在MAX38888中分別配置充電和放電電流

當為超級電容器充電所需的額外電流開銷最小時，前端轉換器的設計可以變得不那么復雜。本應用筆記解釋了如何配置可逆降壓/升壓轉換器，以便在充電階段減輕對系統的影響。將充電電流要求設置為最小值可保持放電電流可用性不變。

介紹

低功耗、便攜式和電池供電設備領域的快速發展需要強大且多功能的備份解決方案，以保持系統正常運行而不會中斷。

為避免高電流放電周期，建議以較低的速率排空主電源，尤其是在操作的初始狀態下，當它通常參與喚醒主系統單元時。實現此目的的一種方法是在正常運行期間禁用超級電容充電，并在系統處于睡眠模式時啟用充電。另一種方法是從工作開始就將充電電流限制在較低的電平，這樣主系統工作就不會受到MAX38888工作的影響。這樣，電池就不會經歷高放電率周期，并且可以提高效率。

MAX38888是康體佳器件中高度集成、單節、高效的超級電容（SCAP）備份方案。它具有電阻可選電壓和充電/放電電流設置。它使用單個電阻器來設置充電和放電電流選項。本應用筆記旨在演示和擴展MAX38888的應用，以實現需要不同充電/放電電流設置的眾多應用。

MAX38888的工作原理

Maxim的MAX38888可逆降壓/升壓穩壓器位于康體中?備用電源穩壓器系列，使用超級電容器或電容器組。MAX38888設計用于在存儲元件和系統電源軌之間高效傳輸電源。當主電池存在且高于最小系統電源電壓時，穩壓器以降壓模式工作，并以高達 500mA 的速率為存儲元件充電。一旦存儲元件充電，電路僅吸收2.5μA的電流，同時保持超級電容器或其他存儲元件處于就緒狀態。當主電源被移除時，穩壓器以升壓模式工作，防止系統降至最小工作電壓以下，從而以高達2.5A的速率對存儲元件放電。MAX38888可從外部編程存儲元件的最小和最大電壓，如SCAP、最小系統電壓以及最大充放電電流。峰值電感放電電流通過放置一個從ISET到GND的電阻來設置。RISET電阻器的值由以下公式計算：

放電電流 =

超級電容器充電電流在內部設置為放電電流的1/5。

充電電流 =

建議將 RISET 的值設置為 20kO 和 100kO 之間，以確保準確的電流合規性。

圖1.MAX38888的典型應用圖，具有比例充電/放電電流設置。

MAX38888的特性包括：

2.5V至5V系統輸出電壓

0.8V至4.5V電容電壓范圍

高達 2.5A 的峰值電感放電電流

可編程電壓和電流閾值

±2% 閾值精度

效率高達 95%，充電或放電

2.5μA 就緒靜態電流

高度集成和小解決方案尺寸

3 毫米 x 3 毫米 x 0.75 毫米 TDFN 封裝

備用電源應用

儲能應用

需要更低的超級電容充電電流配置

在許多短距離無線傳感器網絡中，雖然設備的平均電流消耗很低，但瞬時電流可能很高。例如，休眠電流為1μA、峰值有效電流為20 mA的收發器每兩秒喚醒一次，并保持工作狀態5ms。平均電流消耗僅為50μA，但峰值電流為20mA，可能會對電池的實際容量產生不利影響，特別是如果大電流放電期間之間沒有足夠的時間讓電池休息和恢復。

當電池以高且持續的速率放電時，即使電池中仍有活性物質殘留，電池也會達到其使用壽命。但是，如果放電速率不連續并且存在截止或非常低的電流周期，則活性材料的傳輸速率會趕上材料的耗盡，從而使電池有機會恢復在高放電速率下損失的容量。要使電池成為特定系統的可行選擇，它必須滿足系統對尺寸、電源電壓以及系統運行所需的平均和最大動態電流的系統要求。為用于備份應用程序的存儲設備充電不應滿足實際的系統電源要求。

圖2.演示需要較低充電電流設置的應用。

大多數系統要求充電電流與放電電流成正比。但是有一些特殊的有限能量應用，其中系統需要較低的充電電流，同時保持放電率不變。例如，SCAP充電電流由電感峰值電流限值500mA設定，這對應于更高的放電電流要求。在這種情況下，充電電流約為250mA。在圖2中，MAX38888需要更高的充電電流。反過來，無論負載如何，都會對前端轉換器產生影響。主電源是能量有限的，特別是在整個系統的活動運行期間。

圖3.MAX38888的充電和放電曲線工作臺結果，按比例充電/放電電感電流設置。

如何分別配置充電和放電電流

下表顯示了在特定條件下使用解決方案的示例。

圖4.MAX38888圖，修改電路，用于不同的充電/放電電流設置。

MAX9063用作附加電路的一部分，以包含本應用中提到的特性。它是一款毫微功耗比較器，集成電壓基準為 200mA，額定功耗僅為 40nA。比較器跳變點在 SYS 引腳側使用另一個分壓器 R5 和 R6 進行配置，以激活基于 VSYS 電平的 nMOS 信號 MOSFET。

對于 3.0V 的穩壓備份電壓，當 SYS 電壓高于 3.36V 最小值時，SCAP 開始充電。在SCAP充電期間，比較器MAX9063輸出處于邏輯低電平（VIN > 200mV）。因此，Q1 （nMOS） 被關閉，確保有效 RISET 值不變為 100K？。結果是在降壓工作模式下最慢的充電電感峰值電流配置為~100mA。

當VSYS電壓降至放電門限電壓電平以下時，MAX9063的IN電壓降至200mV以下，觸發比較器輸出至邏輯高電平，開啟Q1。RIS2 接地并充當 RIS1 的并聯電阻器，在有效 RISET = 100K ||的情況下將充電（升壓模式）電感峰值電流更改為最大25K = 20K。這導致放電階段的最高電感峰值電流配置為~2.5A。

設計外部電路，分別配置充電和放電電流

MAX9063的內部基準電壓 = 200mV

為 3.0V 穩壓輸出的 SCAP 充電所需的最小 SYS 電壓 = 3.36V

將比較器的跳變電壓設置為3.3V

選擇 R6 = 976K？

MAX9063漏極開路輸出以100K上拉至SYS電壓？上拉電阻。

圖4.MAX38888圖，修改電路，用于不同的充電/放電電流設置。

物料清單

結論

當應用的系統源是能量受限的或能量收集器系統的一部分時，在備份階段，在不放松負載電流要求的情況下，需要較慢的SCAP充電電流。在充電和備份模式下，通過使用帶有外部元件的附加電路，支持更改的 RISET 電阻器設置。Continua 系列器件足夠靈活，可以支持主要由電池供電的低功耗電子產品應用，例如遠程傳感器和嵌入式設備。

審核編輯：郭婷