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使用H桥变压器驱动器为超级电容器充电

关键词:H桥变压器驱动器 超级电容器充电

时间:2023-01-19 14:36:05      来源:ADI

MAX13256 H桥变压器驱动器具有小尺寸和大负载(10W)能力,是超级电容(supercaps)充电的极有吸引力的方案。然而,由于初始充电电流较高,电路输出端的大电容会迫使驱动器在启动时进入故障模式。本应用笔记介绍了一种解决方案,允许用户在不发生故障的情况下对大电容充电。

MAX13256 H桥变压器驱动器具有小尺寸和大负载(10W)能力,是超级电容(supercaps)充电的极有吸引力的方案。然而,由于初始充电电流较高,电路输出端的大电容会迫使驱动器在启动时进入故障模式。本应用笔记介绍了一种解决方案,允许用户在不发生故障的情况下对大电容充电。

从历史上看,超级电容器(supercaps)在电子电路中的使用有限。由于其大尺寸和平庸的能量容量,超级电容主要用于低功耗应用,如内存电源备份。然而,在过去几年中,在提高超级电容的能量和功率能力方面取得了重大进展,使其成为更广泛的基于电池的应用(包括手持设备、无线产品和执行器)越来越有吸引力的解决方案。

MAX13256 H桥驱动器具有小尺寸和大负载(10W)能力,是一种极具吸引力的解决方案,可在驱动系统负载¹的同时为超级电容充电¹。然而,由于电容完全放电时需要高充电电流,直接放置在MAX13256电路输出端的大电容会迫使驱动器在启动时进入故障模式。虽然有各种各样的可接受的限流器电路可供选择,但其中许多解决方案会浪费功率,并且可能涉及输出端的显著压降。那么,有没有办法使电路在不损失大量功率的情况下工作呢?

一个小而简单的解决方案!

在超级电容的正引线和变压器电路的输出之间并联增加一个小二极管和电阻器,限制了正常工作期间用于为超级电容充电的电流,并允许在需要能量时轻松放电(图 1)。当超级电容充电时,二极管反向偏置,充电电流受并联电阻R的限制限制.二极管在超级电容放电时导通,导致从电容器到负载的电压降很小。二极管不会以其他方式限制电荷从超级电容流出。


图1.二极管电阻限流电路,用于利用MAX13256 H桥变压器驱动器为超级电容充电。

计算 R 的值时必须小心限制在所需系统电流(I系统)在为超级电容充电时必须保持,C支持.确保超级电容充电电流和所需系统电流不超过MAX13256设定的电流限值。有关设置器件限流的更多信息,请参见MAX13256数据资料。

首先,计算可用于为超级电容充电的电流量,ISUP_CHG,使用以下公式:

我SUP_CHG= I限制-我系统

我在哪里限制是MAX13256设定的电流限值。

R限制限制超级电容完全放电时的充电电流。计算 R限制使用以下等式:

R限制= VISO_MAX/我SUP_CHG

其中 VISO_MAX是变压器电路输出端预期的最大电压。

一个简单的例子

给定图2中的电路,假设所需的最大系统负载为700mA。


图2.MAX13256超级电容充电电路示例

利用变压器上的2:1压降和MAX13256第1引脚上的1kΩ电阻,我们可以在IC进入故障模式之前从电路的副边拉出至少1A电流。使用上面的等式,我们计算:

ISUP_CHG = 1A - 700mA = 300mA

为了限制进入超级电容的电流,R限制是:

RLIMIT = 5.5V/0.3A = 18.3Ω.

最接近的标准较大值为18.7Ω,因此RLOAD = 18.7Ω.

最后,我们可以计算为超级电容充电所需的最长时间²。

充电时间 = 5Τ = 5 × RLIMIT × CSUP = 5 × 18.7Ω × 500mF = 47 秒

因此,在驱动系统负载的同时,为超级电容充电只需不到 1 分钟的时间。

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