超级电容充电器解决方案范例

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　　为说明超级电容充电行为，我们以同步降压稳压器为例。说明其关键问题和解决技术，并使用实验波形来帮助理解。

　　图1.实现CICV超级电容充电控制的同步降压稳压器简化原理图
　　图1显示了用Intersil的ISL78268控制的实现CICV模式的同步降压稳压器的简化原理图。为了在CICV控制下将超级电容组充电到25V,在选择控制器时考虑了以下功能：
　　1.能在VIN>= 48V和VOUT>= 25V条件下工作的同步降压控制器。
　　2.恒定电流和恒定电压调节能力，可自动切换调节模式。
　　3.在系统供电电压范围实现准确的电流感测输入以实现CI模式。参考图3,控制器可感测电感器的连续电流，即充电电流。控制器的电流感测放大器必须能够承受共模电压，在本例中为25V。

　　图2显示了ISL78268同步降压控制器的一小部分功能框图。如图所示，有两个独立的误差放大器，分别标记为Gm1和Gm2,用于实现恒定电压（Gm1）和恒定电流（Gm2）。
　　误差放大器Gm1用于CV闭环控制。它比较FB的反馈电压与内部1.6V参考电压，并在COMP引脚产生误差电压。FB引脚从输出电压连接至一个电阻分压器，并设置为当输出电压为预期电压水平时FB电压为1.6V。于是COMP电压即代表预期输出电压与实际输出电压之差。然后比较COMP与电感电流相比较，以生成PWM信号，来控制输出电压，使之保持恒定。
　　误差放大器Gm2用于CI闭环控制。它比较IMON/DE引脚电压与内部1.6V参考电压，并在COMP引脚产生误差电压。IMON/DE引脚电压是内部产生的，代表平均输出电感电流负载值。因此，COMP电压在Gm2回路激活时（Gm1和Gm2的输出之间的二极管有效地选择哪个回路是激活的）代表预期输出电流与实际输出电流之差。然后COMP与电感电流相比较，以生成PWM信号，来控制输出电压，使之保持恒定。
　　在超级电容电压达到目标电压之前的充电阶段，由Gm2的输出来驱动COMP引脚，产生PWM输出，以实现CI控制。当超级电容电压达到目标值时，充电电流减小，引起IMON/DE引脚电压降低和CI回路断开（当IMON/DE<1.6V时），于是CV回路自然地接管对COMP的控制，从而保持输出电压恒定。
　　ISL78268降压控制器既有峰值电流模式的PWM控制器（可靠的逐周期峰值电流调制器），也有非常适用于超级电容充电的外部恒定平均电流回路。

　　图3.ISL78268 CICV回路简化框图
　　现在，我们可以重点介绍已实现的超级电容充电实现方案。图4、5和6显示了由ISL78268控制，来为超级电容组（12节50F/2.7V串联电容）充电的同步降压控制器的实验波形。超级电容将通过主电源充电至25V。

　　图4.超级电容充电的实验波形
　　图4显示超级电容充电有多个阶段。开始时，在第1阶段，Vo几乎为0.ISL78268的IMON/DE引脚上的平均电流信号还未达到1.6V（期望充电电流的参考值），所以CI回路还未接通（engage）。在此阶段，电感器的峰值电流被逐周期限制于固定的OC阈值。在VOUT处于低水平（FB<0.4V）的充电阶段开始时，开关频率最大值被限制在50kHz,以预防所提到的因为低VOUT时的峰值电流限制而引起的电感器失控问题。
　　图5显示了第1阶段的波形的放大图。第2阶段从IMON/DE引脚电压（黄色迹线）达到1.6V时开始。在此阶段，CI回路接通并拉低COMP信号（青色迹线），从而开始稳定输出电流并使IMON/DE引脚电压保持恒定。IMON/DE引脚电压代表所感测的平均输出电流信号。IL波形（绿色迹线）显示平均电流在第2阶段被控制为恒定水平。输出电压波形（粉色迹线）显示超级电容被恒定充电电流以线性方式充电。