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应用后备电源防止RAID系统中数据丢失

导读: 就其本质而言,独立冗余磁盘阵列(RAID)系统是专为在面对恶劣环境时保存数据而设计。电源故障就是一个例子,它会威胁到临时存储在易失性存储器之中的数据。为了保护这些数据,许多系统采用了基于电池的后备电源。

  引言

 

  就其本质而言,独立冗余磁盘阵列(RAID)系统是专为在面对恶劣环境时保存数据而设计。电源故障就是一个例子,它会威胁到临时存储在易失性存储器之中的数据。为了保护这些数据,许多系统采用了基于电池的后备电源,这种后备电源可提供足以供RAID控制器将易失性数据写入非易失性存储器的短时功率。然而,闪存性能的进步(例如:DRAM密度、较低的功耗和较快的写入时间)、再加上超级电容器的技术改良 (比如:较低的ESR和每单位体积较高的电容),使得能够采用寿命更长、性能更高和“环保性更佳”的超级电容器来替代这些系统中的电池。图1示出了一款基于超级电容器的后备电源系统,该系统采用了LTC3625超级电容充电器、一个使用LTC4412 PowerPath控制器的自动电源通道切换和一个LTM4616双路输出μModule DC/DC转换器。LTC3625是一款高效率超级电容充电器,非常适合于RAID应用中的小型后备电源系统。该器件采用3mm x 4mm x 0.75mm 12引脚DFN封装,且所需的外部组件极少。它具有一个高达1A的可编程平均充电电流、两个串接超级电容器的自动电量电压平衡功能和一种从超级电容器吸收少於1μA电流的低电流状态。

 

  

  图 1:用于数据备份的超级电容器能量存储系统

 

  后备电源应用

 

  有效的后备电源系统包括一个超级电容器组,该超级电容器组具有支持一次完整的数据传输所需的蓄电容量。一个DC/DC转换器负责获取超级电容器组的输出,并向数据恢复电子线路提供一个恒定电压。数据传输必须在超级电容器组两端的电压下降至DC/DC转换器的最小输入工作电压(VUV)之前完成。

  为了估算超级电容器组的最小电容,必需确定有效电路电阻 (RT)。RT是超级电容器的ESR、分配损失 (RDIST)与自动通道切换的MOSFET的 RDS(ON)之和:

  RT=ESR + RDIST+RDS(ON)

  在VUV条件下,当允许10%的输入功率损失于RT之中时,可以确定RT(MAX):

  

  在VUV条件下,超级电容器组两端上所需的电压(VC(UV)) 为:

  

  现在,可以根据将数据传输至闪存所需的备份时间(tBU) 、超级电容器组的初始电压 VC(O) 和 VC(UV)来计算最小电容 (CMIN) 要求:

  

  CMIN为一个超级电容器电容的1/2。在计算RT的表达式中所使用的ESR是寿命末期ESR的两倍。寿命末期被定义为当电容降至其初始值的70%或ESR倍增之时。

  LTC3625 产品手册中的“匹配超级电容器的充电曲线”图描绘了采用LTC3625将一个含有两个10F超级电容器的超级电容器组充电至5.3V (RPROG被设定为143k) 的

  两种配置之充电曲线。将这幅曲线图与下面的公式相结合,用于确定所需的RPROG值,以产生适合目标应用中所使用的实际超级电容器的期望充电时间:

  

  VC(UV)是使DC/DC转换器能够产生所需输出的超级电容器最小电压。VOUT是目标应用中LTC3625的输出电压 (由VSEL引脚设定)。tESTIMATE是从VC(UV)充电至5.3V所需的时间 (可从充电曲线来推知)。tESTIMATE是目标应用中期望的再充电时间。

 

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