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ZHCUBG4 October 2023

2.2.4 超级电容器充电电路

图 2-5 所示为超级电容器充电和备用电源电路原理图。

图 2-5 超级电容器充电电路

由于 TPS61094 运行所需的超级电容器最小电压为 0.7V，因此部分超级电容器能量无法使用。

方程式 2 显示了额定电压小于 5V 的超级电容器的可用储能。

E_{J o u l e s} = \frac{1}{2} {\times C \times V}^{2} - \frac{1}{2} \times C \times {(0.7 V)}^{2} {S u p e r c a p a c i t o r V_{C H G} < 5 V}

方程式 2.

E_{J o u l e s} = \frac{1}{2} {\times C \times V}^{2} - 0.245 \times C {S u p e r c a p a c i t o r V_{C H G} < 5 V}

在该设计中，超级电容器具有 2.7V 电压和 5F 电容，可储能 17 焦耳。使用 TPS61094 时，超级电容器的最大充电电压为 5V。方程式 3 显示了所选超级电容器的额定电压为 5V 或更高时的可用储能。

E_{J o u l e s} = \frac{1}{2} {\times C \times (5 V)}^{2} - 0.245 \times C {S u p e r c a p a c i t o r V_{C H G} \geq 5 V}

方程式 3.

E_{J o u l e s} = 12.255 \times C {S u p e r c a p a c i t o r V_{C H G} \geq 5 V}

如表 2-1 所示，V_IN 必须比目标 V_OUT 高 100mV，才能进入自动降压模式并为超级电容器充电。因此，目标 V_OUT 设置为 3V。通过将一个 3kΩ 电阻连接到 OSEL 引脚来设置该值。一旦输入电压 V_IN 下降至低于目标电压，即开始进行升压操作。有关电源转换波形，请参阅图 3-7 和图 3-8。

表 2-1 运行模式

模式	EN	模式	BYPASS	升压	BUCK	功能
强制旁路	0	0	√	×	×	导通旁路 MOSFET，关断升压或降压，V_OUT = V_IN
真正关断	0	1	×	×	×	旁路断开，关断升压或降压，V_OUT = 0V
强制降压	1	0	√	×	√	启用降压，导通旁路 MOSFET，V_OUT = V_IN，同时为超级电容器或备用电池充电
自动降压或升压	1	1	√	×	√	启用降压，当 V_IN > 目标 V_OUT + 100mV 且 V_OUT > 目标 V_OUT 时，超级电容器通过降压充电
	1	1	√	√	×	启用升压和旁路；当 V_OUT + 100mV > V_IN > 目标 V_OUT 并且 V_OUT = 目标 V_OUT 时，V_OUT 由 V_IN 通过旁路供电以及由超级电容器通过升压供电。
	1	1	×	√	×	启用升压；当 V_IN < 目标 V_OUT 时，V_OUT 由超级电容器通过升压供电。