許多透過線路輸電來運作的現代智慧型物聯網(IoT)裝置，其實都需要配置備用電源，以確保在意外斷電時，能安全關機或執行最後通訊。例如電表可透過無線電射頻(RF)介面分享斷電的時間、位置和持續期間等詳細資訊。有鑑於窄頻IoT(NB-IoT)具備多種優勢(如下)，使它在近期成為實現前述功能的熱門選擇：
‧ 可使用現有的2G/3G/4G頻帶
‧ 在美洲、歐洲和亞洲國家/地區擁有一家或多家經營者的支援
‧ 相較於通用封包無線電服務(GPRS)，可大幅降低功率和尖峰電流
設計良好的備用電源方案，不但能提供適當的備用電源電量、還能在一般操作和備用操作之間順暢切換，且毋需維護即可為多起斷電事件提供支援。在本文中，我們將說明使用TI的TPS61094升壓/降壓轉換器和單一超級電容器，針對NB-IoT和RF標準實作備用電源方案的簡單方法，本文也會比較TPS61094架構解決方案和現有的TI參考設計。
適用於NB-IoT備用電源
在不同的NB-IoT操作模式期間，耗電量隨著時間經過的變化。數據傳輸模式達到310mA峰值的時間為1.32秒，而負載則會隨著操作模式不同而大幅變化。整個過程的平均耗電量為30mA，花費時間則為80秒；而在主要電網突然斷電時，需要具有足夠的備用電源和順暢的電源切換作業，才可因應前述負載期間。TPS61094 60-nA靜態電流(IQ)雙向降壓/升壓轉換器有助於完成可靠且簡單的備用電源設計，同時也能做為單晶片解決方案，無須額外電路就能使超級電容器完成充電與放電。
當系統電源為開啟時，TPS61094會進入Buck on模式，此模式會開啟旁路場效應電晶體(FET)，向超級電容器供應500mA的定電流，並在超級電容器的電壓達2.5V時停止充電。VSYS會直接對VOUT供電。當斷電造成VSYS下降時，TPS61094會自動進入Boost on模式，同時關閉旁路FET，並以儲存在超級電容體中的能源向VOUT供電。
在系統電源突然斷電時，TPS61094會立即進入Boost on模式，並使用來自超級電容器的電源調變VOUT。降壓/升壓轉換器會供應所需的輸出電流達254.5秒，等同於11.5次NB-IoT交換。TPS61094會將超級電容器放電，直到其電壓下降至0.7V；這時該產品會進入關機模式，直到系統VIN回復為止。在 Buck on模式中，TPS61094會順暢地以定電流為超級電容器充電。
其它備用電源實作形式
適用於電錶的超級電容器備用電源參考設計採用離散式電路為超級電容器充電，並使用TPS61022升壓轉換器，以在電網斷電時將超級電容器的電壓提升至較高的系統電壓。TPS61022的輸出電流能力高於TPS61094解決方案，但是需要更多外部零組件。
另一種方法則是具有電流限制和主動式電池平衡功能的超級電容器備用電源參考設計，此方法採用TPS63802降壓/升壓轉換器，做為超級電容器充電器和電壓穩壓器，省去額外的離散式充電電路。不過此方法仍需要額外的外部零組件，才能實現電源ORing、充電電流限制和超級電容器端電壓設定。