2A超級(jí)電容器充電器平衡和保護(hù)便攜式應(yīng)用中的超級(jí)

作者：時(shí)間：2010-11-02 來源：網(wǎng)絡(luò)

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電壓箝位電路

LTC4425 配備的電路可將超級(jí)電容器組中兩個(gè)超級(jí)電容器兩端的電壓限制到最高可允許電壓 V_CLAMP。有兩個(gè)通過 SEL 引腳可選的 V_CLAMP 預(yù)置電壓：2.45V 或 2.7V。就較低的 2.45V V_CLAMP 電壓而言，SEL 引腳應(yīng)該設(shè)定為邏輯低電平，而對(duì)于較高的 2.7V V_CLAMP 電壓，該引腳則應(yīng)設(shè)為邏輯高電平。如果底端電容器兩端的電壓 (即 V_MID 引腳電壓) 先達(dá)到了 V_CLAMP，那么 NMOS 并聯(lián)晶體管就接通，并開始從底端的電容器向地泄放電荷。類似地，如果頂端電容器兩端的電壓 (V_TOP) 先達(dá)到 V_CLAMP，那么 PMOS 并聯(lián)晶體管就接通，并開始從頂端的電容器向底端的電容器泄放電荷。

當(dāng)任一超級(jí)電容器兩端的電壓達(dá)到與 V_CLAMP 相差 50mV 以內(nèi)時(shí)，互導(dǎo)放大器就開始線性地降低充電電流。到任一并聯(lián)器件接通時(shí)，充電電流降至設(shè)定值的 1/10，而且只要該并聯(lián)器件接通，就保持這個(gè)值不變。這是為了防止并聯(lián)器件被過大的熱量損壞?？刂撇⒙?lián)器件的比較器有 50mV 的遲滯，這意味著，當(dāng)任一電容器兩端的電壓降低 50mV 時(shí)，并聯(lián)器件斷開，并以滿充電電流恢復(fù)正常充電，除非受到另一個(gè)控制充電器 FET 柵極放大器的限制。如果兩個(gè)電容器都超過它們的最大可允許電壓 V_CLAMP，那么主充電器 FET 完全關(guān)斷，而且兩個(gè)并聯(lián)器件都接通。兩個(gè)并聯(lián)器件實(shí)際上是電流反射鏡，保證分走比通過充電器 FET 的電流更大的電流。

漏電流平衡電路

LTC4425 還配備了一個(gè)內(nèi)部漏電流平衡放大器 (LBA)，該放大器使中點(diǎn) (即 V_MID 引腳) 電壓準(zhǔn)確地等于輸出電壓 V_OUT 的一半。由于其受限的 1mA 供應(yīng)和吸收能力，它被設(shè)計(jì)成用來處理由漏電流引起的超級(jí)電容器的輕微失配，而不是用來糾正由缺陷引起的任何嚴(yán)重失配。只要有輸入電壓存在，平衡器就工作。有了該內(nèi)部平衡器，就無需外部平衡電阻器了。

表 2 比較了凌力爾特超級(jí)電容器充電器系列的器件。

表 2：凌力爾特超級(jí)電容器充電器比較

制造商	凌力爾特	凌力爾特
型號(hào)	LTC4425	LTC3225/-1
拓?fù)?/span>	線性充電器 W/50mΩ 理想二極管	充電泵
輸入電壓范圍	2.7V 至 5.5V	2.8V 至 5.5V
最大充電電流	2A 連續(xù) 3A 峰值	150mA
Iq	20uA	20uA
超級(jí)電容器每節(jié)電壓穩(wěn)定/限制	每節(jié)2.45V/2.7V (最高 Top-Off 電壓 4.9V/5.4V)	LTC3225-1：每節(jié) 2V/2.25V (最高 Top-Off 電壓 4V/4.5V) LTC3225：每節(jié) 2.4V/2.65V (最高 Top-Off 電壓 4.8V/5.3V)
最大超級(jí)電容器值	無限制	無限制
自動(dòng)容量平衡	有	有
LDO 模式	有，調(diào)節(jié)可編程 Vout	無
通常模式	將電容器電壓充電至 Vin，如果必要，將其箝位到 4.9V/5.4V	調(diào)節(jié)到固定的電容器電壓
Vin 功率下降指示器	/PFO 引腳	無
Vout 電流監(jiān)視	PROG 引腳	無
PGood	/PFO 引腳	有
*保護(hù)*	電流限制，熱量限制，熱量 SD，反向電流	電流限制，熱量限制反向電流
最少的外部組件數(shù)	兩個(gè) (Cin、Rprog)	3 個(gè) (Cin、Cfly、Rprog)
封裝	3 x 3 DFN-12、 MSOP-12	2 x 3 DFN-10

結(jié)論

目前，超級(jí)電容器正用于一度由電池主導(dǎo)的應(yīng)用中。最初的應(yīng)用是小電流，不過技術(shù)已經(jīng)進(jìn)步，超級(jí)電容器現(xiàn)在已經(jīng)用于消費(fèi)類和非消費(fèi)類市場(chǎng)上多種中到大功率的應(yīng)用。超級(jí)電容器與電池相比有很多固有的優(yōu)點(diǎn)，如可提供較高的峰值功率、較長的周期壽命以及較小的外形尺寸。不過，采用超級(jí)電容器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師面臨很多問題，如需要容量平衡以及潛在的超級(jí)電容器過壓損壞。凌力爾特公司通過擴(kuò)充創(chuàng)新的超級(jí)電容器充電器 IC 系列，已經(jīng)滿足了這些以及其他一些需求。LTC4425 是一款 2A 線性充電器，該器件具自動(dòng)容量平衡、電壓箝位、各種工作模式以及小電流消耗。要構(gòu)成一個(gè)可比較的解決方案，至少需要 4 個(gè) IC (一個(gè)電流受限的開關(guān)用于電流限制、一個(gè)運(yùn)放和電阻值很大的平衡電阻器用于低 Iq 自動(dòng)容量平衡以及一個(gè)電壓基準(zhǔn)和比較器 IC 用于調(diào)節(jié)和限制超級(jí)電容器電壓) 和一些無源分立組件。LTC4425 具有小占板面積，有很多有用的功能，從而減小了總的解決方案尺寸，反過來又實(shí)現(xiàn)了更緊湊、更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。