升降压超级电容充电方案

由 cathy 提交于周四, 4 四月 2019 - 09:38

作者：TI 工程师 Eric Xiong

超级电容由于其充电次数，更好的瞬态性能，更简单的充电管理以及更少的环境污染，在很多应用中越来越受欢迎。多个电容单体（2.7V）串联往往需要buck-boost充电拓扑来实现电源的充电管理。<a href="https://www.mouser.cn/ProductDetail/Texas-Instruments/BQ25703ARSNR?qs=s…;是一种集快速充电、电源路径管理、保护功能于一体的单芯片方案。本文讨论了在实际应用中的一些注意事项。

1. 典型充电电路和充电曲线：

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/wen_zhang_/100018861-65220-w1.p…; alt=“图1 典型应用电路” ></center><center>图1 典型应用电路</center>
<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/wen_zhang_/100018861-65221-w2.p…; alt=“图2 典型的充电曲线” ></center><center>图2 典型的充电曲线</center>
<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/wen_zhang_/100018861-65222-w3.p…; alt=“图3 配置和软件设置” ></center><center>图3 配置和软件设置</center>

2. 加速充电过程

与锂电池的预充电过程不同，超级电容可以直接快速充电，从而减少充电时间，可以采取如下两种方式来减小芯片自带的预充过程，

● 使用更低的检流电阻Rsr=2mOhm.

默认是10 mOhm，相当于提升5倍的预充电流。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/wen_zhang_/100018861-65223-w4.p…; alt=“图 4 20s 快速充电充满”></center><center>图 4 20s 快速充电充满</center>

● 2去使能LDO 模式

为了保证芯片的最小工作电压，在预充过程充，BATFET处于LDO模式下，采用旁路模式也能加快充电速度，但会牺牲一部分系统电压范围。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/wen_zhang_/100018861-65224-w5.p…; alt=“” width="600"></center><center>图 5 LDO 使能模式图6 LDO旁路模式</center>

3. 兼容0.5A小电流USB输入

当输入电源的电流能力有限，而充电电流很高时会有拉低输入电压的风险，需要动态的配置充电电流，防止系统电压过低导致的系统崩溃。<a href="https://www.mouser.cn/ProductDetail/Texas-Instruments/BQ25703ARSNR?qs=s…;的DPM模式能灵活地设置输入功率限制，动态地的分配实时的充电电流，保证输入电压恒定。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/wen_zhang_/100018861-65225-w6.p…; alt=“” width="600"></center><center> 图 7 无DPM模式图8 DPM模式</center>

4. 被动均衡功能

为了防止单体过充或者欠充，需要加入主动或者被动均衡，在保证功耗的基础上，被动均衡的电路简单，成本更低。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/wen_zhang_/100018861-65226-w7.p…; alt=“图 9 电阻被动均衡” width="600"></center><center>图 9 电阻被动均衡</center>

5. 硬件过充保护

当软件崩溃或者程序错误设置时，需要硬件的保护来防止电压过冲而引起的危险。使用内部比较器并结合芯片本身的HIZ模式可以强制保护充电电压低于设置的安全门限值。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/wen_zhang_/100018861-65227-w8.p…; alt=“图 10 HIZ 硬件过压保护” width="600"></center><center>图 10 HIZ 硬件过压保护</center>

6. 综述

综上，<a href="https://www.mouser.cn/ProductDetail/Texas-Instruments/BQ25703ARSNR?qs=s…;可以作为多节的超级电容的升降压充电方案，自带power path 功能和DPM功能，软件配置灵活，硬件保护功能齐全。

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