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Technology Milestones

tolleranza che, normalmente, si aggira nell’intorno del -20%. Se
Lo schema applicativo dell’LTC3350 con indicati
tutti i condensatori della pila avessero esattamente gli stessi i percorsi della alimentazione nelle diverse
valori la tensione ai loro capi sarebbe uguale ma se uno solo dei
modalità operative Figura 2
condensatori avesse un valore inferiore del 20% su di esso la
tensione sarebbe del 25% superiore a quella degli altri.
Questo potrebbe causare un superamento del valore massimo

accettabile ma soprattutto un deterioramento della aspettativa
di vita. Un circuito per il bilanciamento della carica dei quattro

condensatori sarebbe auspicabile.

LA STRuTTuRA FuNZIONALE
dEL SISTEMA dI BACKuP

Possiamo, a questo punto, delineare il sistema: un convertitore
step-down per controllare la carica dei quattro supercap, uno
switch che blocca la sorgente primaria e uno che collega la pila

di supercap all’uscita da mantenere in tensione e, quando la
tensione sui condensatori scende al di sotto del valore minimo

che si vuole sostenere in uscita, un convertitore step-up che
sfrutti la carica rimanente per mantenere ancora un poco questo
valore minimo. condensatori viene sfruttata in quasi all’ultimo elettrone.

Questa è sostanzialmente la struttura realizzabile con l’LCT3350
IMPORTANTI FuNZIONALITà AGGIuNTIvE
di Linear Technology nella conigurazione circuitale di Figura 2.
Si è supposto una alimentazione primaria di 12V e che il sistema Già questo renderebbe l’LCT3350[3] una soluzione elegante al problema
a valle rimanesse operativo, in mancanza dei 12V primari, ino ma il dispositivo offre anche tutta una serie di altre funzionalità partico-

ad un valore di 5V. Si è anche deciso che la pila di supercap sia larmente utili:
mantenuta ad 8V, quindi 2V su ogni condensatore, per garantirne 1. Un circuito di bilanciamento attivo che mantiene la tensione dei

una vita sufficiente. condensatori della pila entro un margine di 10 mV di differenza l’uno
dall’altro. Questo consente di mantenere la minima tensione su ognu-
In funzionamento normale, linee verdi di igura, il MOSFET M1 è no, e quindi di massimizzarne la vita, garantendo nel contempo che

in conduzione mentre l’M2 è aperto e i 12V vanno direttamente venga mantenuta la massima carica indispensabile.
al carico. Contemporaneamente dal bus a 12V si ricavano, con il 2. Un convertitore analogico-digitale sigma-delta a 14-bit per la misura

convertitore buck sincrono costituito da M3, M4 e L, gli 8V per di 11 canali di ingresso il cui risultato è poi accessibile sulla porta
caricare la pila di supercap. I2C/SMBus. Diversi parametri circuitali sono così resi disponibili per
Quando venissero a mancare i 12V, modalità backup 1 (linea valutare la funzionalità del sistema.

rossa), M1 commuterebbe in off mentre M2 passerebbe in 3. La capacità di misurare la resistenza serie (ESR) ed il valore capaciti-
conduzione mettendo la pila di supercap in collegamento con vo degli elementi della pila con un minimo impatto sulla operatività

il carico. A questo punto inizia la scarica dei condensatori e la del sistema. Capacità ed ESR danno una misura precisa della capacità
tensione di uscita si ridurrebbe ino ai 5V che è il valore minimo operativa del circuito.
da garantire.

A questo valore si entra in modalità backup 2 (linea blu) quando
M2 interdice, isolando la pila di supercap, mentre entra in fun-
PER dIMENSIONAREL
zione il convertitore boost, sempre costituito da M3, M4 e L, che
converte la tensione della pila di supercap, ormai inferiore a 5V, La formula indispensabile per deinire la dimensione dei condensatori è
fondamentalmente una
al livello minimo richiesto all’uscita. In questo modo la carica dei E = 1/2 × C × v2 [J]
S
che ci dice la quantità di energia immagazzinata in ogni condensatore. Va
ricordato che una pila di quattro condensatori uguali ha una capacità che
è un quarto del valore di ognuno. RIfERImEntI SUl WEB

[1] http://batteryuniversity.com/learn/article/whats_the_role_of_the_supercapacitor
L’energia che si ricava dalla scarica di un condensatore è di conseguenza: [2] http://www.garmanage.com/atelier/index.cgi?path=public&B&Energy_storage/Aging/Derating
E = 1/2 × C × (v2 - v2) [J]
uINFIN Dove v è la tensione a inizio scarica e v è quella inale. [3] http://www.linear.com/product/LTC3350 * e molto altro
INFIN

A&V ELETTRONICA Anno XXVI - 05/2014

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