level 7
山东腾飞电源
楼主

做硬件的朋友都知道,超级电容是个好东西——功率密度大、寿命长、充电简单。但超级电容有个致命的痛点:电压不稳定。单体只有2.7V或3.0V,而且放电过程中电压会从额定一直掉到0V。如果没有DCDC(直流-直流)转换器,它根本没法给设备供电。最近在选型时,翻看了ADI和TI的最新方案,发现现在的超级电容DCDC芯片卷得厉害,甚至开始卷“nA”级的静态电流。
1. 经典方案:LTC4041对于工业级的超级电容备份,LTC4041是个经典选择。它内部集成了2.5A的降压充电器和2.5A的升压备份稳压器。它的牛逼之处在于“自动无缝切换”。当输入电压跌落时,它能在微秒级内反向工作,把超级电容的能量泵出去。而且它内置了超级电容平衡器,以前我们设计要挂一堆电阻分压,现在一颗芯片全搞定。
2. 革命性方案:TPS61094TI这两年推出的TPS61094则更夸张。它的静态电流(IQ)居然低至60nA。60nA是什么概念?比电池的自放电还小。以前的方案,为了给超级电容补电,DCDC一直在损耗能量。而TPS61094引入了一种“贪睡模式”。当系统在主电源供电时,它只用60nA守着备用通道;一旦主电断开,它在几微秒内就能输出高达2A的电流。它甚至集成了旁路开关,直通模式下的电阻只有100mΩ,这对于低功耗的智能仪表(比如水表、气表)来说,简直是救命稻草——一颗电池用十年不是梦。

3. 设计实战建议在设计超级电容DCDC时,必须注意充电电流的限制。很多工程师直接把电容接上去,结果上电瞬间,电容相当于短路,会把前级电源拉死。以TPS61094为例,它提供了可编程的充电电流限制(从2.5mA 到 600mA),这其实是个软启动功能,能有效保护热插拔时的连接器不打火。现在的DCDC早已不是简单的“电压转换”,更像是一个智能的电源管家。无论是应对几法拉的小电容,还是几百法拉的大模组,选对DCDC芯片,项目就成功了一半。