雙向超級(jí)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(jí)電容器充電器 / 平衡器能夠包括充分利用超級(jí)電容器優(yōu)勢所需的所有功能。而分立式解決方案，盡管可能，但是復(fù)雜、較大、效率較低、準(zhǔn)確度較低。

　　(3)高準(zhǔn)確度和負(fù)載均分能力。具 ±2% 準(zhǔn)確度的輸入電流限制和輸入負(fù)載均分使多個(gè)負(fù)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(shí)現(xiàn)的。

　　(4)主動(dòng)平衡。大多數(shù)超級(jí)電容器系統(tǒng)采用耗能 (電阻器) 平衡方法。主動(dòng)平衡在電容器之間來回高效運(yùn)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(xù)再充電周期。

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

　　? 提供備份電源，并給超級(jí)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(zhí)行主動(dòng)充電平衡;

　　? 提供大充電電流能力;

　　? 具備準(zhǔn)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(jìn)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(jí)電容器充電器，具備面向一或兩個(gè)串聯(lián)超級(jí)電容器的主動(dòng)充電平衡功能。其專有低噪聲降壓-升壓型拓?fù)淠軌蛲瓿蓛蓚€(gè)單獨(dú)的開關(guān)穩(wěn)壓器的工作，從而減小了解決方案尺寸、成本和復(fù)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(tǒng)電壓 VSYS 為 1.71V 至 5.25V，由超級(jí)電容器存儲(chǔ)的能量供電。此外，超級(jí)電容器存儲(chǔ)輸入 VCAP 具備很寬的 5.5V 直至 0.5V 之實(shí)際工作范圍。這確保幾乎所有超級(jí)電容器儲(chǔ)存的能量都能得到利用，從而延長了備份時(shí)間或者減小了存儲(chǔ)電容器尺寸。在充電模式，當(dāng)主電源系統(tǒng)有效時(shí)，LTC3110 可自主 (或通過用戶命令) 和無縫地調(diào)轉(zhuǎn)電源流動(dòng)方向，利用穩(wěn)定的系統(tǒng)電壓實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器的充電和平衡。通過降壓-升壓型轉(zhuǎn)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(zhǔn)確度設(shè)定為高達(dá) 2A，從而防止系統(tǒng)電源過載，同時(shí)最大限度縮短電容器再充電時(shí)間。參見圖 2 所示典型應(yīng)用電路。

　　LTC3110 的主動(dòng)充電平衡消除了外部耗能鎮(zhèn)流電阻器的持續(xù)泄漏，從而甚至在電容器失配和再充電周期較不頻繁時(shí)，也可確保平衡地運(yùn)行和充電?？删幊套畲箅娙萜麟妷赫{(diào)節(jié)功能主動(dòng)地對(duì)串聯(lián)電容器組中每個(gè)電容器上的電壓進(jìn)行平衡，并將其限制到 1/2 設(shè)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(guān)提供高效率轉(zhuǎn)換，以最大限度縮短存儲(chǔ)組件的充電時(shí)間。因此，LTC3110 非常適合給備份電源應(yīng)用中的大型電容器安全地充電并提供保護(hù)，例如具電池 / 電容器備份的服務(wù)器和 RAID 系統(tǒng)以及 RF 系統(tǒng)。

　　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(shè)定范圍內(nèi)是準(zhǔn)確控制的。引腳可選突發(fā)模式 (Burst Mode) 工作提高了輕負(fù)載效率，將備用電流降至僅為 45μA，停機(jī)電流低于 1μA。LTC3110 的其他特點(diǎn)包括可最大限度減小外部組件尺寸的 1.2MHz 高開關(guān)頻率、熱過載保護(hù)、用于方向控制和充電終止的兩個(gè)電壓監(jiān)察器以及一個(gè)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(qiáng)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(jí)工作溫度范圍內(nèi)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(dòng)切換;

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

　　? ±1% 備份電壓準(zhǔn)確度;

　　? 自動(dòng)電容器容量平衡;

　　? 以固定 1.2MHz 頻率切換;

　　? 突發(fā)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(guān)算法在工作模式之間提供無縫轉(zhuǎn)換，在所有工作區(qū)內(nèi)消除了平均電感器電流、電感器電流紋波以及環(huán)路傳輸函數(shù)的不連續(xù)性。與傳統(tǒng)的 4 開關(guān)降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器相比，這些優(yōu)勢導(dǎo)致效率提高、環(huán)路穩(wěn)定性增強(qiáng)以及 VSYS 電壓紋波減小。實(shí)現(xiàn)降壓-升壓型充電器的開關(guān)拓?fù)淙鐖D 3 所示。

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

7 結(jié)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(jí)電容器充電器 / 穩(wěn)壓器，采用了專有開關(guān)算法，從而使其輸出能夠調(diào)節(jié)至高于、低于或等于輸入電壓。該器件由一個(gè)芯片組成，提供了緊湊、強(qiáng)大和靈活的解決方案。LTC3110 在通用封裝中集成了高效率超級(jí)電容器充電、備份調(diào)節(jié)以及容量平衡 / 保護(hù)功能，從而很容易適合多種系統(tǒng)配置。這顯著地簡化了以前非常困難的設(shè)計(jì)任務(wù) 。