2A超级电容器充电器平衡和保护便携式应用中的超级

作者：时间：2010-11-02 来源：网络收藏

电压箝位电路

LTC4425配备的电路可将超级电容器组中两个超级电容器两端的电压限制到最高可允许电压V_CLAMP。有两个通过SEL引脚可选的V_CLAMP预置电压：2.45V或2.7V。就较低的2.45V V_CLAMP电压而言，SEL引脚应该设定为逻辑低电平，而对于较高的2.7V V_CLAMP电压，该引脚则应设为逻辑高电平。如果底端电容器两端的电压(即V_MID引脚电压)先达到了V_CLAMP，那么NMOS并联晶体管就接通，并开始从底端的电容器向地泄放电荷。类似地，如果顶端电容器两端的电压(V_TOP)先达到V_CLAMP，那么PMOS并联晶体管就接通，并开始从顶端的电容器向底端的电容器泄放电荷。

当任一超级电容器两端的电压达到与V_CLAMP相差50mV以内时，互导放大器就开始线性地降低充电电流。到任一并联器件接通时，充电电流降至设定值的1/10，而且只要该并联器件接通，就保持这个值不变。这是为了防止并联器件被过大的热量损坏。控制并联器件的比较器有50mV的迟滞，这意味着，当任一电容器两端的电压降低50mV时，并联器件断开，并以满充电电流恢复正常充电，除非受到另一个控制充电器FET栅极放大器的限制。如果两个电容器都超过它们的最大可允许电压V_CLAMP，那么主充电器FET完全关断，而且两个并联器件都接通。两个并联器件实际上是电流反射镜，保证分走比通过充电器FET的电流更大的电流。

漏电流平衡电路

LTC4425还配备了一个内部漏电流平衡放大器(LBA)，该放大器使中点(即V_MID引脚)电压准确地等于输出电压V_OUT的一半。由于其受限的1mA供应和吸收能力，它被设计成用来处理由漏电流引起的超级电容器的轻微失配，而不是用来纠正由缺陷引起的任何严重失配。只要有输入电压存在，平衡器就工作。有了该内部平衡器，就无需外部平衡电阻器了。

表2比较了凌力尔特超级电容器充电器系列的器件。

表2：凌力尔特超级电容器充电器比较

制造商	凌力尔特	凌力尔特
型号	LTC4425	LTC3225/-1
拓扑	线性充电器 W/50mΩ 理想二极管	充电泵
输入电压范围	2.7V至5.5V	2.8V至5.5V
最大充电电流	2A 连续 3A 峰值	150mA
Iq	20uA	20uA
超级电容器每节电压稳定/限制	每节2.45V/2.7V (最高Top-Off电压4.9V/5.4V)	LTC3225-1：每节2V/2.25V (最高Top-Off电压4V/4.5V) LTC3225：每节2.4V/2.65V (最高Top-Off电压4.8V/5.3V)
最大超级电容器值	无限制	无限制
自动容量平衡	有	有
LDO模式	有，调节可编程Vout	无
通常模式	将电容器电压充电至Vin，如果必要，将其箝位到4.9V/5.4V	调节到固定的电容器电压
Vin功率下降指示器	/PFO引脚	无
Vout电流监视	PROG引脚	无
PGood	/PFO引脚	有
保护	电流限制，热量限制，热量SD，反向电流	电流限制，热量限制反向电流
最少的外部组件数	两个(Cin、Rprog)	3个(Cin、Cfly、Rprog)
封装	3 x 3 DFN-12、 MSOP-12	2 x 3 DFN-10

结论

目前，超级电容器正用于一度由电池主导的应用中。最初的应用是小电流，不过技术已经进步，超级电容器现在已经用于消费类和非消费类市场上多种中到大功率的应用。超级电容器与电池相比有很多固有的优点，如可提供较高的峰值功率、较长的周期寿命以及较小的外形尺寸。不过，采用超级电容器的产品设计师面临很多问题，如需要容量平衡以及潜在的超级电容器过压损坏。凌力尔特公司通过扩充创新的超级电容器充电器IC系列，已经满足了这些以及其他一些需求。LTC4425是一款2A线性充电器，该器件具自动容量平衡、电压箝位、各种工作模式以及小电流消耗。要构成一个可比较的解决方案，至少需要4个IC (一个电流受限的开关用于电流限制、一个运放和电阻值很大的平衡电阻器用于低Iq自动容量平衡以及一个电压基准和比较器IC用于调节和限制超级电容器电压)和一些无源分立组件。LTC4425具有小占板面积，有很多有用的功能，从而减小了总的解决方案尺寸，反过来又实现了更紧凑、更简单的设计。