能平衡串聯(lián)電容電荷的存儲(chǔ)器終結(jié)IC

　　作為目前最有趣的元件家族之一，高值電容器提供的額定范圍是十分之幾法拉至數(shù)十法拉，但是工作電壓較低。例如，Maxwell公司 的PC10超級(jí)電容器占用的面積大約相當(dāng)于一枚大尺寸郵票，厚度相當(dāng)于四枚堆疊在一起的 25 美分硬幣。PC10提供10法拉電容、2.5 A最大放電電流額定值、18 ESR(等效串聯(lián)電阻)。但是，它的額定工作電壓僅為2.5 V。
為了適應(yīng)大于2.5伏的電源電壓，可以把兩個(gè)電容器串聯(lián)，從而使可用電容量減半，使總電壓額定值增倍。但是，由于漏電流和電容量的差異，電容器的公共連接處的電壓可能有所變化，設(shè)計(jì)方案必須確保任何一個(gè)電容器的最高電壓額定值都未被超過(guò)。如果串聯(lián)電容器的充電電流和放電電流較小，則可在兩個(gè)電容器的兩端連接等值的電荷平衡電阻器。但是，對(duì)于能提供數(shù)安培電流的法拉范圍內(nèi)的電容器，則需要更有效的方法。
電容器兩端的電壓理論上等于初始電壓 V_C(0)加上電容量C與該電容器的電流（它隨時(shí)間變化）乘積的積分：V_C(t)=V_C(0)+C∫I(t)dt。在一個(gè)雙電容分配器中，通過(guò)兩個(gè)電容器的電流相等，而回路方程（包含電源電壓）則變?yōu)椋?V_SUPPLY=V_C1(0)+V_C2(0)+(C₁C₂)/(C₁+C₂)∫I(t)dt。在充電到5V電源電壓期間，C₁和C₂之間的公差差異或任何一個(gè)電容器的殘留電壓都會(huì)導(dǎo)致其中一個(gè)電容器接端的電壓超過(guò)2.5 V，而另一個(gè)則降至低于2.5 V。

圖1，這個(gè)簡(jiǎn)單電路只需要一塊IC就能平衡兩個(gè)串聯(lián)的低壓高值電容器的電荷，并把它們的公共接點(diǎn)保持在電源電壓的一半。

圖2，有源平衡電路內(nèi)的示波器波形展現(xiàn)了電源線電壓（頂部跡線）、兩個(gè)電容器之間接點(diǎn)的中點(diǎn)電壓（中部跡線），以及充電/放電電流（底部跡線，比例是1安培/段）。這些跡線反映了達(dá)到5V的1A充電間隔，然后是達(dá)到0V的 1A放電間隔。充電間隔和放電間隔開(kāi)始時(shí)的波形階梯是由電容器內(nèi)部ESR造成的。

為了克服這種不需要的錯(cuò)配，LP2996 DDR 端接穩(wěn)壓器，即 IC₁，從兩個(gè)電容器汲取或得到電流，并有效地把它們的電壓保持為電源電壓的一半（圖 1）。LP2996 為 DDR-SDRAM 器件提供有效端接，并能汲取或得到大量電流。它的數(shù)據(jù)表中的術(shù)語(yǔ)和標(biāo)簽反映了它對(duì)存儲(chǔ)器的預(yù)定支持作用。LP2996 的 B 類輸出，即VTT，驅(qū)動(dòng)電容器的公共連接，從而有效地把接點(diǎn)保持在V_DDQ/2，并只在這些電容器失衡時(shí)才變?yōu)橛行顟B(tài)。處于平衡狀態(tài)時(shí)，LP2996不浪費(fèi)充電電流，因此能高效率地工作。該器件的數(shù)據(jù)表規(guī)定，LP2996的失衡誤差等于 V_TT偏移值，即距離V_DDQ/2設(shè)定點(diǎn)20毫伏范圍內(nèi)。圖2展現(xiàn)了1 A電流步長(zhǎng)的充電波形和放電波形。
有效平衡電路的確會(huì)帶來(lái)某些局限。利用額定值為5V和1A的電源，兩個(gè)電容器最長(zhǎng)在25秒內(nèi)達(dá)到電荷平衡：充電時(shí)間=5F5V/1A。初始充電間隔克服了C₁或C₂上的任何初始預(yù)偏置電荷。進(jìn)出LP2996的穩(wěn)定狀態(tài)電流相當(dāng)于流過(guò)電容器的大電流的一小部分，剛好夠用來(lái)克服兩個(gè)電容器中的任何公差失配。LP2996包括過(guò)熱關(guān)機(jī)保護(hù)，但是，任何一個(gè)電容器的瞬時(shí)短路都可能發(fā)生得太快，無(wú)法激活保護(hù)電路。
對(duì)散熱的考慮決定了電容器的最大電流處理能力，PC10的數(shù)據(jù)表降低了額定電流，使它低于2.5 A。如果電源提供的充電電流超過(guò) 2 A，則可把1Ω限流電阻器與兩個(gè)電容器串聯(lián)。
在向電路供應(yīng)的電力中斷時(shí)，LP2996會(huì)施加低于 1mA的自放電電流，它表示進(jìn)入開(kāi)路的電容器“電池”放電速度是 5000 秒/伏?？梢韵?LP2996 的關(guān)機(jī)輸入端施加外部控制信號(hào)，來(lái)降低它的自放電電流。在電力中斷時(shí)，兩個(gè)電容器串能在5V~2V電壓范圍內(nèi)，供應(yīng)1A恒流負(fù)載，持續(xù)15秒?？梢圆⒙?lián)更多的電容器對(duì)，來(lái)提供更多外部電流，但是，根據(jù)電容失配、初始偏置電壓、電流需求等情況，可能需要更多的 LP2996 來(lái)保持電荷平衡。