196 HVC ENYCAP™助力小型充电器与固定电压电源板实现高效电源管理

在电子设备的设计中，电源管理是至关重要的一环，尤其是对于小型充电器和固定电压电源板而言，如何高效地储存和分配能量是工程师们需要解决的关键问题。今天，我们就来探讨一下Vishay BCcomponents的196 HVC ENYCAP™在这方面的应用。

文件下载：MAL219699003E3.pdf

一、MAL219699003E3小型充电器与备份演示电路概述

MAL219699003E3是一款完全透明的充电器单元，它采用了德州仪器（Texas Instruments）的BQ24095充电IC和TPS610997升压转换器IC。其核心是一个90 F / 4.2 V的196 HVC ENYCAP™混合储能电容器，通过兼容USB端口的电源输入进行充电。充电后的能量被缓冲在该电容器中，可作为备用电源使用。TPS610997同步升压转换器IC能从混合电容器的备用电源中产生一个独立的5 V固定输出电压，且效率极高。

二、关键组件分析

1. 储能电容器

196 HVC ENYCAP混合储能电容器在MAL219690111E3小型充电器中充当能量缓冲器，并通过其备用功能提供固定输出电压。电容器提供的备用时间主要取决于备用电流，在特定配置下，备用时间可从几分钟到数小时不等。这就引发了我们的思考：在不同的应用场景中，如何根据实际需求来选择合适的电容器容量和备用电流，以达到最佳的备用时间呢？

2. 充电IC - BQ24095

BQ24095是德州仪器的一款低成本线性（LDO）充电器，具有CC / CV（恒流/恒压）模式充电曲线，最大充电电流可达1.25 A，且充电电流可根据USB要求进行调整。CV模式下的充电电压固定为4.35 V。它是一款高度集成的线性充电器设备，适用于空间有限的便携式应用，可通过USB端口或AC适配器供电，其高输入电压范围和输入过压保护功能支持使用低成本的非稳压适配器。该IC有一个单电源输出为备份系统充电，只要平均系统负载不会在10小时安全时间内阻止电容器完全充电，负载就可以与备份电容器并联。其详细的引脚分配如下：	PIN #	PIN NAME	FUNCTION
1	IN	Source input，直接与微型USB连接器相连
2	ISET	最大电流设置（CC模式），R5组装为2 kΩ接地，限制为300 mA
3	VSS	连接到GND
4	PRETERM	最大电流设置（CV模式），1 kΩ接地，CV模式充电时限制为50 mA
5	PG	输入电压LED指示灯，ON表示输入电压正常（4.45 V ~ 6.45 V），OFF表示欠压锁定或输入电压异常
6	NC	浮空
7	ISET2	总电流限制，连接到GND表示遵循ISET
8	CHG	充电状态LED指示灯，ON表示正在充电，OFF表示未充电
9	TS	温度传感器，功能禁用，10 kΩ接地
10	OUT	线性充电器输出，直接连接到196 HVC，4.35 V固定电压反馈和调节

3. 升压IC - TPS610997

TPS610997是德州仪器的一款同步升压转换器，具有超低静态电流。它专为由备用电源解决方案供电的产品设计，在轻负载条件下（5 V时高达300 mA）具有高效率，并且对于实现长备用寿命运行至关重要。当禁用时，它支持真正的关断功能，可将负载与输入电源断开以降低电流消耗。其引脚分配如下：	PIN #	PIN NAME	FUNCTION
A1	VIN	IC电源输入，直接连接到196 HVC的正极端子
B1	SW	转换器的开关引脚，连接到电感器
C1	EN	使能逻辑输入，高电平使能设备，低电平禁用设备，请勿浮空
A2	GND	接地
B2	VOUT	升压转换器输出，固定为5 V
C2	FB	可调输出电压的电压反馈，连接到电阻分压器的中心抽头以编程输出电压，固定输出电压版本连接到GND引脚

三、使用说明

1. 充电

将微型USB端子插入板上的连接器，或者通过其他端子为小型充电器供电，如移动电源、5 V输出、AC/DC适配器，甚至是PC的USB端口。输入电压允许在4.45 V至6.45 V之间。

2. 放电

直接从196 HVC ENYCAP放电

将负载直接连接到ENYCAP储能电容器的J2引脚（引脚1为正极，引脚5为GND），但要注意保持在充电器IC的电流和功率限制范围内。如果移除电源输入，负载将仅由196 HVC备用电容器供电。在此模式下，196 HVC电容器的电压将根据负载的功耗而降低。例如，微控制器单元（MCU）的工作电压范围通常在2.7 V至5 V之间，对于一个4.2 V的196 HVC电容器（由三个单元组成），允许存储电容器的电压降至2.4 V，这意味着电容器的存储能量不能完全被利用。那么，有没有办法在这种放电模式下提高能量的利用率呢？

通过5 V固定输出升压转换器放电

对于某些需要固定电压输出的负载类型，如风扇或LED，将负载连接到升压转换器的输出J2引脚（引脚6为Vout，引脚5为GND），并移除电源。在这种模式下，通过升压转换器可以使用所有存储的能量，负载可以一直供电直到储能电容器完全放电。

四、其他信息

文档还提供了小型充电器的原理图、PCB布局、物料清单和包含的材料等信息。物料清单中详细列出了各个元件的名称、值、规格和制造商，为工程师进行设计和采购提供了便利。包含的材料有30 mm x 40 mm的电路板、90 F / 4.2 V的ENYCAP 196 HVC、USB - 微型USB电缆以及本技术文档。产品规格的链接为www.vishay.com/doc?28409。

总之，Vishay BCcomponents的196 HVC ENYCAP™为小型充电器和固定电压电源板提供了一种高效的电源管理解决方案。作为电子工程师，我们可以根据实际应用需求，合理选择和使用这些组件，以实现最佳的设计效果。在实际设计过程中，你是否遇到过类似电源管理方面的挑战呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。