LS0502SCD33超级电容器保护IC：备份电源应用的理想之选

作为电子工程师，在设计需要备份电源的系统时，我们常常面临着诸多挑战，比如恶劣环境下的电源稳定性、长待机时间的需求以及对系统的全面保护等。今天，就来和大家分享一款功能强大的超级电容器保护IC——LS0502SCD33，它能为我们的设计提供灵活、集成且紧凑的解决方案。

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1. 产品概述

LS0502SCD33是一款专为带有备份存储电容器或电容器组的系统设计的完整解决方案。它集成了输入过压、过流保护电路、反向阻断开关和超级电容器充电控制电路，还具备内置的电池平衡功能，可对双电池超级电容器系统提供保护。该IC采用DFN3X3 - 10封装，具有较小的解决方案尺寸。

2. 关键特性与优势

2.1 宽电压范围与高输入耐压

• 系统电压：支持3.3 V至5.5 V的系统电压，能适应多种不同的应用场景。
• 输入耐压：具有18 V的输入额定值，并配备过压保护功能，可有效防止输入电压过高对系统造成损坏。

2.2 可编程参数

• 电容电压范围：可编程的1.1 V至5.3 V电容电压范围，可根据实际需求灵活调整。
• 充电电流：支持可编程的超级电容器充电电流，最大充电电流可达350 mA，实现快速充电。
• 输入过流保护：可编程的输入过流保护功能，可根据不同的应用场景设置合适的过流保护阈值。

2.3 自动电池平衡

集成的自动电池平衡电路可在充电时持续监测电池电压，并将两个电池的电压保持在同一水平，确保电池的安全和稳定运行。

2.4 低静态电流

在待机状态下，电路仅消耗2.5 μA的电流，有助于延长系统的待机时间，满足长待机时间的需求。

2.5 其他优势

• 高达2 A的放电电流，可满足系统在备份电源模式下的高功率需求。
• 可编程的电压和电流阈值，且阈值精度为±2 %，保证了系统的稳定性和可靠性。

3. 引脚功能详解

引脚编号	引脚名称	描述
1	VIN	输入电源，需连接到5 V系统电源轨，并通过一个10 μF的电容器旁路到地。
2	PFB	输入电压感应输入，连接到从VIN到地的电阻分压器的中心点，与内部1.2 V参考电压进行比较。当PFB低于1.2 V时，PFLTB将拉高以指示输入电源故障。
3	ILIMT	输入过流保护设置引脚，通过连接一个电阻到地来设置输入过流保护级别。如果ILIMT短路到地，输入电流限制设置为3 A；如果ILIMT浮空，输入电流限制为0 A。
4	ICHG	充电电流输入，用于设置超级电容器充电的最大电流水平。推荐充电电流小于350 mA（R > 10 k）。
5	GND	接地。
6	PFLTB	开漏输入电源故障指示器，当PFB下降到1.2 V以下或（VIN - VSYS）超过360 mV时，PFLTB变低。需连接到外部上拉电阻。
7	CFB	VCAP反馈，连接到从VCAP到地的电阻分压器的上点。当CFB电压高于1.1 V时，停止对超级电容器充电。
8	VMID	超级电容器平衡点，连接到两个堆叠超级电容器的中心点。
9	VCAP	超级电容器连接到两个超级电容器堆叠的顶部点。
10	VSYS	内部系统的电源轨，当存在有效输入电源时，从VIN获取电源；当输入电源故障时，由连接到VCAP的超级电容器提供电源。

4. 绝对最大额定值与热信息

4.1 绝对最大额定值

不同引脚到地的电压范围有所不同，例如VCAP、VSYS、PFLTB到地为 - 0.3至 + 6 V，VIN到地为 - 0.3至 + 18 V等。同时，还规定了ESD等级、焊接温度、结温范围和存储温度范围等参数，在设计时需严格遵守这些额定值，以确保IC的安全运行。

4.2 热信息

在25°C时，最大功耗为2.3 W，热阻也有相应的规定。最大允许功耗是最大结温、结到环境的热阻和环境温度的函数，超过最大允许功耗会导致芯片温度过高，稳压器将进入热关断状态。

5. 推荐工作条件

输入电压范围为 + 3.3至 + 5.5 V，电容电压范围为 + 0.8至 + 5.5 V，工作温度范围为 - 40至 + 85°C，结温范围为 - 40至 + 125°C。在这些推荐工作条件下，IC能保证正常工作。

6. 电气特性

6.1 输入相关特性

• 输入电压范围为3.3 V至5.5 V。
• 输入过压保护阈值电压在VIN上升时，最小值为5.6 V，最大值为6.4 V，过压滞回为0.4 V。
• 输入过流保护方面，不同条件下有不同的过流水平，最大输入过流水平在VIN > 4.2 V且ILIMT连接到地时为3 A。

6.2 充电与放电特性

• 超级电容器充电停止的Vcr阈值电压为1.04至1.12 V，Vcr滞回为40 mV。
• 不同充电电阻和电容电压下，充电电流有所不同，例如RCH = 33 kΩ，VCAP = 3 V时，充电电流为75至125 mA。
• 充电/放电PMOS的导通电阻为100 mΩ。

6.3 其他特性

还包括CFB调节参考电压、CFB泄漏电流、电容电压钳位、最大电容堆叠电压等特性，这些特性共同保证了IC的稳定运行。

7. 典型性能特性

文档中给出了多个典型性能特性图，如充电器电流与VCAP电压的关系、充电器VIN上电和下电的情况、充电时间和放电时间等。通过这些图表，我们可以更直观地了解IC在不同条件下的性能表现，有助于我们在设计中进行参数的优化和调整。

8. 应用场景

LS0502SCD33适用于多种应用场景，如手持工业设备、行车记录仪、物联网设备、智能电表以及带有可拆卸电池的便携式设备等。在这些应用中，它能为系统提供可靠的备份电源保护，确保系统在主电源故障时仍能正常运行。

9. 工作状态分析

系统具有四种状态：待机状态、充电状态、放电状态和欠压锁定（UVLO）状态。

9.1 待机状态

当满足一定条件时，系统进入待机状态，此时M3 FET应保持关闭，M3体二极管需根据VSYS和VCAP电压进行切换。

9.2 充电状态

当VSYS > VCAP，VIN可用且正常，VCAP低于设置点，且两个超级电容器均低于过压保护点时，系统进入充电状态。在该状态下，M3将以ICHG设置的电流限制关闭，并需考虑输入DPPM和软充电结束等特性。

9.3 放电状态

当PFB低于阈值时，认为输入电源消失，此时OVP FET和理想二极管关闭，功率路径控制FET M3打开，将VCAP连接到VSYS。从充电模式或待机模式到放电模式的转换应平滑，且不能让VSYS下降过多，同时为了延长工作时间，静态电流需低于1 μA。

9.4 UVLO状态

当系统长时间依靠超级电容器运行而未充电，最终VCAP下降到过低无法维持系统功能时，系统进入UVLO状态，此时所有电路关闭，只有当VIN恢复供电时，该状态才能清除。

10. PCB布局与焊接参数

10.1 PCB布局

高电流路径（GND、VIN、VSYS和VCAP）应靠近IC，使用短、直且宽的走线。输入电容器和VSYS电容器应尽可能靠近VIN/VSYS和GND引脚，VIN和GND焊盘应使用大面积铜连接，并至少使用两层进行IN和GND走线，以实现更好的热性能。同时，可在VIN和GND焊盘附近添加多个过孔以帮助散热。强烈推荐采用四层布局。

10.2 焊接参数

对焊接过程中的平均升温速率、预热与浸泡温度和时间、高于特定温度的时间、峰值温度、在峰值温度附近的时间、降温速率以及从25°C到峰值温度的时间等参数都有明确规定，需严格按照这些参数进行焊接操作，以确保焊接质量。

11. 订购信息

该产品的型号为LS0502SCD33，标记为0502SC，采用DFN3x3_10L封装，最小订购数量为5000/Tape& Reel。同时，对于不同封装厚度和体积，有相应的分类温度规定。

LS0502SCD33超级电容器保护IC凭借其丰富的功能、灵活的可编程性和出色的性能，为备份电源应用提供了一个全面而可靠的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理利用其各项特性，并严格遵循其电气参数和布局焊接要求，以确保系统的稳定性和可靠性。大家在使用这款IC的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。