2A超級電容器充電器平衡和保護便攜式應用中的超級

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 V_CLAMP。有兩個通過 SEL 引腳可選的 V_CLAMP 預置電壓：2.45V 或 2.7V。就較低的 2.45V V_CLAMP 電壓而言，SEL 引腳應該設定為邏輯低電平，而對于較高的 2.7V V_CLAMP 電壓，該引腳則應設為邏輯高電平。如果底端電容器兩端的電壓 (即 V_MID 引腳電壓) 先達到了 V_CLAMP，那么 NMOS 并聯晶體管就接通，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) 先達到 V_CLAMP，那么 PMOS 并聯晶體管就接通，并開始從頂端的電容器向底端的電容器泄放電荷。

當任一超級電容器兩端的電壓達到與 V_CLAMP 相差 50mV 以內時，互導放大器就開始線性地降低充電電流。到任一并聯器件接通時，充電電流降至設定值的 1/10，而且只要該并聯器件接通，就保持這個值不變。這是為了防止并聯器件被過大的熱量損壞。控制并聯器件的比較器有 50mV 的遲滯，這意味著，當任一電容器兩端的電壓降低 50mV 時，并聯器件斷開，并以滿充電電流恢復正常充電，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 V_CLAMP，那么主充電器 FET 完全關斷，而且兩個并聯器件都接通。兩個并聯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 還配備了一個內部漏電流平衡放大器 (LBA)，該放大器使中點 (即 V_MID 引腳) 電壓準確地等于輸出電壓 V_OUT 的一半。由于其受限的 1mA 供應和吸收能力，它被設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重失配。只要有輸入電壓存在，平衡器就工作。有了該內部平衡器，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

結論

目前，超級電容器正用于一度由電池主導的應用中。最初的應用是小電流，不過技術已經進步，超級電容器現在已經用于消費類和非消費類市場上多種中到大功率的應用。超級電容器與電池相比有很多固有的優點，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品設計師面臨很多問題，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新的超級電容器充電器 IC 系列，已經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和比較器 IC 用于調節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，反過來又實現了更緊湊、更簡單的設計。

圖 2：LTC4425 方框圖

BANDGAP REFERENCE：帶隙基準

IDEAL DIODE CONTROLLER：理想二極管控制器

CHARGE CURRENT PROFILE GENERATOR：充電電流曲線發生器

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：至大峰值功率負載