就備份應(yīng)用而言 超級電容器可能是優(yōu)于電池的選擇

　　• 超級電容器：

• 中等的能量密度
• 高的功率密度
• 低 ESR ── 即使在低溫情況 (-20°C 與 25°C 相比，約增大 2 倍)

　　• 超級電容器的限制：

• 每節(jié)的最高電壓限制為 2.5V 或 2.75V
• 在疊置應(yīng)用中，必須補償漏電流之差
• 在高充電電壓和高溫時，壽命迅速縮短

　　較早一代的兩節(jié)超級電容器充電器設(shè)計是為用于從 3.3V、3xAA 或鋰離子 / 聚合物電池以低電流充電。然而，超級電容器技術(shù)的改進使市場得以擴大，因此出現(xiàn)了中到大電流應(yīng)用機會，這類應(yīng)用未必限定在消費類產(chǎn)品領(lǐng)域內(nèi)。主要應(yīng)用包括固態(tài)硬盤和海量存儲備份系統(tǒng)、工業(yè)用 PDA 和手持式終端等便攜式大電流電子設(shè)備、數(shù)據(jù)記錄儀、儀表、醫(yī)療設(shè)備以及各種各樣“瀕臨電源崩潰”的工業(yè)應(yīng)用 (例如安全設(shè)備和警報系統(tǒng))。其他消費類應(yīng)用包括那些具大功率突發(fā)的應(yīng)用，例如相機中的 LED 閃光燈、PCMCIA 卡和 GPRS / GSM 收發(fā)器、以及便攜式設(shè)備中的硬盤驅(qū)動器 (HDD)。

　　超級電容器的設(shè)計挑戰(zhàn)

　　超級電容器有很多優(yōu)點，不過，當(dāng)兩個或更多電容器串聯(lián)疊置使用時，就給設(shè)計師帶來了各種問題，例如容量平衡、充電時電容過壓損壞、過度吸取電流、以及大的解決方案占板面積。如果頻繁需要大的突發(fā)峰值功率，那么也許需要較大的充電電流。此外，很多充電電源可能是電流受限的，例如，在電池緩沖器應(yīng)用或在 USB / PCCARD 環(huán)境中。就空間受限和較大功率的便攜式電子設(shè)備而言，能夠解決這些問題是至關(guān)重要的。

　　通過 IC 的反向傳導(dǎo)一般會引起災(zāi)難性事件。諸如串聯(lián)整流二極管等外部解決辦法效率不是很高，因為壓降很大。肖特基二極管的正向壓降較小，因此可實現(xiàn)較高的系統(tǒng)效率，但是比常規(guī)二極管昂貴。另一方面，場效應(yīng)管 (FET) 提供了低導(dǎo)通電阻和極低的損耗。內(nèi)部的 FET 控制電源通路 (PowerPath™) 電路是解決這個問題的好辦法，可避免可能導(dǎo)致?lián)p壞的結(jié)果。倘若輸入突然降至低于輸出，那么憑借電源通路控制，這類 IC 的控制器可以快速徹底地斷開內(nèi)部 FET，以防止發(fā)生從輸出返回到輸入電源的反向傳導(dǎo)。

　　容量平衡的串聯(lián)超級電容器可確保每節(jié)電容上的電壓都大約相等，而如果超級電容器中容量不平衡，就可能導(dǎo)致過壓損壞。就小電流應(yīng)用而言，具外部電路以及為每節(jié)電容器提供一個平衡電阻器的充電泵是解決這個問題的低成本方案，平衡電阻器的值主要取決于電容器的漏電流，原因如后面所述。為了限制平衡電阻器引起的漏電流對超級電容器能量存儲的影響，設(shè)計師可以選擇使用電流很低的有源平衡電路。容量失配的另一個來源是漏電流之差。電容器中的漏電流開始時相當(dāng)大，然后隨著時間推移衰減到較小的值。不過，如果串聯(lián)電容器的漏電流之間是失配的，那么某些電容器再充電時可能會過壓，除非設(shè)計師選擇的平衡電阻器能在每節(jié)電容器上提供比電容器漏電流大得多的負(fù)載電流。不過，平衡電阻器引入了不想要的電流分量和永久性的放電電流，這給應(yīng)用電路增加了負(fù)擔(dān)。如果以大電流對失配的電容器充電，那么平衡電阻器也不對各節(jié)電容器提供過壓保護。

　　就小到中功率應(yīng)用而言，解決超級電容器充電問題的另一種低成本 (但復(fù)雜的) 方法是使用一個限流開關(guān)加上一些分立式組件和一些外部無源組件。在這種方法中，限流開關(guān)提供充電電流和限制，而電壓基準(zhǔn)和比較器 IC 則提供電壓箝位，最后，一個運算放大器 (吸收 / 提供) 和平衡電阻器實現(xiàn)超級電容器的容量平衡。然而，鎮(zhèn)流電阻器的值越小，靜態(tài)電流就越大，電池運行時間就越短;當(dāng)然，其顯而易見的好處是節(jié)省了成本。不過，這種方法實現(xiàn)起來非常笨重，而且性能不高。

　　任何可高效地滿足上述小到中電流超級電容器充電器 IC 設(shè)計限制的解決方案都會包括一個面向兩節(jié)串聯(lián)超級電容器和基于充電泵的充電器以及自動容量平衡和電壓箝位。凌力爾特已經(jīng)為這類應(yīng)用開發(fā)出了一個簡單但尖端的單片超級電容器充電器 IC，該 IC 不需要電感器，也不需要平衡電阻器，提供了反向隔離，并有多種工作模式，而且靜態(tài)電流還很低。