能平衡串聯(lián)電容電荷的存儲器終結(jié)IC

　　作為目前最有趣的元件家族之一，高值電容器提供的額定范圍是十分之幾法拉至數(shù)十法拉，但是工作電壓較低。例如，Maxwell公司 的PC10超級電容器占用的面積大約相當于一枚大尺寸郵票，厚度相當于四枚堆疊在一起的 25 美分硬幣。PC10提供10法拉電容、2.5 A最大放電電流額定值、18 ESR(等效串聯(lián)電阻)。但是，它的額定工作電壓僅為2.5 V。
為了適應大于2.5伏的電源電壓，可以把兩個電容器串聯(lián)，從而使可用電容量減半，使總電壓額定值增倍。但是，由于漏電流和電容量的差異，電容器的公共連接處的電壓可能有所變化，設計方案必須確保任何一個電容器的最高電壓額定值都未被超過。如果串聯(lián)電容器的充電電流和放電電流較小，則可在兩個電容器的兩端連接等值的電荷平衡電阻器。但是，對于能提供數(shù)安培電流的法拉范圍內(nèi)的電容器，則需要更有效的方法。
電容器兩端的電壓理論上等于初始電壓 V_C(0)加上電容量C與該電容器的電流（它隨時間變化）乘積的積分：V_C(t)=V_C(0)+C∫I(t)dt。在一個雙電容分配器中，通過兩個電容器的電流相等，而回路方程（包含電源電壓）則變?yōu)椋?V_SUPPLY=V_C1(0)+V_C2(0)+(C₁C₂)/(C₁+C₂)∫I(t)dt。在充電到5V電源電壓期間，C₁和C₂之間的公差差異或任何一個電容器的殘留電壓都會導致其中一個電容器接端的電壓超過2.5 V，而另一個則降至低于2.5 V。

圖1，這個簡單電路只需要一塊IC就能平衡兩個串聯(lián)的低壓高值電容器的電荷，并把它們的公共接點保持在電源電壓的一半。

圖2，有源平衡電路內(nèi)的示波器波形展現(xiàn)了電源線電壓（頂部跡線）、兩個電容器之間接點的中點電壓（中部跡線），以及充電/放電電流（底部跡線，比例是1安培/段）。這些跡線反映了達到5V的1A充電間隔，然后是達到0V的 1A放電間隔。充電間隔和放電間隔開始時的波形階梯是由電容器內(nèi)部ESR造成的。

為了克服這種不需要的錯配，LP2996 DDR 端接穩(wěn)壓器，即 IC₁，從兩個電容器汲取或得到電流，并有效地把它們的電壓保持為電源電壓的一半（圖 1）。LP2996 為 DDR-SDRAM 器件提供有效端接，并能汲取或得到大量電流。它的數(shù)據(jù)表中的術(shù)語和標簽反映了它對存儲器的預定支持作用。LP2996 的 B 類輸出，即VTT，驅(qū)動電容器的公共連接，從而有效地把接點保持在V_DDQ/2，并只在這些電容器失衡時才變?yōu)橛行顟B(tài)。處于平衡狀態(tài)時，LP2996不浪費充電電流，因此能高效率地工作。該器件的數(shù)據(jù)表規(guī)定，LP2996的失衡誤差等于 V_TT偏移值，即距離V_DDQ/2設定點20毫伏范圍內(nèi)。圖2展現(xiàn)了1 A電流步長的充電波形和放電波形。
有效平衡電路的確會帶來某些局限。利用額定值為5V和1A的電源，兩個電容器最長在25秒內(nèi)達到電荷平衡：充電時間=5F5V/1A。初始充電間隔克服了C₁或C₂上的任何初始預偏置電荷。進出LP2996的穩(wěn)定狀態(tài)電流相當于流過電容器的大電流的一小部分，剛好夠用來克服兩個電容器中的任何公差失配。LP2996包括過熱關機保護，但是，任何一個電容器的瞬時短路都可能發(fā)生得太快，無法激活保護電路。
對散熱的考慮決定了電容器的最大電流處理能力，PC10的數(shù)據(jù)表降低了額定電流，使它低于2.5 A。如果電源提供的充電電流超過 2 A，則可把1Ω限流電阻器與兩個電容器串聯(lián)。
在向電路供應的電力中斷時，LP2996會施加低于 1mA的自放電電流，它表示進入開路的電容器“電池”放電速度是 5000 秒/伏?？梢韵?LP2996 的關機輸入端施加外部控制信號，來降低它的自放電電流。在電力中斷時，兩個電容器串能在5V~2V電壓范圍內(nèi)，供應1A恒流負載，持續(xù)15秒。可以并聯(lián)更多的電容器對，來提供更多外部電流，但是，根據(jù)電容失配、初始偏置電壓、電流需求等情況，可能需要更多的 LP2996 來保持電荷平衡。