雙向超級電容器充電器集成了備份和平衡功能

　　(2)高效率和大充電電流。高效率、大電流降壓-升壓型超級電容器充電器 / 平衡器能夠包括充分利用超級電容器優勢所需的所有功能。而分立式解決方案，盡管可能，但是復雜、較大、效率較低、準確度較低。

　　(3)高準確度和負載均分能力。具 ±2% 準確度的輸入電流限制和輸入負載均分使多個負載能夠以最小降額 / 裕度均分同一電源的全部供電能力。這樣的功能用分立式解決方案是無法實現的。

　　(4)主動平衡。大多數超級電容器系統采用耗能 (電阻器) 平衡方法。主動平衡在電容器之間來回高效運送電荷，從而消除了功率損耗以及采用耗能方法所需的后續再充電周期。

　　本文所述解決這些問題的降壓-升壓型 IC 超級電容器充電解決方案需要具備以下所有性能特點：

　　? 提供備份電源，并給超級電容器充電;

　　? 靈活性 - 必須以升壓或降壓模式高效地工作;

　　? 能夠以可編程最高電容器電壓執行主動充電平衡;

　　? 提供大充電電流能力;

　　? 具備準確的可編程平均輸入電流限制;

　　? 占板面積小的扁平解決方案;

　　? 擁有先進的封裝以提高熱性能和空間利用效率。

5 一種新型IC滿足所有需求

　　LTC3110 是一款雙向、輸入電流可編程降壓-升壓型超級電容器充電器，具備面向一或兩個串聯超級電容器的主動充電平衡功能。其專有低噪聲降壓-升壓型拓撲能夠完成兩個單獨的開關穩壓器的工作，從而減小了解決方案尺寸、成本和復雜性。LTC3110 以兩種模式工作，備份和充電模式。在備份模式，該 IC 保持系統電壓 VSYS 為 1.71V 至 5.25V，由超級電容器存儲的能量供電。此外，超級電容器存儲輸入 VCAP 具備很寬的 5.5V 直至 0.5V 之實際工作范圍。這確保幾乎所有超級電容器儲存的能量都能得到利用，從而延長了備份時間或者減小了存儲電容器尺寸。在充電模式，當主電源系統有效時，LTC3110 可自主 (或通過用戶命令) 和無縫地調轉電源流動方向，利用穩定的系統電壓實現超級電容器的充電和平衡。通過降壓-升壓型轉換器，V_CAP 被高效充電至高于或低于 V_SYS，該器件還具備充電模式平均輸入電流限制，該限制能夠以 ±2% 的準確度設定為高達 2A，從而防止系統電源過載，同時最大限度縮短電容器再充電時間。參見圖 2 所示典型應用電路。

　　LTC3110 的主動充電平衡消除了外部耗能鎮流電阻器的持續泄漏，從而甚至在電容器失配和再充電周期較不頻繁時，也可確保平衡地運行和充電。可編程最大電容器電壓調節功能主動地對串聯電容器組中每個電容器上的電壓進行平衡，并將其限制到 1/2 設定值，從而確保隨電容器老化以及容量逐漸失配而可靠工作。R_DS(ON) 很低、柵極電荷很少的同步開關提供高效率轉換，以最大限度縮短存儲組件的充電時間。因此，LTC3110 非常適合給備份電源應用中的大型電容器安全地充電并提供保護，例如具電池 / 電容器備份的服務器和 RAID 系統以及 RF 系統。

　　LTC3110 的輸入電流限制和最高電容器電壓是電阻器可編程的。平均輸入電流在 0.125A 至 2A 設定范圍內是準確控制的。引腳可選突發模式 (Burst Mode) 工作提高了輕負載效率，將備用電流降至僅為 45μA，停機電流低于 1μA。LTC3110 的其他特點包括可最大限度減小外部組件尺寸的 1.2MHz 高開關頻率、熱過載保護、用于方向控制和充電終止的兩個電壓監察器以及一個具集電極開路輸出、用于連接μC 或 μP 的通用比較器。LTC3110 采用緊湊的耐熱性能增強型 24 引線 4mm x 4mm QFN 和 TSSOP 封裝，兩種封裝版本都在-40℃至 +150℃的 H 級工作溫度范圍內工作。

　　總之，LTC3110 的主要特色是：

　　? V_CAP 工作范圍：0.1V 至 5.5V;

　　? V_SYS工作范圍：1.71V 至 5.25V;

　　? 從充電模式到備份模式自動切換;

　　? 范圍為 125mA 至 2A、準確度為 ±2% 的可編程充電輸入電流限制;

　　? ±1% 備份電壓準確度;

　　? 自動電容器容量平衡;

　　? 以固定 1.2MHz 頻率切換;

　　? 突發模式工作：45μA IQ;

　　? 具集電極開路輸出的額外可編程多用途比較器;

　　? 集電極開路輸出指示工作方向和充電終止;

　　? 扁平 TSSOP-24 和 4mm x 4mm QFN-24 封裝。

6 高效率充電

　　專有開關算法在工作模式之間提供無縫轉換，在所有工作區內消除了平均電感器電流、電感器電流紋波以及環路傳輸函數的不連續性。與傳統的 4 開關降壓-升壓型轉換器相比，這些優勢導致效率提高、環路穩定性增強以及 VSYS 電壓紋波減小。實現降壓-升壓型充電器的開關拓撲如圖 3 所示。

　　兩個開關(C和D)連接SW2至 VSYS，以在整個輸出電壓范圍內提供高效率。LTC3110有非常高的效率，幾乎達到95%，如圖4中的曲線所示。

7 結論

　　LTC3110 是一款雙向、平均輸入電流受到控制的降壓-升壓型 DC/DC 超級電容器充電器 / 穩壓器，采用了專有開關算法，從而使其輸出能夠調節至高于、低于或等于輸入電壓。該器件由一個芯片組成，提供了緊湊、強大和靈活的解決方案。LTC3110 在通用封裝中集成了高效率超級電容器充電、備份調節以及容量平衡 / 保護功能，從而很容易適合多種系統配置。這顯著地簡化了以前非常困難的設計任務 。