拓尔微IM5200 12V/16A 充电电源方案，解决超级电容组充电痛点
2022年09月21日 17:40 发布者：拓尔微电子
超级电容为什么“超级”？但凡名称前被冠以“超级”二字，必有其“任性”之处。 “超级”电容，主要是因为它的高能量密度特点，与传统的电解电容相比，其容量高出几个量级。超级电容（EDLC：双电层电容器）是指像陶瓷电容器和电解电容器一样没有电介质的电容器。与其他电容器相比时超级电容的定位就显现出来了。超级电容的容量达到了从数百mF到1F，比其他电容器的容量要高。
图一 超级电容规格
图二 超级电容与其他电容器的比较超级电容的优势在于其充放电次数显著多于传统铅酸电池，同时能够更迅速地吸收能量而不减少其预期寿命。这些特点还使超级电容对工业后备电源系统、快速充电无绳电动工具和远程传感器具有吸引力，因为对这些应用来说，频繁更换电池是不切实际的。
图三 超级电容应用示意框图多系统配置都使用超级电容组作为后备能量存储组件。图四所示采用超级电容的供电系统应用框图，其中的负载是需要稳定电压（3.3V、5V、12V等）的器件。21V主电源为正常工作的DC-DC2供电，同时通过DC-DC1为超级电容组充电，使其电压达到12.6V。当主电源断开时，超级电容组向DC-DC2供电，以维持负载的连续运行。
图四 采用超级电容的供电系统应用框图如何为超级电容组充电？ 当超级电容电压为0时，由于高电容值，DC-DC1需要在输出电压低，甚至输出短路的条件下，进行工作。常规DC-DC1可能陷于打嗝模式而无法为超级电容充电。为了保护超级电容和DC-DC1，在充电阶段开始时需要附加的电流限制功能。一种令人满意的解决方案是让DC-DC1 在极低的输出电压的条件下，提供连续充电电流。拓尔微IM5200 解决超级电容充电，满足12V/16A 充电规格高效电源方案：
图五 采用IM5200满足12V/16A的超级电容充电方案IM5200 是一款同步高效buck控制器，主要用于宽输入的buck应用。其控制方式为峰值电流控制模式，可在瞬态条件下实现最优性能。输出电压可由 FB 引脚的分压电阻设置，也可由 I2C 接口配置（3V到21V，200mV/档）。还具有软启动时间可调的功能，并提供多种保护功能，包括输入欠压保护、逐周期峰值电流保护、输出过载保护(OLP)、输出过压保护(OVP)和过温保护(OTP)。
轻载下，IM5200还有两种工作模式可供选择：电感电流强制连续导通模式 (FCCM)或电感电流断续模式(DCM) 。
图六 IM5200方案提供12V16A超级电容充电
IM5200驱动外置NMOS，提供高效大电流大功率输出；针对超级电容可提供16A输出大电流充电，电路应用图；
IM5200 DEMO测试电路板及PCB示意图：
IM5200 超级电容组充电波形： 1 输入电压15.5V to 12.6V/16A充电波形；充电时间：96.4S
CH1:Vin；CH2:SW；CH3:V_cap；CH4:I_charge ; 2 输入电压21.5V to 12.6V/16A充电波形；充电时间：88.4S
CH1:Vin；CH2:SW；CH3:V_cap；CH4:I_charge ; 3 IM5200 超级电容组充电，输入电压21.5V to 12.6V/16A充电温升；MOS最高温：90.9℃ (可以选择更大封装、更低阻抗MOS获得更低温)
除此之外，拓尔微还提供多款高效大功率Buck，Buck-Boost控制器，可满足更多超级电容不同需求的应用充电方案: