2A超級電容器充電器平衡和保護(hù)便攜式應(yīng)用中的超級
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電壓箝位電路
LTC4425 配備的電路可將超級電容器組中兩個超級電容器兩端的電壓限制到最高可允許電壓 VCLAMP。有兩個通過 SEL 引腳可選的 VCLAMP 預(yù)置電壓：2.45V 或 2.7V。就較低的 2.45V VCLAMP 電壓而言，SEL 引腳應(yīng)該設(shè)定為邏輯低電平，而對于較高的 2.7V VCLAMP 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 VMID 引腳電壓) 先達(dá)到了 VCLAMP，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 (VTOP) 先達(dá)到 VCLAMP，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)任一超級電容器兩端的電壓達(dá)到與 VCLAMP 相差 50mV 以內(nèi)時，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，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，并聯(lián)器件斷開，并以滿充電電流恢復(fù)正常充電，除非受到另一個控制充電器 FET 柵極放大器的限制。如果兩個電容器都超過它們的最大可允許電壓 VCLAMP，那么主充電器 FET 完全關(guān)斷，而且兩個并聯(lián)器件都接通。兩個并聯(lián)器件實際上是電流反射鏡，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 還配備了一個內(nèi)部漏電流平衡放大器 (LBA)，該放大器使中點 (即 VMID 引腳) 電壓準(zhǔn)確地等于輸出電壓 VOUT 的一半。由于其受限的 1mA 供應(yīng)和吸收能力，它被設(shè)計成用來處理由漏電流引起的超級電容器的輕微失配，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電容器充電器系列的器件。
表 2：凌力爾特超級電容器充電器比較
制造商 | 凌力爾特 | 凌力爾特 |
型號 | 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 | 150mA | |
Iq | 20uA | 20uA |
超級電容器每節(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) |
最大超級電容器值 | 無限制 | 無限制 |
自動容量平衡 | 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 |
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 (Cin、Rprog) | 3 個 (Cin、Cfly、Rprog) |
封裝 | 3 x 3 DFN-12、 MSOP-12 | 2 x 3 DFN-10 |
結(jié)論
目前，超級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，超級電容器現(xiàn)在已經(jīng)用于消費類和非消費類市場上多種中到大功率的應(yīng)用。超級電容器與電池相比有很多固有的優(yōu)點，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，采用超級電容器的產(chǎn)品設(shè)計師面臨很多問題，如需要容量平衡以及潛在的超級電容器過壓損壞。凌力爾特公司通過擴充創(chuàng)新的超級電容器充電器 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)成一個可比較的解決方案，至少需要 4 個 IC (一個電流受限的開關(guān)用于電流限制、一個運放和電阻值很大的平衡電阻器用于低 Iq 自動容量平衡以及一個電壓基準(zhǔn)和比較器 IC 用于調(diào)節(jié)和限制超級電容器電壓) 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，反過來又實現(xiàn)了更緊湊、更簡單的設(shè)計。
圖 2：LTC4425 方框圖
BANDGAP REFERENCE：帶隙基準(zhǔn)
IDEAL DIODE CONTROLLER：理想二極管控制器
CHARGE CURRENT PROFILE GENERATOR：充電電流曲線發(fā)生器
CHARGE CURRENT：充電電流
CONSTANT-VOLTAGE/CONSTATN-CURRENT/CONSTANT-TEMPERATURE CHARGER CIRCUITRY：恒定電壓/恒定電流/恒定溫度充電器電路
VOLTAGE CLAMP CIRCUITRY：電壓箝位電路
LEAKAGE BALLANCER：漏電流平衡器
COMPARATOR：比較器
PGOOD COMPARATOR：PGOOD 比較器
OSCILLATOR：振蕩器
TIMER：定時器
CHARGER ENABLE：充電器使能
Li-Ion：鋰離子電池
FROM：來自
TO HIGH PEAK POWER LOAD：至大峰值功率負(fù)載
超級電容器相關(guān)文章:超級電容器原理
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