ADI 产品助力分布式超级电容备份电源方案
超级电容因其高功率密度、快速充放电和长寿命等特性，在多个行业中作为备份电源得到广泛应用。例如在公共交通工具的启动和制动、轨道交通的能量回收及电源备份、通讯及电力设备电源备份等。本文使用 ADI 器件设计了相关的超级电容充电和升压切换模组，对相关设计中的部分问题进行探讨，最后对模块进行测试，并提供了实物图、测试波形等进行参考。
24V 及以下超级电容备份系统典型框图
下图 (图1) 为 24V 及以下超级电容备份系统设计框图：
输入电源
输入电源 (如适配器或外部电源) 为系统提供能量，同时正常工况时可以给超级电容进行充电。
充电模块
典型系统采用降压充电电路，将输入电压降至适合超级电容的充电电压，并按照配置好的充电模式对超级电容组进行充电，器件一般带恒流充电或者输入功率限制等功能。
超级电容组
超级电容，用于存储能量，典型的单体超级电容电压有 2.7V、3.0V 等，需要根据实际应用的需求进行串并联组合。
均衡电路
确保每个单体超级电容单元的电压均衡，防止过压或欠压，一般电路为带基准的比较器器件、功率 MOS 管、功率电阻，或者3者功能集成的器件，当单体电容电压超过阈值时，通过 MOS 和外部功率电阻进行放电。
升压模块
一般为升压转换器，将超级电容的电压提升至负载所需的工作电压，推荐使用带过流保护功能的宽输入范围同步升压器件，以最大程度的利用电容能量。
切换控制模块
切换电路，在输入电源和超级电容之间升压电路之间切换，确保负载在不同情况下获得稳定的电源供应，需要根据输入电源的状态和负载需求，控制切换电路的运作。
模块整体电压监测及过流检测、模组快速放电电路等
这些属于整体的功能安全电路，由于超级电容的容量大，需要考虑整体模组的放电及故障关断及监控等。
分立方案 ADI 器件推荐
下表为各功能模块下推荐的 ADI 器件以及它们的功能：
| 功能模块 | 推荐 ADI 器件 | 特点 |
| 降压输入 | LTM8026、LT3796、LTC3630、LTC3625、LTC3127 | 支持 CVCC 或者输入电流限制、输入电流均值限制等功能，可以设置输入功率，充电时不影响整个供电系统 |
| 电压均衡 | MAX6378、MAX6379、MAX6380 | 多种电压可选、方案简单、0.5uA 超低供电电流 |
| 升压放电 | LTC7804、LT8337、LT3759 | 高效率、小尺寸、方案集成度高 |
| 切换电路 | LTC4421、LTC4418、LTC4228、LTC4416 | 双通道、支持背靠背双 MOS 快速驱动、快速切换、精确的电压阈值监测 |
| 电流电压监测 | MAX4210、MAX4211 | 宽输入范围、电流电压监测、小尺寸 |
根据相关的器件和设计思路，我们设计了如下的实际电路并进行了一些简单的测试。下图 (图2)、(图3) 分别为电路模块的正、反面。
模块简要测试
如下图 (图4) 所示，通道 1 是负载供电电压，通道 2 是正常供电电压 Vin, 通道 3 是超级电容充满后升压器件的输出电压。当通道 2 发生故障或者电压跌落，模块切换到通道 3 输出，切换过程基本没有波动。
从下图 (图5) 中看到，当通道 2 正常供电电压恢复正常，整个模块在 400uS 内完成了电源从通道 3 超级电容供电到通道 2 正常供电的切换。
ADI 集成器件介绍
ADI 目前推出了很多集成充电、升压及功率路径切换的器件方案，如MAX38890、LTC3350、LTC3351、LTC3355等，下图 (图6) 展示了 LTC3350 的推荐设计模块。这些器件针对不同电压等级、不同数量及容量的超级电容等，具有更高集成度的优势，设计时可灵活选用。
总结
ADI 针对超级电容作为备用电源的设计方案，提供了多种解决方案。在实际设计中，我们要在体积、可靠性、功能、效率、散热等方面综合考虑。ADI 与骏龙科技愿意帮助客户在相关产品设计中寻找合适的方案，使产品在众多要求中达到一个合理的平衡。如需对接具体产品或了解更多技术细节，请点击下方“联系我们”，提交您的需求，我们骏龙科技公司愿意为您提供更详细的技术解答。
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