超级电容器虽然需要一定的安全注意事项，但在需要高电流、短时备用电源的数据存储应用中，它们正在取代电池。它们也被用于各种高功率峰值应用和需要高电流脉冲或瞬时电池备用电源的便携式设备。与电池相比，超级电容器体积更小，却能提供更高的功率峰值脉冲，并且在更宽的工作温度范围内具有更长的使用寿命。与标准陶瓷、钽或电解电容器相比，超级电容器在尺寸和重量相近的情况下，具有更高的能量密度和更大的容量。此外，降低电容器的最大电压并避免高温（>50°C）可以最大限度地延长超级电容器的使用寿命。.
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超级电容器与电池的比较总结：
• 电池：
• 能量密度高
• 功率密度尚可
• 低温下ESR较高
• 超级电容器：
• 能量密度尚可
• 功率密度高
• 即使在低温下ESR也较低（-20°C时比25°C时低2倍）
• 超级电容器的局限性：
• 最大电压限制为2.5V或2.75V
• 插入电池时浪涌电流过
• 在保持应用中没有反向电流保护
• 串联超级电容器的优势：
• 更高的能量利用率
• E = 1/2 CV²
• 简化备用电路
• 3.3V备用电路采用降压而非升压
• 适用于工业温度下的高功率备用
• 串联电容器的潜在问题：
• 不同电容值的超级电容器
• 超级电容器漏电不匹配会导致电压随时间推移而过高：需要持续均衡
• 超级电容器的电容和ESR会随时间推移而降低，但降低速度并不总是相同的
• 过电压和高温会加速超级电容器的老化
超级电容器的设计挑战
超级电容器具有诸多优势；然而，在串联充电储能器件时，最终产品的设计者可能会遇到诸如电池均衡、充电过程中过电压导致的电池损坏、电流消耗过大以及体积庞大（在空间有限的情况下占用大量空间）等问题。
串联电容器中的单元均衡可确保每个单元两端的电压大致相等；超级电容器缺乏单元均衡会导致过压损坏。一种解决方案是为每个单元配备一个均衡电阻的外部电路。均衡电阻的阻值取决于超级电容器的工作温度和充放电曲线。为了限制均衡电阻的电流消耗对超级电容器储能的影响，设计人员可以选择使用低电流的主动均衡电路。单元不匹配也可能源于漏电流的差异。电容器单元的漏电流初始值较高，然后随时间推移而降低。但是，如果串联电容器中不同单元的漏电流不同，除非设计人员使用均衡电阻来解决漏电问题，否则充电后可能会出现过压。然而，均衡电阻会给电路增加不必要的元件和负载电流。.
超级电容器充电器集成电路设计中的挑战
设计人员在启动超级电容器充电项目时必须考虑的最复杂方面包括以下要求：
• 高效率和高充电电流。高效、高电流的升降压超级电容器充电器/均衡器具备充分发挥超级电容器优势所需的所有特性和功能。分立式解决方案虽然可行，但通常更复杂、体积更大、效率更低、精度也更差。
• 高精度和负载共享能力。通过限制输入电流（精度为±2%）并共享输入负载，多个负载可以共享同一电源的全部容量，且性能衰减/裕量最小。分立式解决方案无法实现此功能。
• 主动均衡。超级电容器系统通常主要采用耗散式（电阻式）均衡。主动均衡能够高效地在电容器之间转移电荷，消除耗散式方法的功率损耗和相应的充电循环。适用于
采用超级电容器的备用电源系统的新解决方案。
一种基于超级电容器的充电解决方案，若采用升降压集成电路以解决上述问题，则必须具备以下特性：
• 灵活性，能够在升压或降压模式下高效运行；
• 能够利用电容器的可编程最大电压进行主动负载均衡
；• 能够提供高充电电流；
• 精确且可编程地限制平均输入电流；
• 小尺寸、低剖面设计
；• 采用先进封装以提高散热性能和空间效率。
升降压超级电容充电器，
具备输入电流限制和主动负载均衡功能，适用于串联的单个或两个超级电容。它具有可编程的输入电流限制功能，最高可达 3A，精度为 +/-2%，可防止电源过载并最大限度地缩短电容充电时间。高效的主动负载均衡功能无需外部镇流电阻，即使在电容不平衡或充电周期较短的情况下，也能确保均衡运行和充电。可编程的最大电容电压调节功能可主动监测并增强串联电容之间的电压，确保随着电容老化和电容失配，仍能可靠运行。低噪声升降压拓扑结构允许输出超级电容无论其电容值高于还是低于输入值都能充电。低导通电阻 (RDS(ON)) 同步开关和低栅极电荷可实现高效转换，从而最大限度地缩短储能元件的充电时间。 LTC3128 的这些特性使其成为备用电源应用中安全充电和保护大容量电容器的理想选择。图 2 显示了一个典型的备用电源应用电路。
LTC3128 的输入电流限制和电容最大电压可通过单个电阻进行编程。平均输入电流可在 0.5A 至 3A 的可编程范围内精确控制，每个电容上的最大电压可在 1.6V 至 3.0V 之间设置。LTC3128 的其他特性包括：在 Burst Mode® 模式下 VOUT 运行时静态电流小于 2μA、精确的电源和断电指示以及过热保护。.
高效充电：
LTC3128 在为输出电容充电时，采用固定频率的 PWM 控制平均输入电流。其专有的开关算法使充电器能够在降压和升压模式之间无缝切换，而不会中断电感或回路电流特性。图 3 显示了升降压充电器的拓扑结构。
两个开关（D 和 E）将 SW2 连接至 VOUT，从而在整个输出电压范围内实现高效率。如图 4 所示，LTC3128 的效率超过 90%。.
结论：
LTC3128 是一款由平均输入电流控制的 DC-DC 升降压超级电容器充电器。它采用专有的开关算法，可将输出电压调节至高于、低于或等于输入电压的水平。该器件是一款紧凑、强大且灵活的单芯片解决方案。它能够高效地对超级电容器进行升压或降压充电，同时还能保护和平衡电池单元，极大地简化了以往非常复杂的充电任务。更多信息，请访问 www.linear.com/products/supercapacitor_chargers
