超級電容組充電解決大電容充電方案

　　圖4顯示了ISL78268同步降壓控制器的一小部分功能框圖。如圖所示，有兩個(gè)獨立的誤差放大器，分別標記為Gm1和Gm2,用于實(shí)現恒定電壓(Gm1)和恒定電流(Gm2)。

　　誤差放大器Gm1用于CV閉環(huán)控制。它比較FB的反饋電壓與內部1.6V參考電壓，并在COMP引腳產(chǎn)生誤差電壓。FB引腳從輸出電壓連接至一個(gè)電阻分壓器，并設置為當輸出電壓為預期電壓水平時(shí)FB電壓為1.6V。于是COMP電壓即代表預期輸出電壓與實(shí)際輸出電壓之差。然后比較COMP與電感電流相比較，以生成PWM信號，來(lái)控制輸出電壓，使之保持恒定。

　　誤差放大器Gm2用于CI閉環(huán)控制。它比較IMON/DE引腳電壓與內部1.6V參考電壓，并在COMP引腳產(chǎn)生誤差電壓。IMON/DE引腳電壓是內部產(chǎn)生的，代表平均輸出電感電流負載值。因此，COMP電壓在Gm2回路激活時(shí)(Gm1和Gm2的輸出之間的二極管有效地選擇哪個(gè)回路是激活的)代表預期輸出電流與實(shí)際輸出電流之差。然后COMP與電感電流相比較，以生成PWM信號，來(lái)控制輸出電壓，使之保持恒定。

　　在超級電容電壓達到目標電壓之前的充電階段，由Gm2的輸出來(lái)驅動(dòng)COMP引腳，產(chǎn)生PWM輸出，以實(shí)現CI控制。當超級電容電壓達到目標值時(shí)，充電電流減小，引起IMON/DE引腳電壓降低和CI回路斷開(kāi)(當IMON/DE<1.6V時(shí))，于是CV回路自然地接管對COMP的控制，從而保持輸出電壓恒定。

　　ISL78268降壓控制器既有峰值電流模式的PWM控制器(可靠的逐周期峰值電流調制器)，也有非常適用于超級電容充電的外部恒定平均電流回路。

　　圖4.ISL78268 CICV回路簡(jiǎn)化框圖

　　現在，我們可以重點(diǎn)介紹已實(shí)現的超級電容充電實(shí)現方案。圖5、6和7顯示了由ISL78268控制，來(lái)為超級電容組(12節50F/2.7V串聯(lián)電容)充電的同步降壓控制器的實(shí)驗波形。超級電容將通過(guò)主電源充電至25V。

　　圖5.超級電容充電的實(shí)驗波形

　　圖5顯示超級電容充電有多個(gè)階段。開(kāi)始時(shí)，在第1階段，Vo幾乎為0.ISL78268的IMON/DE引腳上的平均電流信號還未達到1.6V(期望充電電流的參考值)，所以CI回路還未接通(engage)。在此階段，電感器的峰值電流被逐周期限制于固定的OC閾值。在VOUT處于低水平(FB<0.4V)的充電階段開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率最大值被限制在50kHz,以預防所提到的因為低VOUT時(shí)的峰值電流限制而引起的電感器失控問(wèn)題。

　　圖6顯示了第1階段的波形的放大圖。第2階段從IMON/DE引腳電壓(黃色跡線(xiàn))達到1.6V時(shí)開(kāi)始。在此階段，CI回路接通并拉低COMP信號(青色跡線(xiàn))，從而開(kāi)始穩定輸出電流并使IMON/DE引腳電壓保持恒定。IMON/DE引腳電壓代表所感測的平均輸出電流信號。IL波形(綠色跡線(xiàn))顯示平均電流在第2階段被控制為恒定水平。輸出電壓波形(粉色跡線(xiàn))顯示超級電容被恒定充電電流以線(xiàn)性方式充電。

　　圖6.超級電容充電第1階段的實(shí)驗波形放大

　　第3階段從FB引腳檢測到0.4V電壓開(kāi)始(圖7)。該觸發(fā)之后恒定電流穩定回路將完全接通，所以開(kāi)關(guān)頻率可自動(dòng)調節至預編程的300kHz.在更高的開(kāi)關(guān)頻率下，電感電流紋波(綠色跡線(xiàn))顯著(zhù)減小。輸出電壓(粉色跡線(xiàn))繼續呈線(xiàn)性增加，表示超級電容被線(xiàn)性充電。

　　圖7.超級電容充電的實(shí)驗波形

　　回到圖5,第3階段一直到Vo達到25V的目標電壓時(shí)結束。此時(shí)，CV回路接通并穩定輸出電壓。平均電流回路斷開(kāi)。圖5顯示輸出電壓(粉色跡線(xiàn))趨平且電感電流降低。代表平均充電電流的IMON/DE引腳電流也下降，表示恒定電流穩定過(guò)程結束。

　　結束語(yǔ)

　　超級電容由于其固有物理特征對比傳統電池具有的優(yōu)勢在汽車(chē)、工業(yè)和消費產(chǎn)品中被用作能量存儲解決方案。為使超級電容組的可存儲能量最大化，最佳方案常常是串聯(lián)多個(gè)超級電容單元來(lái)實(shí)現高電容組電壓。充電時(shí)，最好使用CICV方法來(lái)限制由于超級電容充電到恒定電壓期間的低ESR而產(chǎn)生的高電流。恒定電流還可以使充電損耗可控制，這可以減少所生成的熱量并延長(cháng)超級電容的壽命。因此，讓充電電路容忍高電壓并提供CICV控制功能是有益的。