MAX38886：高效的超級(jí)電容備份應(yīng)用充放電調(diào)節(jié)器

引言

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，為系統(tǒng)提供可靠的備用電源是至關(guān)重要的。尤其是在一些關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景，如工業(yè)手持設(shè)備、便攜式計(jì)算機(jī)等，當(dāng)主電源出現(xiàn)故障或被移除時(shí)，需要有一個(gè)備用電源來(lái)維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。MAX38886 作為一款專門為超級(jí)電容備份應(yīng)用設(shè)計(jì)的充放電調(diào)節(jié)器，為解決這一問(wèn)題提供了出色的解決方案。

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產(chǎn)品概述

MAX38886 是一款靈活的存儲(chǔ)電容或電容組備份調(diào)節(jié)器，它能夠在存儲(chǔ)元件（如超級(jí)電容）和系統(tǒng)電源軌之間高效地傳輸功率。該調(diào)節(jié)器采用可逆的降壓和升壓操作，使用同一個(gè)電感器，實(shí)現(xiàn)了電源的雙向轉(zhuǎn)換。

主要特性

1. 寬電壓輸入輸出范圍：系統(tǒng)輸出電壓范圍為 2.5V 至 5V，電容電壓范圍可達(dá) 4.5V。
2. 高電流能力：峰值電感放電電流高達(dá) 2.5A，充電時(shí)峰值電感電流可達(dá) 500mA。
3. 可編程性：可對(duì)存儲(chǔ)元件的最小和最大電壓、系統(tǒng)最小電壓以及最大充放電電流進(jìn)行外部編程。
4. 高精度閾值：閾值精度可達(dá) ±2%。
5. 高效率：充放電效率高達(dá) 95%。
6. 低靜態(tài)電流：就緒狀態(tài)下靜態(tài)電流僅為 2.5μA。
7. 小尺寸封裝：采用 3mm x 3mm x 0.75mm 的 TDFN 封裝，節(jié)省電路板空間。

工作模式

充電模式

當(dāng)主電源存在且電壓高于系統(tǒng)最小供電電壓時(shí)，調(diào)節(jié)器工作在降壓模式，以高達(dá) 500mA 的峰值電感電流對(duì)存儲(chǔ)元件進(jìn)行充電。存儲(chǔ)元件充電完成后，電路僅消耗 2.5μA 的電流，使超級(jí)電容或其他存儲(chǔ)元件保持就緒狀態(tài)。

放電模式

當(dāng)主電源被移除時(shí)，調(diào)節(jié)器切換到升壓模式，防止系統(tǒng)電壓降至最小工作電壓以下。此時(shí)，它以高達(dá) 2.5A 的峰值電感電流對(duì)存儲(chǔ)元件進(jìn)行放電，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。

電氣特性

電壓范圍

• 系統(tǒng)電壓范圍（VSYS）：2.5V 至 5V。
• 電容電壓（VCAP）：最大可達(dá) 4.5V，最小為 0.5V。

電流特性

• 系統(tǒng)關(guān)機(jī)電流（ISYS_SD）：當(dāng) EN = 0V 時(shí)，典型值為 0.1μA。
• 系統(tǒng)充電電源電流（ISYS_CHG）：在特定條件下，典型值為 1.5mA。
• 系統(tǒng)備份電源電流（ISYS_BUP）：典型值為 35μA。
• 系統(tǒng)就緒電源電流（ISYS_RDY）：典型值為 2.5μA。

其他特性

• 開關(guān)頻率（fSW）：在從電容提供最大電流時(shí)為 2MHz。
• LX 引腳的高低側(cè) FET 電阻：分別為 50 - 100mΩ（低側(cè)）和 80 - 160mΩ（高側(cè)）。

引腳配置與功能

應(yīng)用電路與參數(shù)配置

典型應(yīng)用電路

典型應(yīng)用電路中，主電源連接到 SYS 引腳，超級(jí)電容連接到 CAP 引腳，通過(guò) LX 引腳連接的電感器實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。電路中還包括反饋電阻分壓器、旁路電容等元件，用于設(shè)置電壓和電流閾值。

電壓配置

• 超級(jí)電容電壓配置：通過(guò)從 CAP 到 FBCH 再到 GND 的電阻分壓器設(shè)置超級(jí)電容的最大電壓。推薦 RCBOT 阻值為 499kΩ，電阻精度應(yīng)達(dá)到 1% 或更高。計(jì)算公式為 (R{CTOP }=R{CBOT } timesleft(left(V_{CAPMAX / 0.5right)}-1right))。
• 系統(tǒng)電壓配置：通過(guò)從 SYS 到 FBS 再到 GND 的電阻分壓器設(shè)置系統(tǒng)的最小電壓。推薦 RSBOT 阻值為 499kΩ，電阻精度應(yīng)達(dá)到 1% 或更高。計(jì)算公式為 (R{STOP }=R{SBOT } timesleft(left(V_{SYSMIN } / 0.56right)-1right))。

電流配置

• 放電電流：通過(guò)在 ISET 引腳連接到 GND 的電阻設(shè)置峰值電感放電電流，計(jì)算公式為 (I{DISCHARGE }=2.5 A timesleft(20 k Omega / R{ISET }right))。
• 充電電流：超級(jí)電容充電電流內(nèi)部設(shè)置為放電電流的 1/5，即 (I{CHARGE }=0.5 A timesleft(20 k Omega / R{ISET }right))。推薦 (RISET) 阻值在 20kΩ 至 100kΩ 之間，以確保準(zhǔn)確的電流控制。

元件選擇

電容選擇

SYS 和 CAP 引腳的電容用于降低電流峰值和提高效率。推薦使用陶瓷電容，如 X5R 或 X7R 介質(zhì)，大多數(shù)應(yīng)用中建議使用 22μF 的陶瓷電容。

超級(jí)電容選擇

超級(jí)電容的選擇需要考慮在備份模式下為系統(tǒng)提供足夠的能量。根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載、備份時(shí)間和轉(zhuǎn)換效率，可通過(guò)公式 (C{S C A P}=left(2 × V{S Y S} × I{S Y S} × t{B A C K U P}right) /leftleft(V{C A P M A X^{2}}-V{C A P M I N}^{2}right) × ηright) 計(jì)算所需的電容值。

電感選擇

PCB 布局指南

• 減小寄生參數(shù)：盡量縮短走線長(zhǎng)度，以減少寄生電容、電感和電阻，降低輻射噪聲。
• 優(yōu)化功率路徑：保持 SYS、LX、CAP 和 PGND 的主功率路徑緊湊和短小。
• 隔離反饋信號(hào)：反饋電阻分壓器之間的走線應(yīng)盡量短，并與嘈雜的功率路徑隔離。
• 熱設(shè)計(jì)：使用厚的 PCB 銅層，確保 SYS、LX、CAP 和 PGND 有足夠的銅箔面積，以提高散熱性能。TDFN 封裝下的大散熱焊盤應(yīng)通過(guò)多個(gè)熱過(guò)孔連接到內(nèi)部 PGND 平面。

總結(jié)

MAX38886 以其出色的性能和豐富的特性，為超級(jí)電容備份應(yīng)用提供了一個(gè)可靠、高效且緊湊的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)各類需要備用電源的系統(tǒng)時(shí)，可以考慮使用 MAX38886 來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，合理選擇元件和優(yōu)化 PCB 布局是確保調(diào)節(jié)器性能的關(guān)鍵。你在使用類似調(diào)節(jié)器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。