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池阻抗是 120m Ω,电池电压是 3.6V,
功率二极管上的正向压降是 0.2V,电感
的电阻是 10m Ω,超级电容器的 ESR 值
是 40m Ω,在上电的瞬间,浪涌电流就
是:(3.6V-0.2V)/170m Ω =20A,对
于图2中的1.5F 超级电容器,浪涌电流
在 255ms 后仍将达到 7A。LTC3442 采
用 current mirror 来感知输入电感的电
流,当超过限定电流值时,关断 V in 和电
感之间的场效应管,这也是为什么选择
使用 LTC3442。通过设置 R LIM =63k Ω
来限定电池的平均电流为 1A。
带负载时的额外电池电流
升压转换器和超级电容器共同为负
载提供电流,它们之间的比值是:升压
转换器输出电流 / 超级电容器电流 = 超
级电容器 ESR/ 升压转换器阻抗。为了
避免过分依赖超级电容器 ESR 和升压转
换器阻抗的比值来限制电池电流,安全
的做法是限制升压转换器的电流,因为
当升压转换器的输出阻抗低时会导致额
外的电池电流。
在 Torch 模式下,通过与 RF PA
PWR 并联的场效应管,超级电容器可
以支持电池给 GPRS 模块以及其他大功
耗电路供电,如图 1 所示。电池提供平
均电流,超级电容器提供峰值电流,这
样,在发射及通话过程中 GPRS 模块的
供电电源就可以大大降低压降。
在 Flash 模式下,升压转换器需要
选择电流限制值,以保证电池的最大电
流在规定的范围内,而超级电容器则从
Torch 模式的电压(在图 1、2 中是 3.6V)
充电到 5.5V。在 Flash 模式下,超级电
容器从 5V 充电到 5.5V 所需要的时间少
于 LED 的热恢复时间。如图 2 所示,
LTC3442 的最小输入电流限定值为 1A,
典型输入电流为 2A,那么,给 1.5F 的
超级电容器从 3.6V 充电到 5.5V,且充
电电流为 1A,则所需时间为 1.5F ×
(5.5V-3.6V)/1A=2.8s(或1.4s,充电
电流为 2A)。 在 Flash 模式下,在闪光之
间给超级电容器充电所需的最大时间为
1.5F ×(5.5V-5.0V)/1A=0.75s。一个
典型的 LED 闪光灯在闪光之间的热恢复
时间是 2.5s。闪光脉冲的持续时间是由
LED 闪光灯的热恢复特性决定的,对于
LED,在 2A 电流下,最大闪光脉冲持续
时间是 100ms。
在 Flash 模式下,超级电容器充电
到 5.5V,RF PA PWR 场效应管关断
以避免过压损坏 GPRS 模块或其他大电
流功耗电路。因此,采用这种结构,在
使用闪光灯时,手机不可能再与网络连
图 2 方案 1 的电路图,从图中可见,无源元件的选值对电路性能很重要
专题特写:电容
接。但是,一般情况下,人们在拍照片
时,不会同时接听电话,因此,这并不
算个问题。
当手机从 Flash 模式切换到 Torch
模式时,超级电容器可以从 5.5V 快速放
电到 Torch 模式电压(在图 1 中是 3.6V),
给 LED 闪光灯供电(在图 1、2 中,从
超级电容器获得 200mA 电流)。一旦超
级电容器放电到规定的电压,图 1 中的
RF PA PWR 场效应管将导通。注意,
一个最大额定电压 5.5V 的 CAP-XX 超
级电容器由两个单元串连而成。
为了保证通过超级电容器的两个单
元的电压基本一致,还需要一个平衡电
路,在图 1、2 中,这个平衡电路就是一
对电阻,电阻的值由超级电容器的操作
温度和冲 / 放电特性决定,一般的典型
值为 39k Ω。如果平衡电阻消耗的电流
影响了电池寿命,设计者可以采用具有
非常低电流的有源平衡电路。
超级电容的 C 值与 ESR 值可以按照
如下方法选择(参考图 2):
● 设 定闪光脉冲结束时的超级电容
器的最终电压。根据 Luxeon Flash
LXCL-PWF1 的技术手册可知,2A 时,
其典型正向电压是 4.2V,ZXM64N02X
FET 的R DSON =50m Ω,感应电阻为
47m Ω,因此,输出电流是 2A 时,通过
电路的压降大约为 200mV,所以,超级
电容器的电压最少为 5V,该电路对所有
正向电压为 4.8V 的 LED 都适用。
● 设定超级电容器的充电电压(升
压转换器输出电压)。 额 定电压为 4.5V
的 CAP-XX 超级电容器允许的最大电
压是 5V,但是,这是闪光脉冲结束时的
今日电子 · 2007 年 12 月
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