通电阻特性，避免了压降损耗，可为低功耗电子设备提供理想的不间断电源。原理如图2所示：

图2 低功耗后备电源原理示意

本方案由SGMICRO(圣邦微电子)推出的LDO芯片SGM2034-3.6YN3G/TR、低功耗模拟开关SGM4157YC6/TR、电压监测芯片SGM809-TXN3和MAXELL提供的ER6 亚硫酰氯锂电池组成。

图2中，外部5V输入通过SGM2034降压至3.6V，接入SGM4157的NC端。Maxell ER6电池的3.6V接入SGM4157的NO端。外部5V上电时，SGM2034的输出正常，SGM809电源电压高于监测阈值，经延时200ms后输出高电平，NMOS导通，SGM4157的COM与NC导通，输出电压由LDO供应。当外部5V掉电时，SGM2034输出电压下降，下降至SGM809低阈值时，SGM809经延时20us后输出低电平，NMOS断开，SGM4157的COM与NO导通，输出电压由ER6电池供应。后级电容在切换过程中起到蓄能作用，避免输出电压出现抖动。

方案特点总结如下：

（1）SGM809在此电路中，利用其延迟特性，实现了外部电源上电延迟200ms后进行切换，而外部电源掉电时仅需要20us完成切换。可以保证外部电源稳定后进行切换，同时在外部电源异常时可瞬间切换至更为可靠的电池；

（2）SGM4157在此电路中，利用其Break-Before-Make Switching（BBM）特性，可实现两种电源切换时，不会同时导通，具有一定的“交越死区”，可保证电路不会有瞬间大电流产生；

（3）SGM4157的导通内阻仅0.8Ω，产生的导通压降可忽略不计，持续导通电流±150mA，瞬态电流达±250mA，能够满足大多数小型终端设备供电要求；

（4）由于ER系列亚硫酰氯锂电池出厂开路电压高达3.65V，超过了普通单片机3.6V的额定输入电压范围，而Silabs的EFM32或EFR32系列MCU最高额定工作电压为3.8V，因此，本方案可与SILICON LABS的32-BIT MCU完美适配。

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全部评论（18）

用户60114576 Lv5. 技术专家 2019-05-15

学习
用户_8353 Lv8 2019-02-23

学习了
小雨滴 Lv7. 资深专家 2018-12-25

学习
Start Lv7. 资深专家 2018-12-22

这个方案好，好的经验要分享出来。
宇宙星神 Lv6. 高级专家 2018-12-17

学习了

小夏 Lv7. 资深专家 2018-12-09

谢谢分享案例！
Lcf Lv7. 资深专家 2018-12-06

资料不错，下载下来，后续有方案需要可以作为参考，谢谢！
Lcf Lv7. 资深专家 2018-12-06

资料不错，下载下来，后续有方案需要可以作为参考，谢谢！
鄗立恒 Lv8. 研究员 2018-11-28

学习了
雨中雪 Lv7. 资深专家 2018-11-12

学习

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