實現超級電容器備用電源的有效方式

• 可使用現有的 2G、3G 和 4G 頻帶。
• 在美洲、歐洲和亞洲國家/地區擁有一家或多家經營者的支援。
• 相較於通用封包無線電服務 (GPRS)，可大幅降低功率和尖峰電流。

為了使用單一超級電容器和 TPS61094 實現有效的備用電源電路，在圖 1 中顯示我們如何配置 TPS61094 評估模組 (EVM)，以為表 1 中的 NB-IoT 負載分佈情況提供足夠的備用電源。

圖1：TPS61094 EVM 備用電源配置

當系統電源為開啟時，TPS61094 會進入 Buck on 模式，此模式會開啟旁路場效應電晶體 (FET)，並向超級電容器供應 500 mA 的定電流，並在超級電容器的電壓達 2.5 V 時停止充電。VSYS 會直接對 VOUT 供電。當斷電造成 VSYS 下降時，TPS61094 會自動進入 Boost on 模式，同時關閉旁路 FET，並以儲存在超級電容體中的能源向 VOUT 供電。

圖 2 顯示完整備用電源週期的示波器量測結果。VIN 代表來自電網的系統電壓。VOUT 是來自 TPS61094 的輸出電壓，而 VSUP 則是超級電容器的電壓。IOUT 則表示負載耗電量。在此範例中的負載是 100 mA，為負載輪廓平均耗電量的 3.33 倍。我們提高了負載，以判斷在更為極端的負載條件下，TPS61094 如何在電網斷電時切換輸入電源。

在系統電源突然斷電時，TPS61094 會立即進入 Boost on 模式，並使用來自超級電容器的電源調變 VOUT。降壓/升壓轉換器會供應所需的輸出電流達 254.5 秒，等同於 11.5 次 NB-IoT 交換。TPS61094 會將超級電容器放電，直到其電壓下降至 0.7 V；這時該產品會進入關機模式，直到系統 VIN 回復為止。在 Buck on 模式中，TPS61094 會順暢地以定電流為超級電容器充電。如圖 2 所示，超級電容器放電和充電之間的切換作業相當平順。

圖2：TPS61094 電源週期量測結果

其它備用電源實作形式

您也可選擇其它解決方案，而每項解決方案都各有利弊。適用於電錶的超級電容器備用電源參考設計採用離散式電路為超級電容器充電，並使用 TPS61022 升壓轉換器，以在電網斷電時將超級電容器的電壓提升至較高的系統電壓。TPS61022 的輸出電流能力高於 TPS61094 解決方案，但是需要更多外部零組件。

另一種方法則是具有電流限制和主動式電池平衡功能的超級電容器備用電源參考設計，此方法採用 TPS63802 降壓升壓轉換器做為超級電容器充電器和電壓穩壓器，並且省去了額外的離散式充電電路。不過此方法仍需要額外的外部零組件，才能實現電源 ORing、充電電流限制和超級電容器端電壓設定。

表 2 列出了每種備用電源方法最重要的特性。

結論

低功率的無線標準正逐漸普及。就採用 LTE-M、Lora、藍牙和其它新興無線介面的備用電源應用而言，若要實現高度整合、簡單設計和最佳低負載效率的目標，TPS61094 是十分理想的選擇。