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- ELETTRONICA OGGI 439 - SETTEMBRE 2014
funzionare fin quando la tensione dello stack è
ben al di sotto dei 4,5V. Nella figura 3 è illustrato
un tipico esempio di alimentazione di backup:
uno stack di quattro condensatori in serie viene
caricato a 10V e, durante la modalità di backup,
VOUT viene regolata a un minimo di 8V fino al
completo esaurimento dell’energia dei condensa-
tori di backup.
Il monitoraggio strutturale garantisce affidabilità
e ottimizza le prestazioni
Nei sistemi ad alta affidabilità, che richiedono
un’alimentazione di backup a breve termine, è
necessario accumulare una quantità di energia
sufficiente a svolgere funzioni fondamentali, qua-
lora dovesse verificarsi un’interruzione dell’ali-
mentazione principale. È essenziale che la fonte
di backup sia in grado di fornire l’alimentazione
necessaria. Considerata la loro capacità per unità
di volume estremamente elevata e la bassissima
ESR, i supercondensatori sono la soluzione ideale
per queste applicazioni. Tuttavia, come nel caso
delle batterie, le loro prestazioni degradano col
passare del tempo. Con ciclo di vita del conden-
satore generalmente (e alquanto arbitrariamente)
si intende il periodo di tempo in cui la capacità
diminuisce del 30% e/o la ESR aumenta del 100%.
Come si evince dalla figura 4, il degrado del
condensatore è accelerato da tensioni operative
o temperature elevate. Essendo la capacità e la
ESR del condensatore aspetti fondamentali per
garantire un backup affidabile, è importante che il
sistema sia in grado di monitorare e segnalare lo
“stato di salute” dei condensatori di backup mano
a mano che invecchiano.
LTC3350 monitora automaticamente sia la capaci-
tà, sia la ESR dello stack a una frequenza selezio-
nata dall’utente quando lo stack è completamente
carico. Il dispositivo utilizza current source di
precisione, un circuito temporizzatore di precisio-
ne e il suo ADC a 14 bit interno per monitorare la
capacità dello stack. Una corrente programmata
precisa viene prelevata dalla parte superiore dello
stack di condensatori mentre viene forzato lo
spegnimento del caricatore. Il tempo che lo stack
impiega per diminuire di 200 mV, viene misurato
con precisione e la sua capacità viene calcolata
in base a questi parametri. Una volta completata
la prova di capacità, viene effettuata la prova ESR
misurando la tensione dello stack, con e senza il
caricatore ad alta corrente usato per ricaricare lo
stack. L’uso del caricatore in questa prova rende
superfluo un carico di prova esterno ad alta
potenza. L’immediato aumento della tensione dello
stack all’accensione del caricatore corrisponde
alla corrente di carica misurata *ESR dello stack.
I valori più recenti relativi alla capacità e alla ESR
possono essere verificati in qualsiasi momento
tramite una I2C.
Una volta noti i valori della capacità dello stack
e della ESR, è semplice calcolare la tensione
minima dello stack necessaria per garantire un
backup affidabile a una data applicazione. Dato
che la maggior parte dei sistemi di backup è
progettata con un margine calcolato, spesso è
meglio ridurre la tensione dello stack rispetto al
suo valore nominale, massimizzando il ciclo di vita
dei condensatori. È facilmente realizzabile grazie
al controllo software della tensione del DAC di
feedback VCAP dell’LTC3350. La combinazione
tra una capacità molto elevata e una ESR molto
bassa consente ai supercondensatori di offrire
nuovi metodi per risolvere problemi comuni come
quelli associati alle soluzioni per l’alimentazione di
backup. Ma è anche vero che raramente le grandi
innovazioni non comportano svantaggi.
Un impiego efficace dei supercondensatori richie-
de l’uso di celle collegate in serie che, a loro
volta, hanno bisogno di circuiti di protezione e
bilanciamento. Sebbene un supercondensatore
abbia un ciclo di vita e una durata di gran lunga
superiori rispetto a una tecnologia della batteria,
piccole variazioni della tensione e della tempera-
tura del condensatore possono comportare, col
tempo, notevoli cambiamenti nelle funzionalità
del sistema. Per questo motivo una delle funzio-
ni più richieste nei sistemi di backup basati su
condensatori è quella del monitoraggio “dello
stato di salute”. Nuovi prodotti come LTC3350
hanno l’obiettivo di risolvere problemi come quelli
che riguardano specificamente le applicazioni di
backup basate sui supercondensatori e offrono
il metodo più semplice per creare una soluzione
affidabile, flessibile, in grado di garantire presta-
zioni elevate.
Q
LINEAR TECHNOLOGY
Fig. 4 – Confronto
tra la durata tipi-
ca e la tempera-
tura e la tensione
di un supercon-
densatore
