ZHCAFU9 October 2025 BQ25822

3 借助 BQ25822 實(shí)現(xiàn)大功率超級電容器備用電源設(shè)計(jì)

圖 3-1 BQ25822 超級電容器備用電源設(shè)計(jì)

要在超級電容器備用電源應(yīng)用中使用 BQ25822，可采用簡化的控制架構(gòu)來管理電流的流向與幅度。流向控制由比較器完成，該比較器將負(fù)載電流與主電源的最大可用電流進(jìn)行對比，確保僅在需要時(shí)才輸出補(bǔ)充電流。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載電流 (i_LOAD) 小于最大可用功率 (i_{PWR_MAX}) 時(shí)，ACUV 引腳被拉高，BQ25822 在正向充電模式下運(yùn)行。如果 i_LOAD 超過 i_{PWR_MAX}，ACUV 引腳被拉至低電平，BQ25822 立即轉(zhuǎn)換至反向模式以提供補(bǔ)電電流。幅度控制通過向 ILIM_HIZ 引腳注入基準(zhǔn)電流來實(shí)現(xiàn)，使運(yùn)算跨導(dǎo)放大器 (OTA) 能夠根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載條件 i_LOAD 實(shí)時(shí)調(diào)整正向或反向補(bǔ)充電流。

在設(shè)計(jì) BQ25822 超級電容器備用電源時(shí)，必須考慮幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)來驗(yàn)證可靠運(yùn)行。以下示例展示了 20kW 應(yīng)用場景下的此設(shè)計(jì)流程。該流程首先需確定標(biāo)稱總線電壓，系統(tǒng)最大負(fù)載及主電源的最大可用功率

方程式 1.

V_{B U S_n o m} = 54 V

方程式 2.

I_{P W R_m a x} = 370 A

方程式 3.

I_{L o a d_m a x} = 740 A

接下來，定義超級電容器組的充電和放電限制，以及瞬態(tài)負(fù)載期間所需的補(bǔ)充功率。

方程式 4.

V_{C a p_c h g} = 46 V

方程式 5.

V_{C a p_d s c h g} = 39 V

方程式 6.

P_{C a p_S u p p l e m e n t} = (V_{B U S_n o m} \times I_{L o a d_m a x}) - {(V}_{B U S_n o m} \times I_{P W R_m a x}) = 20 k W

方程式 7.

I_{C a p_S u p p l e m e n t} = \frac{P_{C a p_S u p p l e m e n t}}{V_{C a p_d s c h g}} = 515 A

根據(jù)這些數(shù)值，基于指定的保持時(shí)間 T_Supplement 來計(jì)算所需的儲能和最小電容，以驗(yàn)證在瞬態(tài)負(fù)載事件期間具備足夠的備用能力：

方程式 8.

T_{S u p p l e m e n t =} 0.25 s

方程式 9.

E_{r e q' d} = P_{C a p_S u p p l e m e n t} \times T_{S u p p l e m e n t} = 5,000 J

方程式 10.

C_{r e q' d} = \frac{2 \times E_{r e q' d}}{{(V}_{C a p_c h g})^{2} - {{(V}_{C a p_d s c h g})}^{2}} = 20 F

最后，依據(jù)每相 40A 的電流限制，確定并聯(lián)的 BQ25822 器件數(shù)量，確保電流均勻分配，并滿足大功率設(shè)計(jì)的擴(kuò)展性需求。

方程式 11.

n_{P h a s e} = \frac{I_{C a p_S u p p l e m e n t}}{40} = 15

注：在使用 BQ25822 進(jìn)行大功率應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，元件選擇和 PCB 布局在驗(yàn)證高效率、熱可靠性和安全運(yùn)行方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。開關(guān) MOSFET 和電感器需選擇具備足夠電氣額定值與熱裕度的型號，以承受大電流與開關(guān)損耗。僅通過 PCB 銅箔面積未必能完全為充電器散熱，因此可能需要外部冷卻（如氣流散熱或加裝散熱片）。

表 3-1 建議元件：

元件	值	建議的器件型號
開關(guān) MOSFET	80V，2.9mΩ	IAUT165N08S5N029
電感器	4.7μH、4.5mΩ	VCMI177T-4R7MN5