超級(jí)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(dú)立的誤差放大器，分別標(biāo)記為Gm1和Gm2,用于實(shí)現(xiàn)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(nèi)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(shè)置為當(dāng)輸出電壓為預(yù)期電壓水平時(shí)FB電壓為1.6V。于是COMP電壓即代表預(yù)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(hào)，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(nèi)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(nèi)部產(chǎn)生的，代表平均輸出電感電流負(fù)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(yù)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(hào)，來(lái)控制輸出電壓，使之保持恒定。
在超級(jí)電容電壓達(dá)到目標(biāo)電壓之前的充電階段，由Gm2的輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)COMP引腳，產(chǎn)生PWM輸出，以實(shí)現(xiàn)CI控制。當(dāng)超級(jí)電容電壓達(dá)到目標(biāo)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(當(dāng)IMON/DE<1.6V時(shí))，于是CV回路自然地接管對(duì)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(diào)制器)，也有非常適用于超級(jí)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(xiàn)在，我們可以重點(diǎn)介紹已實(shí)現(xiàn)的超級(jí)電容充電實(shí)現(xiàn)方案。圖5、6和7顯示了由ISL78268控制，來(lái)為超級(jí)電容組(12節(jié)50F/2.7V串聯(lián)電容)充電的同步降壓控制器的實(shí)驗(yàn)波形。超級(jí)電容將通過(guò)主電源充電至25V。
圖5.超級(jí)電容充電的實(shí)驗(yàn)波形
圖5顯示超級(jí)電容充電有多個(gè)階段。開始時(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(hào)還未達(dá)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)的充電階段開始時(shí)，開關(guān)頻率最大值被限制在50kHz,以預(yù)防所提到的因?yàn)榈蚔OUT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)達(dá)到1.6V時(shí)開始。在此階段，CI回路接通并拉低COMP信號(hào)(青色跡線)，從而開始穩(wěn)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(cè)的平均輸出電流信號(hào)。IL波形(綠色跡線)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)顯示超級(jí)電容被恒定充電電流以線性方式充電。
圖6.超級(jí)電容充電第1階段的實(shí)驗(yàn)波形放大
第3階段從FB引腳檢測(cè)到0.4V電壓開始(圖7)。該觸發(fā)之后恒定電流穩(wěn)定回路將完全接通，所以開關(guān)頻率可自動(dòng)調(diào)節(jié)至預(yù)編程的300kHz.在更高的開關(guān)頻率下，電感電流紋波(綠色跡線)顯著減小。輸出電壓(粉色跡線)繼續(xù)呈線性增加，表示超級(jí)電容被線性充電。
圖7.超級(jí)電容充電的實(shí)驗(yàn)波形
回到圖5,第3階段一直到Vo達(dá)到25V的目標(biāo)電壓時(shí)結(jié)束。此時(shí)，CV回路接通并穩(wěn)定輸出電壓。平均電流回路斷開。圖5顯示輸出電壓(粉色跡線)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(wěn)定過(guò)程結(jié)束。
結(jié)束語(yǔ)
超級(jí)電容由于其固有物理特征對(duì)比傳統(tǒng)電池具有的優(yōu)勢(shì)在汽車、工業(yè)和消費(fèi)產(chǎn)品中被用作能量存儲(chǔ)解決方案。為使超級(jí)電容組的可存儲(chǔ)能量最大化，最佳方案常常是串聯(lián)多個(gè)超級(jí)電容單元來(lái)實(shí)現(xiàn)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(jí)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(zhǎng)超級(jí)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。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-01-17
