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使用ADI器件的超級(jí)電容備份電源設(shè)計(jì)方案

駿龍電子 ? 來源:駿龍電子 ? 2025-02-28 09:15 ? 次閱讀

超級(jí)電容因其高功率密度、快速充放電和長(zhǎng)壽命等特性,在多個(gè)行業(yè)中作為備份電源得到廣泛應(yīng)用。例如在公共交通工具的啟動(dòng)和制動(dòng)、軌道交通的能量回收及電源備份、通訊及電力設(shè)備電源備份等。本文使用 ADI 器件設(shè)計(jì)了相關(guān)的超級(jí)電容充電和升壓切換模組,對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)中的部分問題進(jìn)行探討,最后對(duì)模塊進(jìn)行測(cè)試,并提供了實(shí)物圖、測(cè)試波形等進(jìn)行參考。

24V 及以下超級(jí)電容備份系統(tǒng)典型框圖

下圖 (圖1) 為 24V 及以下超級(jí)電容備份系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖:

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圖1 設(shè)計(jì)框圖

輸入電源

輸入電源 (如適配器或外部電源) 為系統(tǒng)提供能量,同時(shí)正常工況時(shí)可以給超級(jí)電容進(jìn)行充電。

充電模塊

典型系統(tǒng)采用降壓充電電路,將輸入電壓降至適合超級(jí)電容的充電電壓,并按照配置好的充電模式對(duì)超級(jí)電容組進(jìn)行充電,器件一般帶恒流充電或者輸入功率限制等功能。

超級(jí)電容組

超級(jí)電容,用于存儲(chǔ)能量,典型的單體超級(jí)電容電壓有 2.7V、3.0V 等,需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求進(jìn)行串并聯(lián)組合。

均衡電路

確保每個(gè)單體超級(jí)電容單元的電壓均衡,防止過壓或欠壓,一般電路為帶基準(zhǔn)的比較器器件、功率 MOS 管、功率電阻,或者3者功能集成的器件,當(dāng)單體電容電壓超過閾值時(shí),通過 MOS 和外部功率電阻進(jìn)行放電。

升壓模塊

一般為升壓轉(zhuǎn)換器,將超級(jí)電容的電壓提升至負(fù)載所需的工作電壓,推薦使用帶過流保護(hù)功能的寬輸入范圍同步升壓器件,以最大程度的利用電容能量。

切換控制模塊

切換電路,在輸入電源和超級(jí)電容之間升壓電路之間切換,確保負(fù)載在不同情況下獲得穩(wěn)定的電源供應(yīng),需要根據(jù)輸入電源的狀態(tài)和負(fù)載需求,控制切換電路的運(yùn)作。

模塊整體電壓監(jiān)測(cè)及過流檢測(cè)、模組快速放電電路等

這些屬于整體的功能安全電路,由于超級(jí)電容的容量大,需要考慮整體模組的放電及故障關(guān)斷及監(jiān)控等。

分立方案 ADI 器件推薦

下表為各功能模塊下推薦的 ADI 器件以及它們的功能:

功能模塊 推薦 ADI 器件 特點(diǎn)
降壓輸入 LTM8026
LT3796
LTC3630
LTC3625
LTC3127
支持 CVCC 或者輸入電流限制、輸入電流均值限制等功能,可以設(shè)置輸入功率,充電時(shí)不影響整個(gè)供電系統(tǒng)
電壓均衡 MAX6378
MAX6379
MAX6380
多種電壓可選、方案簡(jiǎn)單、0.5uA 超低供電電流
升壓放電 LTC7804
LT8337
LT3759
高效率、小尺寸、方案集成度高
切換電路 LTC4421
LTC4418
LTC4228
LTC4416
雙通道、支持背靠背雙 MOS 快速驅(qū)動(dòng)、快速切換、精確的電壓閾值監(jiān)測(cè)
電流電壓監(jiān)測(cè) MAX4210
MAX4211
寬輸入范圍、電流電壓監(jiān)測(cè)、小尺寸

根據(jù)相關(guān)的器件和設(shè)計(jì)思路,我們?cè)O(shè)計(jì)了如下的實(shí)際電路并進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的測(cè)試。下圖 (圖2)、(圖3) 分別為電路模塊的正、反面。

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圖2 模塊正面

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圖3 模塊背面

模塊簡(jiǎn)要測(cè)試

如下圖 (圖4) 所示,通道 1 是負(fù)載供電電壓,通道 2 是正常供電電壓 Vin, 通道 3 是超級(jí)電容充滿后升壓器件的輸出電壓。當(dāng)通道 2 發(fā)生故障或者電壓跌落,模塊切換到通道 3 輸出,切換過程基本沒有波動(dòng)。

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圖4 通道 2 發(fā)生故障時(shí)的模塊切換備用電源狀態(tài)

從下圖 (圖5) 中看到,當(dāng)通道 2 正常供電電壓恢復(fù)正常,整個(gè)模塊在 400uS 內(nèi)完成了電源從通道 3 超級(jí)電容供電到通道 2 正常供電的切換。

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圖5 模塊切換回正常供電狀態(tài)

ADI 集成器件介紹

ADI 目前推出了很多集成充電、升壓及功率路徑切換的器件方案,如MAX38890、LTC3350、LTC3351、LTC3355等,下圖 (圖6) 展示了 LTC3350 的推薦設(shè)計(jì)模塊。這些器件針對(duì)不同電壓等級(jí)、不同數(shù)量及容量的超級(jí)電容等,具有更高集成度的優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)時(shí)可靈活選用。

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圖6 LTC3350 的推薦設(shè)計(jì)模塊

總結(jié)

ADI 針對(duì)超級(jí)電容作為備用電源的設(shè)計(jì)方案,提供了多種解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,我們要在體積、可靠性、功能、效率、散熱等方面綜合考慮。ADI 與駿龍科技愿意幫助客戶在相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中尋找合適的方案,使產(chǎn)品在眾多要求中達(dá)到一個(gè)合理的平衡。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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原文標(biāo)題:ADI 產(chǎn)品助力分布式超級(jí)電容備份電源方案

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