双向超级电容器充电器集成了备份和平衡功能

　　(2)高效率和大充电电流。高效率、大电流降压-升压型超级电容器充电器 / 平衡器能够包括充分利用超级电容器优势所需的所有功能。而分立式解决方案，尽管可能，但是复杂、较大、效率较低、准确度较低。

　　(3)高准确度和负载均分能力。具 ±2% 准确度的输入电流限制和输入负载均分使多个负载能够以最小降额 / 裕度均分同一电源的全部供电能力。这样的功能用分立式解决方案是无法实现的。

　　(4)主动平衡。大多数超级电容器系统采用耗能 (电阻器) 平衡方法。主动平衡在电容器之间来回高效运送电荷，从而消除了功率损耗以及采用耗能方法所需的后续再充电周期。

　　本文所述解决这些问题的降压-升压型 IC 超级电容器充电解决方案需要具备以下所有性能特点：

　　• 提供备份电源，并给超级电容器充电;

　　• 灵活性 - 必须以升压或降压模式高效地工作;

　　• 能够以可编程最高电容器电压执行主动充电平衡;

　　• 提供大充电电流能力;

　　• 具备准确的可编程平均输入电流限制;

　　• 占板面积小的扁平解决方案;

　　• 拥有先进的封装以提高热性能和空间利用效率。

5 一种新型IC满足所有需求

　　LTC3110 是一款双向、输入电流可编程降压-升压型超级电容器充电器，具备面向一或两个串联超级电容器的主动充电平衡功能。其专有低噪声降压-升压型拓扑能够完成两个单独的开关稳压器的工作，从而减小了解决方案尺寸、成本和复杂性。LTC3110 以两种模式工作，备份和充电模式。在备份模式，该 IC 保持系统电压 VSYS 为 1.71V 至 5.25V，由超级电容器存储的能量供电。此外，超级电容器存储输入 VCAP 具备很宽的 5.5V 直至 0.5V 之实际工作范围。这确保几乎所有超级电容器储存的能量都能得到利用，从而延长了备份时间或者减小了存储电容器尺寸。在充电模式，当主电源系统有效时，LTC3110 可自主 (或通过用户命令) 和无缝地调转电源流动方向，利用稳定的系统电压实现超级电容器的充电和平衡。通过降压-升压型转换器，V_CAP 被高效充电至高于或低于 V_SYS，该器件还具备充电模式平均输入电流限制，该限制能够以 ±2% 的准确度设定为高达 2A，从而防止系统电源过载，同时最大限度缩短电容器再充电时间。参见图 2 所示典型应用电路。

　　LTC3110 的主动充电平衡消除了外部耗能镇流电阻器的持续泄漏，从而甚至在电容器失配和再充电周期较不频繁时，也可确保平衡地运行和充电。可编程最大电容器电压调节功能主动地对串联电容器组中每个电容器上的电压进行平衡，并将其限制到 1/2 设定值，从而确保随电容器老化以及容量逐渐失配而可靠工作。R_DS(ON) 很低、栅极电荷很少的同步开关提供高效率转换，以最大限度缩短存储组件的充电时间。因此，LTC3110 非常适合给备份电源应用中的大型电容器安全地充电并提供保护，例如具电池 / 电容器备份的服务器和 RAID 系统以及 RF 系统。

　　LTC3110 的输入电流限制和最高电容器电压是电阻器可编程的。平均输入电流在 0.125A 至 2A 设定范围内是准确控制的。引脚可选突发模式 (Burst Mode) 工作提高了轻负载效率，将备用电流降至仅为 45µA，停机电流低于 1µA。LTC3110 的其他特点包括可最大限度减小外部组件尺寸的 1.2MHz 高开关频率、热过载保护、用于方向控制和充电终止的两个电压监察器以及一个具集电极开路输出、用于连接μC 或 µP 的通用比较器。LTC3110 采用紧凑的耐热性能增强型 24 引线 4mm x 4mm QFN 和 TSSOP 封装，两种封装版本都在-40℃至 +150℃的 H 级工作温度范围内工作。

　　总之，LTC3110 的主要特色是：

　　• V_CAP 工作范围：0.1V 至 5.5V;

　　• V_SYS工作范围：1.71V 至 5.25V;

　　• 从充电模式到备份模式自动切换;

　　• 范围为 125mA 至 2A、准确度为 ±2% 的可编程充电输入电流限制;

　　• ±1% 备份电压准确度;

　　• 自动电容器容量平衡;

　　• 以固定 1.2MHz 频率切换;

　　• 突发模式工作：45μA IQ;

　　• 具集电极开路输出的额外可编程多用途比较器;

　　• 集电极开路输出指示工作方向和充电终止;

　　• 扁平 TSSOP-24 和 4mm x 4mm QFN-24 封装。

6 高效率充电

　　专有开关算法在工作模式之间提供无缝转换，在所有工作区内消除了平均电感器电流、电感器电流纹波以及环路传输函数的不连续性。与传统的 4 开关降压-升压型转换器相比，这些优势导致效率提高、环路稳定性增强以及 VSYS 电压纹波减小。实现降压-升压型充电器的开关拓扑如图 3 所示。

　　两个开关(C和D)连接SW2至 VSYS，以在整个输出电压范围内提供高效率。LTC3110有非常高的效率，几乎达到95%，如图4中的曲线所示。

7 结论

　　LTC3110 是一款双向、平均输入电流受到控制的降压-升压型 DC/DC 超级电容器充电器 / 稳压器，采用了专有开关算法，从而使其输出能够调节至高于、低于或等于输入电压。该器件由一个芯片组成，提供了紧凑、强大和灵活的解决方案。LTC3110 在通用封装中集成了高效率超级电容器充电、备份调节以及容量平衡 / 保护功能，从而很容易适合多种系统配置。这显著地简化了以前非常困难的设计任务 。