使用超级电容器实现备用电源的有效方法

许多通过线路供电的现代智能物联网 (IoT) 器件都需要备用电源，以便在意外断电时安全断电或保持通信不断。例如，电表可通过射频接口提供关于断电的时间、地点和持续时间的详细信息。由于具有以下优势，窄带物联网 (NB-IoT) 最近在上述用途中很受欢迎：

•使用现有的 2G、3G 和 4G 频段。

• 由美洲、欧洲和亚洲国家的一个或多个运营商提供支持。

• 与通用分组无线业务 (GPRS) 相比，功率和峰值电流显著降低。

精心设计的备用电源方案有助于提供合适容量的备用电源，在正常和备用供电之间进行无缝切换，并支持多次断电而无需维护。在本文中，我们将介绍一种实施备用电源方案的简单方法，它使用 TI 的 TPS61094 降压/升压转换器和一款超级电容器，满足 NB-IoT 和射频标准。我们还将对基于 TPS61094 的解决方案与现有的 TI 参考设计进行比较。

NB-IoT 备用电源

表 1 显示了不同 NB-IoT 操作模式下随时间推移的电流消耗。在数据传送模式下峰值为 310mA，持续 1.32s，负载在不同的操作模式下也显著变化。整个过程的平均电流消耗为 30mA，持续 80s。当主电网突然断电时，需要容量足够的备用电源和无缝电源切换的负载持续时间。TPS61094 60nA 静态电流 (IQ) 双向降压/升压转换器可实现可靠且简单的备用电源设计，同时作为单芯片解决方案，无需额外电路即可实现超级电容器充电和放电功能。

* 针对客户和终端设备。可能是数分钟至数天。

表 1：Saft Batteries 的 NB-IoT 负载曲线示例

使用一个超级电容器和 TPS61094 实现有效的备用电源电路，图 1 显示了我们如何配置 TPS61094 评估模块 (EVM)，为表 1 中的 NB-IoT 负载曲线提供足够的备用电源支持。

图 1：TPS61094 EVM 备用电源配置

当系统电源接通时，TPS61094 进入 Buck_on 模式：打开旁路场效应晶体管 (FET)，为超级电容器提供 500mA 的恒定电流，并在超级电容器两端电压为 2.5V 时停止充电。VSYS 直接为 VOUT 供电。当断电导致 VSYS 下降时，TPS61094 会自动进入 Boost_on 模式：关闭旁路 FET，并通过超级电容器中存储的电荷为 VOUT 供电。