4通道超級電容器自動平衡PCB：SABMB16及相關(guān)產(chǎn)品解析

在電子工程領(lǐng)域，超級電容器的應(yīng)用越來越廣泛，而其電壓平衡問題一直是工程師們關(guān)注的焦點(diǎn)。今天就和大家分享一款來自Advanced Linear Devices, Inc.的4通道超級電容器自動平衡PCB——SABMB16及其系列產(chǎn)品。

文件下載：SABMB16.pdf

1. 產(chǎn)品概述

SABMB16是一款4通道通用印刷電路板（PCB），專為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師和應(yīng)用開發(fā)者與整個ALD8100XX和ALD9100XX系列的SAB? MOSFET配合使用而設(shè)計(jì)。SAB MOSFET是獨(dú)家的EPAD? MOSFET，可解決串聯(lián)連接的超級電容器單元的泄漏和電壓平衡問題。

每個SABMB16可以平衡串聯(lián)堆棧中的2到4個超級電容器，并且這些電路板可以級聯(lián)，以平衡多個串聯(lián)堆棧，每個堆棧最多4個超級電容器。該產(chǎn)品適用于從2個串聯(lián)到數(shù)百個串聯(lián)的超級電容器堆棧，以及0.1F到3000F及以上的超級電容器。使用SABMB板的平均額外功耗為零，這使得這種超級電容器平衡方法非常節(jié)能，特別適用于低損耗能量收集和長壽命電池供電應(yīng)用。

2. 產(chǎn)品特點(diǎn)

2.1 MOSFET安裝靈活性

• 每塊板可安裝兩個ALD9100XX雙MOSFET單元或一個ALD8100XX四MOSFET單元。
• 同一SABMB16板上可以同時安裝兩個ALD9100XX和一個ALD8100XX，其中兩個ALD9100XX串聯(lián)連接，而ALD8100XX與兩個ALD9100XX單元并聯(lián)連接。

2.2 可選元件安裝

• 可選R1和R2電阻，阻值范圍從開路到0.0Ω。
• 必要時，可在每個SAB MOSFET上安裝反向偏置的外部鉗位功率二極管（肖特基整流器）。

2.3 級聯(lián)功能

多個SABMB16 PCB可以級聯(lián)形成串聯(lián)鏈，與串聯(lián)連接的超級電容器單元鏈并聯(lián)。

2.4 緊湊設(shè)計(jì)

尺寸為0.6英寸×1.6英寸，帶有安裝孔。

2.5 溫度范圍

額定工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

3. 訂購信息

其中，SABMB8100XX/SABMB9100XX可選擇安裝特定的ALD8100XXSCLI或ALD9100XXSALI單元，XX = 16, 17, 18, …, 30。

4. 安裝與連接

4.1 MOSFET安裝

SABMB16 PCB是一塊空白板，采用符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的FR4材料制成，可安裝多達(dá)兩個8引腳的ALD9100XX單元或一個16引腳的ALD8100XX單元。用戶只需將PCB安裝好，并將SABMB16板上的適當(dāng)連接線路連接到相應(yīng)的超級電容器節(jié)點(diǎn)即可。

4.2 連接配置

每個SABMB16 PCB有兩個8引腳SOIC封裝的焊盤，用于安裝最多兩個ALD9100XX單元，以及一個16引腳SOIC封裝的焊盤，用于安裝一個ALD8100XX，該ALD8100XX與兩個ALD9100XX焊盤并聯(lián)連接。板上有標(biāo)記為V+、A到E和V-的端子，每個端子有兩個接線孔，便于將同一端子節(jié)點(diǎn)連接到兩個外部連接點(diǎn)。V+直接連接到端子A，必須連接到單個SABMB16 PCB板的最高正電壓；V-直接連接到端子E，必須連接到同一SABMB16板的最低負(fù)電壓。所有其他端子（B、C和D）的電壓必須在V+和V-之間，以確保電路板正常工作。

4.3 級聯(lián)連接

多個SABMB16板可以串聯(lián)連接。例如，三個安裝了ALD810025SCLI的SABMB16板可以串聯(lián)連接到30V電源，但要注意確保每個SABMB16板的V-連接到下一個串聯(lián)SABMB16板的V+，以使每個板的V+到V-的內(nèi)部電壓不超過10V（30V / 3 = 10V）。

5. 超級電容器平衡原理

超級電容器在串聯(lián)使用時，由于每個電容器的電容、內(nèi)阻和泄漏電流存在差異，會導(dǎo)致單元電壓不平衡。如果某個單元的電壓超過其額定最大電壓，會導(dǎo)致使用壽命縮短，甚至發(fā)生破裂和災(zāi)難性故障。因此，需要一種自動調(diào)節(jié)（電荷平衡）和監(jiān)控最大電壓的方法。

SAB MOSFET通過其高輸入閾值電壓，在超級電容器充電初期完全關(guān)閉，消耗零漏極電流，最大限度地提高能量收集效率。只有當(dāng)超級電容器充電到其最大額定電壓的90%以上時，SAB MOSFET才會開始工作，進(jìn)行電荷平衡。

6. 應(yīng)用場景

6.1 能量收集應(yīng)用

超級電容器在能量收集應(yīng)用中具有重要作用，它可以緩沖和存儲來自低能量源的能量，以驅(qū)動更高功率的負(fù)載。在能量收集應(yīng)用中，超級電容器的泄漏電流是一個關(guān)鍵因素，因?yàn)槠骄芰渴占斎腚姾杀仨毘^超級電容器的平均內(nèi)部泄漏電流，才能實(shí)現(xiàn)凈能量的收集和存儲。SAB MOSFET由于其獨(dú)特的平衡特性和近乎零的電荷損失，非常適合用于能量收集應(yīng)用中的超級電容器電荷平衡。

6.2 電池供電應(yīng)用

許多需要超級電容器來提高功率輸出的電池供電電路可以從使用SAB MOSFET進(jìn)行超級電容器平衡中受益。使用SAB MOSFET進(jìn)行超級電容器堆棧平衡時，額外的功率消耗實(shí)際上可能為負(fù)，因?yàn)樘砑覵AB MOSFET可以通過降低泄漏較大的超級電容器的工作偏置電壓來節(jié)省超級電容器的泄漏電流和相關(guān)的功率損耗。對于依賴長壽命電池使用的應(yīng)用，必須考慮超級電容器的泄漏電流和平衡電路的功率消耗，因?yàn)樯婕暗碾娏魇欠€(wěn)態(tài)直流電流，在應(yīng)用的整個生命周期和電池壽命期間持續(xù)存在。

7. 注意事項(xiàng)

• 用戶必須將任何ALD9100XX芯片上的電壓限制在最大15.0V。
• 在安裝ALD8100XX/ALD9100XX單元時，必須使用標(biāo)準(zhǔn)的ESD保護(hù)設(shè)施和處理程序，以防止靜電敏感設(shè)備受到損壞。安裝后，連接配置將保護(hù)ALD8100XX/ALD9100XX單元免受ESD損壞。當(dāng)連接到超級電容器堆棧時，由于超級電容器的大電容，ALD8100XX/ALD9100XX還能進(jìn)一步免受幾乎任何ESD損壞。

總之，SABMB16及其系列產(chǎn)品為超級電容器的電壓平衡提供了一種簡單、高效、節(jié)能的解決方案，適用于多種應(yīng)用場景。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)涉及超級電容器的電路時，可以考慮使用這些產(chǎn)品來提高系統(tǒng)的性能和可靠性。大家在實(shí)際應(yīng)用中有沒有遇到過超級電容器電壓平衡的問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。