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应用超级电容解决RAID数据丢失问题

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.

  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。

 

  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)。tRECHARGE 是目标应用中期望的再充电时间。

 

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