【導讀】隨(sui)著(zhe)世(shi)界(jie)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)先(xian)進(jin)，我(wo)們(men)對(dui)電(dian)力(li)的(de)依(yi)賴(lai)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)嚴(yan)重(zhong)。若(ruo)沒(mei)有(you)電(dian)，最(zui)高(gao)端(duan)的(de)房(fang)屋(wu)也(ye)可(ke)能(neng)變(bian)得(de)相(xiang)當(dang)原(yuan)始(shi)。本(ben)文(wen)描(miao)述(shu)家(jia)用(yong)不(bu)間(jian)斷(duan)電(dian)源(yuan)的(de)設(she)計(ji)，其(qi)作(zuo)用(yong)是(shi)讓(rang)家(jia)中(zhong)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)服(fu)務(wu)—Wi-Fi—保持暢通。

問題:

停電期間如何使用Wi-Fi和其他家用設備？

答案:

可以使用汽車電池作為備用電源，設計家用不間斷電源(UPS)。該電源連接至降壓-升壓轉換器，生成穩定的12 V/5 A電源，用於為Wi-Fi路由器供電；連接至6.5 V/1.5 A降壓轉換器，為無繩電話供電。

簡介

隨(sui)著(zhe)世(shi)界(jie)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)先(xian)進(jin)
，我(wo)們(men)對(dui)電(dian)力(li)的(de)依(yi)賴(lai)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)嚴(yan)重(zhong)。若(ruo)沒(mei)有(you)電(dian)
，最(zui)高(gao)端(duan)的(de)房(fang)屋(wu)也(ye)可(ke)能(neng)變(bian)得(de)相(xiang)當(dang)原(yuan)始(shi)。本(ben)文(wen)描(miao)述(shu)家(jia)用(yong)不(bu)間(jian)斷(duan)電(dian)源(yuan)的(de)設(she)計(ji)，其(qi)作(zuo)用(yong)是(shi)讓(rang)家(jia)中(zhong)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)服(fu)務(wu)—Wi-Fi—保持暢通。

家用不間斷電源(UPS)

圖1中的電路是出於需要而設計的。2022年初的能源危機迫在眉睫，世界和平正在刀尖上跳舞，這個電路就是為了在斷電的情況下保持家中Wi-Fi暢通。Wi-Fi路由器重啟平均需要2分多鍾
，這可能被認為是"第一世界"的de問wen題ti，但dan如ru果guo在zai電dian話hua會hui議yi的de中zhong途tu斷duan電dian，這zhe個ge等deng待dai時shi間jian會hui讓rang人ren覺jiao得de非fei常chang漫man長chang。即ji使shi是shi輕qing微wei的de壓ya降jiang也ye可ke能neng引yin起qi重zhong大da問wen題ti。該gai家jia用yong不bu間jian斷duan電dian源yuan設she計ji為weiWi-Fi接入點（和任何其他電子設備）提供12 V/5 A電源
，並為無繩電話提供額外的6.5 V/1.5 A電源。這足以使大多數筆記本電腦與外界進行通信。

圖 1. 不間斷電源 (UPS) 原理圖

圖1顯示的便是該電路。此設計的備用電源是從廢品站以20英鎊購買的二手汽車電池。 LTC3789 是一個四開關降壓-升壓轉換器
，能以極高效率提供恒定的12 V電源，其輸入電壓可以高於或低於此電壓。其評估套件在5 V到36 V輸入電壓條件下能提供12 V、5 A的電源輸出，因此可以直接使用，無需修改。Wi-Fi路由器僅需要1 A電流，因此該評估套件可用於為其他許多需要12 V電壓的應用供電。

無繩電話需要6.5 V、約600 mA電源，因此選擇 LT8608 來為此電源軌提供低噪聲、高效率電源，其靜態電流極低(2.5μA)。LT8608和LTC3789的最大輸入電壓分別為42 V和38 V
，因yin此ci將jiang它ta們men直zhi接jie連lian接jie到dao汽qi車che電dian池chi以yi實shi現xian最zui高gao電dian路lu效xiao率lv。某mou些xie較jiao低di成cheng本ben的de電dian池chi充chong電dian器qi如ru果guo未wei正zheng確que連lian接jie到dao電dian池chi，可ke能neng會hui產chan生sheng高gao電dian壓ya，導dao致zhi電dian池chi無wu法fa充chong分fen吸xi收shou充chong電dian電dian流liu。因yin此ci，如ru果guo充chong電dian器qi與yu電dian路lu連lian接jie良liang好hao，但dan與yu電dian池chi連lian接jie不bu良liang，那na麼me產chan生sheng的de電dian壓ya可ke能neng會hui損sun壞huai電dian子zi設she備bei。LTC3789和LT8608的(de)寬(kuan)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)減(jian)輕(qing)了(le)連(lian)接(jie)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)器(qi)時(shi)產(chan)生(sheng)高(gao)電(dian)壓(ya)的(de)擔(dan)憂(you)。電(dian)路(lu)既(ji)可(ke)以(yi)在(zai)永(yong)久(jiu)連(lian)接(jie)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)器(qi)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)工(gong)作(zuo)，也(ye)可(ke)以(yi)在(zai)沒(mei)有(you)連(lian)接(jie)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)工(gong)作(zuo)。但(dan)是(shi)，在(zai)不(bu)通(tong)風(feng)的(de)室(shi)內(nei)保(bao)持(chi)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)器(qi)永(yong)久(jiu)連(lian)接(jie)的(de)安(an)全(quan)方(fang)麵(mian)取(qu)決(jue)於(yu)所(suo)用(yong)的(de)電(dian)池(chi)和(he)充(chong)電(dian)器(qi)的(de)類(lei)型(xing)。

該電路的精巧部分由 LTC4416提供。這是一個雙通道理想二極管，負責切換主電源電壓和備用電源。LTC4416含有一個精密比較器
，當比較器檢測到主電源發生故障時，就會使用四個外部P溝道MOSFET (PFET)切換到備用電源。

該電路的更簡單形式是雙通道二極管OR配pei置zhi
，兩liang個ge二er極ji管guan的de陰yin極ji連lian接jie在zai一yi起qi，主zhu電dian源yuan和he備bei用yong電dian源yuan連lian接jie到dao陽yang極ji。然ran而er
，該gai電dian路lu僅jin將jiang兩liang個ge電dian源yuan中zhong的de最zui高gao者zhe饋kui送song到dao位wei於yu陰yin極ji的de輸shu出chu端duan，並bing會hui在zai二er極ji管guan上shang產chan生sheng0.6 V的損耗。用PFET代替二極管可以設計更高效的電路。測量PFET體二極管兩端的電壓降，如果它超過某個閾值

，則FET導通
，從而使體二極管短路。如果此電壓降為負，則對PFET的驅動被移除，體二極管會阻止反向電流。這樣就創建了一個具有低正向電壓降和反向阻斷功能的理想二極管，如圖2所示。

圖 2. 二極管 OR 電路的理想二極管實現

在該電路中，每個PFET的體二極管從輸入指向輸出
，因此如果一個輸入電壓比另一個輸入電壓高出600 mV以上，該體二極管就會導通。因此，如果備用電源恰好高於主電源
，負載的電源將由備用電源提供，這是不可取的。反轉PFET可以解決這個問題，但如果輸出電壓比輸入電壓高出600 mV以上

，體二極管就會導通，發生電流倒流。

更簡潔的解決方案是為每條路徑添加一個額外的PFET，如圖3所示。在該電路中
，兩個體二極管彼此相對，因此當FET斷開時，該電路提供雙向開路，並隔離每個通道，而不管輸入或輸出電壓如何。

圖 3. 具有雙向斷開功能的二極管 OR 電路

對於12 V電路
，LTC4416 (DC1059A)的評估套件做了修改，以提供11.17 V的切換電壓，其中R3使用100 kΩ電阻，R1使用10 kΩ + 2.2 kΩ電阻。這很有效

，但我們發現，Wi-Fi接入點需要精確的12 V電源，有時候當12 V主電源再次切換回來時，它會重新啟動。這是由於電壓階躍（從11.17 V到12 V）擾亂了路由器電子器件。將R1改為11.47 kΩ可將切換電壓提高到11.8 V，從而減小了電壓階躍的大小。

無繩電話電路對電源階躍的感受更強烈，因此R15由22 kΩ + 10 kΩ電阻組成，以提供5 V的切換電壓。

波形如圖4所示。綠色跡線顯示的是LTC4416始終開啟的12 V輸出，紅色跡線顯示的插牆式電源適配器的12 V輸出（主電源），藍色跡線顯示的是汽車電池電壓。當示波器直流耦合時
，看不到對綠色跡線的幹擾。更改為交流耦合後，當連接(600 ms)和斷開(5.8 s)主電源12V時，可以看到很小的幹擾。具有諷刺意味的是，當連接12 V主電源時，該電源軌上的噪聲明顯更高，這表明插牆式電源適配器輸出的噪聲高於LTC3789。

圖 4. 當主電源（紅色跡線）斷開時，12 V（綠色跡線）幾乎不受幹擾

圖5所示為UPS電子設備的照片
，完整電路如圖6所示。

圖 5. 電源和理想二極管安裝在 UPS 箱的側麵

圖 6. 帶電池的完整電路

未來改進

前麵提到的電路需要切斷來自插牆式電源適配器的電纜，以允許串聯插入UPS。一個更簡潔的解決方案是從汽車電池產生340 V DC
，並(bing)將(jiang)其(qi)饋(kui)入(ru)擴(kuo)展(zhan)插(cha)座(zuo)，然(ran)後(hou)將(jiang)插(cha)牆(qiang)式(shi)電(dian)源(yuan)適(shi)配(pei)器(qi)插(cha)入(ru)擴(kuo)展(zhan)插(cha)座(zuo)。由(you)於(yu)所(suo)有(you)插(cha)牆(qiang)式(shi)電(dian)源(yuan)適(shi)配(pei)器(qi)的(de)內(nei)部(bu)電(dian)路(lu)都(dou)包(bao)含(han)整(zheng)流(liu)器(qi)
，因(yin)此(ci)該(gai)電(dian)壓(ya)是(shi)交(jiao)流(liu)還(hai)是(shi)直(zhi)流(liu)沒(mei)有(you)關(guan)係(xi)。然(ran)而(er)，從(cong)12 V電池產生340 Vdianyahuidailaisunhao，zaichaqiangshidianyuanshipeiqineijiangdigaidianyayehuichanshengsunhao
，zheyiweizhediyadianlujianggengjiagaoxiaohejiandan，napaxuyaoqieduanchaqiangshidianyuanshipeiqidianlan。

LTC4416評估套件含有LED，可指示正在使用主電源還是備用電源，而且很容易將這些LED放到外殼上。另一個有用的附加功能是一個按鈕開關，用於人為將LTC4416的使能引腳拉低以測試切換功能。

該電路經過廣泛測試，性能優異。對於更高的電流，可以使用N溝道理想二極管。LTC4416是ADI公司提供的各種理想二極管和熱插拔器件的一種。

結論

本ben文wen描miao述shu的de電dian路lu展zhan示shi了le一yi種zhong簡jian單dan家jia用yong不bu間jian斷duan電dian源yuan的de設she計ji，它ta可ke以yi在zai斷duan電dian時shi讓rang各ge種zhong家jia用yong電dian器qi保bao持chi運yun行xing。此ci電dian路lu當dang然ran可ke以yi進jin行xing修xiu改gai，使shi用yong更geng強qiang大da的deMOSFET和更大的電池來提供更高的輸出功率和更長的後援時間。

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題
，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

使用電源管理模塊有效控製GaN功率放大器的電源開關

新一代觸摸屏示波器成未來標配，MSO6B的四種獨特分析功能

提升接線櫃工作效率的利器——出廠校準的可配置IO模塊

應對電動汽車充電係統的設計挑戰

開關電源中如何選擇合適的電感