在MAX38888中分别配置充电和放电电流

当为超级电容器充电所需的额外电流开销最小时，前端转换器的设计可以变得不那么复杂。本应用笔记解释了如何配置可逆降压/升压转换器，以便在充电阶段减轻对系统的影响。将充电电流要求设置为最小值可保持放电电流可用性不变。

介绍

低功耗、便携式和电池供电设备领域的快速发展需要强大且多功能的备份解决方案，以保持系统正常运行而不会中断。

为避免高电流放电周期，建议以较低的速率排空主电源，尤其是在操作的初始状态下，当它通常参与唤醒主系统单元时。实现此目的的一种方法是在正常运行期间禁用超级电容充电，并在系统处于睡眠模式时启用充电。另一种方法是从工作开始就将充电电流限制在较低的电平，这样主系统工作就不会受到MAX38888工作的影响。这样，电池就不会经历高放电率周期，并且可以提高效率。

MAX38888是康体佳器件中高度集成、单节、高效的超级电容（SCAP）备份方案。它具有电阻可选电压和充电/放电电流设置。它使用单个电阻器来设置充电和放电电流选项。本应用笔记旨在演示和扩展MAX38888的应用，以实现需要不同充电/放电电流设置的众多应用。

MAX38888的工作原理

Maxim的MAX38888可逆降压/升压稳压器位于康体中™备用电源稳压器系列，使用超级电容器或电容器组。MAX38888设计用于在存储元件和系统电源轨之间高效传输电源。当主电池存在且高于最小系统电源电压时，稳压器以降压模式工作，并以高达 500mA 的速率为存储元件充电。一旦存储元件充电，电路仅吸收2.5μA的电流，同时保持超级电容器或其他存储元件处于就绪状态。当主电源被移除时，稳压器以升压模式工作，防止系统降至最小工作电压以下，从而以高达2.5A的速率对存储元件放电。MAX38888可从外部编程存储元件的最小和最大电压，如SCAP、最小系统电压以及最大充放电电流。峰值电感放电电流通过放置一个从ISET到GND的电阻来设置。RISET电阻器的值由以下公式计算：

放电电流 =

超级电容器充电电流在内部设置为放电电流的1/5。

充电电流 =

建议将 RISET 的值设置为 20kO 和 100kO 之间，以确保准确的电流合规性。

图1.MAX38888的典型应用图，具有比例充电/放电电流设置。

MAX38888的特性包括：

2.5V至5V系统输出电压

0.8V至4.5V电容电压范围

高达 2.5A 的峰值电感放电电流

可编程电压和电流阈值

±2% 阈值精度

效率高达 95%，充电或放电

2.5μA 就绪静态电流

高度集成和小解决方案尺寸

3 毫米 x 3 毫米 x 0.75 毫米 TDFN 封装

备用电源应用

储能应用

需要更低的超级电容充电电流配置

在许多短距离无线传感器网络中，虽然设备的平均电流消耗很低，但瞬时电流可能很高。例如，休眠电流为1μA、峰值有效电流为20 mA的收发器每两秒唤醒一次，并保持工作状态5ms。平均电流消耗仅为50μA，但峰值电流为20mA，可能会对电池的实际容量产生不利影响，特别是如果大电流放电期间之间没有足够的时间让电池休息和恢复。

当电池以高且持续的速率放电时，即使电池中仍有活性物质残留，电池也会达到其使用寿命。但是，如果放电速率不连续并且存在截止或非常低的电流周期，则活性材料的传输速率会赶上材料的耗尽，从而使电池有机会恢复在高放电速率下损失的容量。要使电池成为特定系统的可行选择，它必须满足系统对尺寸、电源电压以及系统运行所需的平均和最大动态电流的系统要求。为用于备份应用程序的存储设备充电不应满足实际的系统电源要求。

图2.演示需要较低充电电流设置的应用。

大多数系统要求充电电流与放电电流成正比。但是有一些特殊的有限能量应用，其中系统需要较低的充电电流，同时保持放电率不变。例如，SCAP充电电流由电感峰值电流限值500mA设定，这对应于更高的放电电流要求。在这种情况下，充电电流约为250mA。在图2中，MAX38888需要更高的充电电流。反过来，无论负载如何，都会对前端转换器产生影响。主电源是能量有限的，特别是在整个系统的活动运行期间。

图3.MAX38888的充电和放电曲线工作台结果，按比例充电/放电电感电流设置。

如何分别配置充电和放电电流

下表显示了在特定条件下使用解决方案的示例。

 

条件	溶液
备用电压为 3.0V = 3.36V 时的最小 SYS 充电电压	典型 VSYS = 4.2V
SCAP 完全充电电压 = 2.7V	SCAP 保持模式最小电压 = 1.5V
备用最大负载为 ~500mA	SCAP 最小电压 = 1.5V
放电/备份阶段的峰值电感电流	2.5安培
SCAP 充电阶段的峰值电感电流	500mA （无附加电路）
SCAP 充电阶段的峰值电感电流	100mA （带附加电路）
备用阶段的调节电压 VSYS（备份）	3.0V

 

图4.MAX38888图，修改电路，用于不同的充电/放电电流设置。

MAX9063用作附加电路的一部分，以包含本应用中提到的特性。它是一款毫微功耗比较器，集成电压基准为 200mA，额定功耗仅为 40nA。比较器跳变点在 SYS 引脚侧使用另一个分压器 R5 和 R6 进行配置，以激活基于 VSYS 电平的 nMOS 信号 MOSFET。

对于 3.0V 的稳压备份电压，当 SYS 电压高于 3.36V 最小值时，SCAP 开始充电。在SCAP充电期间，比较器MAX9063输出处于逻辑低电平（VIN > 200mV）。因此，Q1 （nMOS） 被关闭，确保有效 RISET 值不变为 100K？。结果是在降压工作模式下最慢的充电电感峰值电流配置为~100mA。

当VSYS电压降至放电门限电压电平以下时，MAX9063的IN电压降至200mV以下，触发比较器输出至逻辑高电平，开启Q1。RIS2 接地并充当 RIS1 的并联电阻器，在有效 RISET = 100K ||的情况下将充电（升压模式）电感峰值电流更改为最大25K = 20K。这导致放电阶段的最高电感峰值电流配置为~2.5A。

设计外部电路，分别配置充电和放电电流

MAX9063的内部基准电压 = 200mV

为 3.0V 稳压输出的 SCAP 充电所需的最小 SYS 电压 = 3.36V

将比较器的跳变电压设置为3.3V

选择 R6 = 976K？

MAX9063漏极开路输出以100K上拉至SYS电压？上拉电阻。

图4.MAX38888图，修改电路，用于不同的充电/放电电流设置。

物料清单

 

No.	Item	Qty.	Manufacturer PN	Manufacturer	Description
1	R6	1	CRCW0603976KFKEA	Vishay Dale	SMD Resistor, 1%, 0.1W, 976kOhm, 0603, Thick film
2	R5	1	CRCW060363K4FKEA	Vishay Dale	SMD Resistor, 1%, 0.1W, 63.4kOhm, 0603, Thick film
3	RIS2	1	CRCW060325K5FKEA	Vishay Dale	SMD Resistor, 1%, 0.1W, 25.5kOhm, 0603, Thick film
4	RP	1	CRCW0603100KFKEA	Vishay Dale	SMD Resistor, 1%, 0.1W, 100kOhm, 0603, Thick film
5	C3	1	C1608X7R1H104K080A	TDK	0.1uF; 50V; 10%; Ceramic Capacitor; 0603; X7R
6	U2	1	MAX9063EUK+	Maxim Integrated	nanoPower Comparator with Reference, SOT23-5
7	Q1	1	FDV301N	On Semi	SMD Logic Level NMOS, 25VDS, 0.22A, SOT23-3.

 

结论

当应用的系统源是能量受限的或能量收集器系统的一部分时，在备份阶段，在不放松负载电流要求的情况下，需要较慢的SCAP充电电流。在充电和备份模式下，通过使用带有外部元件的附加电路，支持更改的 RISET 电阻器设置。Continua 系列器件足够灵活，可以支持主要由电池供电的低功耗电子产品应用，例如远程传感器和嵌入式设备。

审核编辑：郭婷