超级电容器充电器平衡有关探讨

决方案都必须与一个大电流充电器相结合，以用于具自动容量平衡和电压箝位的两节串联超级电容器。因此，凌力尔特公司开发了一款面向中到大功率应用的简单但先进的单片超级电容器充电器 IC，该 IC 无需电感器、无需平衡电阻器、有各种工作模式并具有低静态电流。

　　一种简单的解决方案

LTC4425 的自动能量平衡功能保持两节超级电容器有相等的电压，从而无需用于平衡的电阻器，同时保护每节超级电容器免受过压损坏，并最大限度地减少电容器的漏电流。当输出电压处于稳定状态时，该 IC 以非常低的 20uA 静态电流运行，而在停机时仅从 VIN 或 VOUT （视哪一个电压较高） 吸取 2uA 电流。基本充电电路仅需要 6 个外部组件，而且是高度紧凑，采用占板面积为 9mm2 的纤巧封装以及有引线的封装。其它关键特点包括一个 VIN 电源故障指示器以及通过 PROG 引脚连续监视 VIN 至 VOUT 的电流。其它保护功能包括电流和热量限制，该限制可在温度过高的情况下降低充电电流。

LTC4425 是凌力尔特的两节超级电容器充电器系列的新器件，用于在便携式和数据存储应用中满足大峰值功率、数据备份和“谨守最后一刻” 应用的需求。该器件采用具热量限制的线性恒定电流、恒定电压架构，用锂离子/聚合物电池、USB 端口或 2.7V 至 5.5V 电流受限电源将两节串联的超级电容器充电至可编程的输出电压。LTC4425 有两种工作模式：充电电流曲线 （通常） 模式和 LDO 模式。充电电流可用电阻器编程至 2A （3A 峰值），而且每个电容器都受到内部分路器保护以免过压损坏 。该 IC 内置的电流受限的理想二极管具有极低的 50mΩ 导通电阻，以防止 VIN 向后驱动，并使该器件适合于多种大峰值功率电池及 USB 供电设备、工业 PDA、便携式仪表和监视设备、功率计、超级电容器备份电路以及 PC 卡/USB 调制解调器。

LTC4425 采用两种紧凑、耐热增强型封装：12 引线、扁平 （高度仅为 0.75mm） 3mm x 3mm DFN 封装；12 引线 MSOP 封装。该器件在 -40°C 至 125°C 结温范围内工作。

图 1：LTC4425 方框图/应用电路LDO 模式

LDO 是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为 PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV 左右；与之相比，使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。

在 LDO 模式时，通过 FB 引脚用一个外部电阻分压器网络设定输出电压 （VOUT），该分压器网络由 RFB1 和 RFB2 组成，而充电电流通过 PROG 引脚用一个外部电阻器 RPROG 设定。参见图 2 中所示的方框图。充电器控制电路由一个恒定电流放大器和一个恒定电压放大器组成。当启动该 IC 以给一个已放电的超级电容器组充电时，最初恒定电流放大器起控制作用，并伺服 PROG 引脚电压至 1V。通过 PROG 电阻器的电流乘以约为 1,000 的检测 MOSFET （MPSNS） 和功率 MOSFET （MPSW） 之比，以给超级电容器组充电。当输出电压 VOUT 接近设定值时，恒定电压放大器接管控制权，而且如果有必要则减少充电电流，以保持 FB 引脚电压等于一个 1.2V 的内部基准电压。因为 PROG 引脚电流始终约为充电电流的 1/1,000，所以 PROG 引脚电压持续指示实际充电电流，即使在恒定电压放大器起控制作用时也是如此。

　　充电电流曲线 （通常） 模式

当 FB 引脚短路到输入电压 VIN 时，LTC4425 进入充电电流曲线模式。在这种工作模式时，恒定电压放大器从内部禁止，但是充电电流仍然通过外部 RPROG 电阻器设定。如果输入至输出电压差 （VIN – VOUT） 超过 750mV，那么充电器提供的电流是设定充电电流的 1/10， 以限制芯片内的功耗。当 VOUT 进一步上升时，充电器 FET 两端的电压变得太低，以至于无法支持满充电电流。因此充电电流逐步降低，充电器 FET 进入三极管 （符合欧姆定律的） 工作区 （参见图 3）。既然充电器 FET RDS（ON） 近似为 50mΩ，那么在设定充电电流为 2A 时，FET 将进入符合欧姆定律欧姆的区，且当 VOUT 与 VIN 相差约100mV 以内时，充电电流将开始下降。

　　电压箝位电路

LTC4425 配备的电路可将超级电容器组中两个超级电容器两端