中心議題：

• 超級電容在手機中的應用

解決方法：

• 超級電容供電的LED閃光燈
• DC/DC轉換器限製尖峰充電電流

手機正在變成終極集大成便攜式消費電子平台。它的性能包括：捕捉高質量圖像、Wi-Fi網絡訪問
、清脆的音頻、更長的通話時間、以yi及ji更geng長chang的de電dian池chi壽shou命ming。不bu過guo
，一yi個ge主zhu要yao的de設she計ji挑tiao戰zhan也ye正zheng在zai浮fu現xian出chu來lai。為wei了le適shi應ying高gao度du複fu雜za的de移yi動dong應ying用yong
，手shou機ji電dian池chi仍reng然ran需xu要yao費fei很hen大da的de力li氣qi才cai能neng提ti供gong足zu夠gou的de峰feng值zhi功gong率lv，這zhe就jiu推tui動dong了le可ke為wei高gao性xing能neng操cao作zuo提ti供gong所suo需xu功gong率lv的de電dian路lu的de需xu求qiu，這zhe種zhong電dian路lu可ke以yi在zai不bu過guo載zai電dian池chi的de前qian提ti下xia在zai短duan時shi間jian內nei儲chu存cun大da電dian流liu。

對(dui)高(gao)級(ji)照(zhao)相(xiang)手(shou)機(ji)製(zhi)造(zao)商(shang)來(lai)說(shuo)，最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)挑(tiao)戰(zhan)就(jiu)是(shi)提(ti)供(gong)高(gao)亮(liang)度(du)相(xiang)機(ji)閃(shan)光(guang)燈(deng)所(suo)需(xu)的(de)大(da)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)。隨(sui)著(zhe)照(zhao)相(xiang)手(shou)機(ji)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)增(zeng)長(chang)到(dao)三(san)百(bai)萬(wan)像(xiang)素(su)及(ji)以(yi)上(shang)，產(chan)生(sheng)高(gao)質(zhi)量(liang)圖(tu)像(xiang)所(suo)需(xu)的(de)光(guang)通(tong)量(liang)也(ye)已(yi)急(ji)劇(ju)提(ti)高(gao)。為(wei)了(le)匹(pi)配(pei)數(shu)碼(ma)相(xiang)機(ji)的(de)照(zhao)片(pian)質(zhi)量(liang)
，必(bi)須(xu)以(yi)高(gao)達(da)2A的電流驅動LED閃光燈，或將氙氣閃光管充電到330V以上。手機的其他應用(包括RF功放、GPS導航、互聯網訪問、音樂和視頻)也有可能超過電池電流的供應能力。

設計挑戰

照相手機在中度到低度光照條件下需要一個高亮度閃光燈來產生曝光充分的圖片。設計師可以選擇LED或氙氣閃光管，但它們兩者都有相應的挑戰。

大電流LED閃光燈需要4倍bei於yu電dian池chi提ti供gong的de功gong率lv，才cai能neng產chan生sheng高gao分fen辨bian率lv圖tu像xiang所suo需xu的de光guang亮liang度du。為wei了le克ke服fu功gong率lv限xian製zhi問wen題ti，一yi些xie照zhao相xiang手shou機ji已yi經jing采cai用yong更geng長chang的de閃shan光guang曝pu光guang時shi間jian來lai補bu償chang光guang通tong量liang的de不bu足zu
，而er這zhe會hui導dao致zhi圖tu片pian的de模mo糊hu。

氙氣閃光管可提供很好的光照度，但它的閃光曝光時間很短

，因此不能用於視頻捕捉/電影模式功能。它所需的電解儲存電容對纖薄型設計來說體積太大


、工作電壓很高，兩次閃光之間需要較長時間才能充滿電
，不能用於手機中其他需要峰值功率的應用。

解決為每個LED閃光燈提供1～2Aqudongdianliuwentidefangfazhiyishi

，yongyigedianronglaichucundianliu，bingzaibufenliuzhudianchideqingkuangxiakuaisugongdian。buguo，ruguocaiyongchuantongdianrongyaochucundadianliu，bushixuyaoyigetijifeichangdadedarongliangdianrong，jiushixuyaoduogebinglianqilaidezhongdengrongliangdianrong。duiyukongjianshouxiandebianxieshixitonglaishuo，gengweishiyongdejiejuefanganshicaiyongrongzhifeichanggaodechaojidianrong。

tongguoshiyongyigechaojidianrong，shejishikeyiweizhexieduanchixujiangedeshijiantigongsuoxudedadianliu，bingzaizhexieshijianzhijiantongguodianchiduitamenzaichongdian。weilezhichidianchi，shejishikeyizengjiayigehenbodechaojidianrong

，zhekezaibuxishengxianboshoujishejideqingkuangxiayingduishoujidefengzhigonglvxuqiu(如為拍照、音頻和視頻、無線傳輸和GPS結果閱讀提供閃光)。它也允許設計師通過僅滿足平均功耗而不是峰值功耗來最佳地調整電池和功率電路的大小，減少係統的占板麵積。

設計一個超級電容

超級電容(SC)是什麼?xiangrenhedianrongyiyang，yigechaojidianrongjibenshangyeshiyouliangkuaibingxingdedaodianbangouchengde，zhongjiangeyibeichengweidianjiezhidejueyuancailiao。dianrongderongzhiyudaodianbandemianjichengzhengbi
，yudianjiezhidehouduchengfanbi。kaifachaojidianrongdezhizaoshangtongguocaiyongduokongtancailiaozhizaodaodianbanyishidebiaomianjizuida
，yijicaiyongxiangfenzinayangbodedianjieyezuoweidianjiezhiyijiangliangkuaidaodianbanzhijianjulijianzhizuixiao，zaizuixiaohuachicundeqingkuangxiashixianlegenggaodedianrongzhi。
　　
采用這一方法，可以製造出容值為16mF～2.3F的電容。這些電容可等效為非常低的內部電阻或ESR(等效串聯電阻)
，這zhe使shi得de它ta們men可ke在zai最zui小xiao化hua輸shu出chu電dian壓ya的de同tong時shi提ti供gong高gao峰feng值zhi電dian流liu脈mai衝chong。通tong過guo以yi相xiang對dui較jiao小xiao的de外wai形xing尺chi寸cun提ti供gong非fei常chang高gao的de電dian容rong值zhi
，這zhe些xie超chao級ji電dian容rong降jiang低di了le係xi統tong對duiPCB板麵積的需求。它們可以製造成任何尺寸和形狀，而且可在數秒內完成再充電，可將電池壽命延長5倍
，並允許設計師采用更小、更輕和更廉價的電池。

固有挑戰

不過
，這一低ESR在zai充chong電dian過guo程cheng中zhong為wei設she計ji師shi帶dai來lai了le一yi個ge問wen題ti。在zai任ren一yi係xi統tong中zhong，電dian容rong在zai最zui初chu使shi用yong前qian都dou是shi放fang空kong的de。隨sui後hou，當dang電dian源yuan電dian壓ya施shi加jia以yi後hou

，超chao級ji電dian容rong看kan起qi來lai就jiu像xiang是shi一yi個ge低di值zhi電dian阻zu。如ru果guo該gai電dian流liu不bu被bei控kong製zhi或huo限xian製zhi，就jiu會hui導dao致zhi一yi個ge巨ju大da的de尖jian峰feng電dian流liu。因yin此ci，設she計ji師shi必bi須xu實shi現xian某mou種zhong尖jian峰feng電dian流liu限xian製zhi措cuo施shi，以yi確que保bao電dian池chi不bu會hui馬ma上shang耗hao盡jin。任ren何he這zhe種zhong類lei型xing的de電dian路lu通tong常chang還hai需xu要yao短duan路lu、過壓和過流保護。

設計師麵臨的挑戰是如何高效地將電池、DC/DC轉(zhuan)換(huan)器(qi)和(he)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)連(lian)接(jie)起(qi)來(lai)，做(zuo)到(dao)既(ji)能(neng)限(xian)製(zhi)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)的(de)尖(jian)峰(feng)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)


，又(you)能(neng)在(zai)負(fu)載(zai)之(zhi)間(jian)不(bu)斷(duan)地(di)對(dui)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)進(jin)行(xing)再(zai)充(chong)電(dian)。能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)充(chong)電(dian)要(yao)求(qiu)的(de)LED閃光燈驅動器現在已經在市場上出現，它可以使得設計師的工作更輕鬆，並節省PCB空間
、成本和上市時間。數碼相機的LED閃光燈需要1～2A電流才能持續閃光120ms。

超chao級ji電dian容rong可ke用yong來lai儲chu存cun必bi需xu的de電dian流liu，並bing在zai不bu分fen流liu主zhu電dian池chi的de情qing況kuang下xia快kuai速su供gong電dian。與yu電dian池chi一yi起qi工gong作zuo時shi，超chao級ji電dian容rong在zai峰feng值zhi負fu載zai期qi間jian釋shi放fang其qi儲chu存cun的de電dian流liu
，在zai兩liang個ge峰feng值zhi負fu載zai之zhi間jian則ze進jin行xing再zai充chong電dian。與yu純chun電dian池chi供gong電dian設she備bei相xiang比bi，帶dai超chao級ji電dian容rong的de電dian源yuan係xi統tong可ke提ti供gong高gao達da2倍的電能，而且還可延長電池的壽命。

很明顯，不管設計師在何時使用超級電容，他們都必須限製尖峰電流。此外，當電壓掉到LED閃光燈的工作電壓以下時，超級電容就需要再充電。當超級電容充滿電時，它必須與充電源斷開。另外
，它還需要短路保護、源過壓保護和過流保護。
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超級電容帶來的好處
　　
超級電容可以大於500k的de周zhou期qi在zai數shu秒miao內nei完wan成cheng再zai充chong電dian
，並bing將jiang電dian能neng儲chu存cun在zai靜jing電dian場chang中zhong。由you於yu完wan全quan充chong滿man電dian時shi隻zhi有you大da負fu載zai電dian流liu才cai可ke能neng把ba電dian壓ya降jiang得de過guo低di，因yin此ci超chao級ji電dian容rong的de使shi用yong也ye減jian少shao了leESR和阻抗。

超級電容可以製造成任何尺寸和外形，不管是扁平型還是小尺寸。超級電容還具有很長的壽命(10～12年)。與電池不同，它們具有非破壞性的開路(高ESR)故障模式。如果一個過高電壓施加到該器件上
，唯一的後果是ESR的輕微增加
，並最終演變到開路狀態。整個過程不會起火
、起煙或爆炸。

設計解決方案

超級電容供電的LED閃光燈單元可以驅動大電流LED，它提供的閃光亮度是標準電池供電LED閃光燈單元的許多倍，或持續時間超過氙氣燈。如圖1所示
，AAT1282含有一個升壓轉換器，它用來將3.2～4.2V電池輸入電壓提升到穩定的5.5V。如果電池電壓為3.5V
，且升壓轉換器效率是90%，那麼電池需要提供3A以上的電流，才能維持一個2A閃光脈衝。這不是會導致電池保護電路關斷電池，就是會引起一個低電壓關斷，而此時電池仍具有大量的電能。
                                    
                                                            圖1 用超級電容為LED供電

這一解決方案還提供一些閃光燈管理功能，如電影模式和超級電容充電功能。該解決方案控製和調節來自手機電池源的電流、提升電池電壓和管理超級電容的充電，以控製和提供終端應用中的LED閃光燈所需要的大電流。

為更好地實現這一目標
， AAT1282具有防止啟動時過大尖峰電流衝擊的內置電路、一個固定的800mA輸入電流限製器
、以及一個超級電容充滿電後的負載斷開電路。其輸出電壓受限於內部過壓保護電路，可防止轉換器和超級電容免受一個開路LED(開路條件下)的損害。

在開路狀態期間，輸出電壓上升並到達5.5V(典型值)，guoyabaohudianluguanbikaiguandianlu
，zuzhishuchudianyajinyibushenggao。yidankailuzhuangtaijiechu
，kaiguandianlumashanghuifugongzuo。kongzhiqihuiguidaozhengchanggongzuozhuangtai
，bingweichiyigepingjunshuchudianya。yigegongyebiaozhunI2C串行數字輸入接口使能/鎖定LED，以及用高達16個針對更低光輸出要求的電影模式設置設定電影模式電流。
                                
                                                             圖2 AAT1282的詳細電路原理
一個詳細的原理圖(見圖2)顯示超級電容周圍隻需要少量的元器件。一個0.55F、85mΩ的超級電容與AAT1282 LED閃光燈驅動器一起使用時可提供9W的LED突發電能。為了達到很高的光亮度，LED閃光燈的驅動電流介於1～2A之間。LED上的正向電壓(VF)可以上升到4.8V。如果我們包括電流控製電路的200mV開銷，你就很容易看到在閃光事件期間總的負載電壓是如何上升到5V的

，這也證明了5.5V輸出電壓是有必要的。
                                                
                                                       圖3 不同驅動條件下的LED閃光測試結果

圖3顯示了采用2個以1A電流驅動的LED閃光燈和1個以2A電流驅動的LED閃光燈的測試結果。正如所見到的一樣，超級電容可以很容易地提供閃光持續120ms所需的電流，同時保持電源電壓充分地高於LED的VF電壓。在兩次閃光之間，超級電容以一個較慢的速率再充電，充電時間在外部設定，可針對不同的電池尺寸和化學原理進行優化。圖4顯示了閃光功能和電影模式選項的數字控製。
                                           
                                                 圖4 閃光功能和電影模式選項的數字控製
　
超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)很(hen)少(shao)用(yong)在(zai)便(bian)攜(xie)式(shi)係(xi)統(tong)中(zhong)。它(ta)們(men)的(de)應(ying)用(yong)通(tong)常(chang)局(ju)限(xian)於(yu)備(bei)份(fen)或(huo)待(dai)機(ji)，這(zhe)些(xie)功(gong)能(neng)使(shi)用(yong)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)電(dian)流(liu)，並(bing)需(xu)要(yao)相(xiang)當(dang)長(chang)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)。通(tong)過(guo)整(zheng)合(he)最(zui)新(xin)推(tui)出(chu)的(de)升(sheng)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)和(he)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)
，設(she)計(ji)師(shi)現(xian)在(zai)可(ke)以(yi)創(chuang)建(jian)緊(jin)湊(cou)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。