4通道超级电容器自动平衡PCB：SABMB16及相关产品解析

在电子工程领域，超级电容器的应用越来越广泛，而其电压平衡问题一直是工程师们关注的焦点。今天就和大家分享一款来自Advanced Linear Devices, Inc.的4通道超级电容器自动平衡PCB——SABMB16及其系列产品。

文件下载：SABMB16.pdf

1. 产品概述

SABMB16是一款4通道通用印刷电路板（PCB），专为系统设计师和应用开发者与整个ALD8100XX和ALD9100XX系列的SAB™ MOSFET配合使用而设计。SAB MOSFET是独家的EPAD® MOSFET，可解决串联连接的超级电容器单元的泄漏和电压平衡问题。

每个SABMB16可以平衡串联堆栈中的2到4个超级电容器，并且这些电路板可以级联，以平衡多个串联堆栈，每个堆栈最多4个超级电容器。该产品适用于从2个串联到数百个串联的超级电容器堆栈，以及0.1F到3000F及以上的超级电容器。使用SABMB板的平均额外功耗为零，这使得这种超级电容器平衡方法非常节能，特别适用于低损耗能量收集和长寿命电池供电应用。

2. 产品特点

2.1 MOSFET安装灵活性

• 每块板可安装两个ALD9100XX双MOSFET单元或一个ALD8100XX四MOSFET单元。
• 同一SABMB16板上可以同时安装两个ALD9100XX和一个ALD8100XX，其中两个ALD9100XX串联连接，而ALD8100XX与两个ALD9100XX单元并联连接。

2.2 可选元件安装

• 可选R1和R2电阻，阻值范围从开路到0.0Ω。
• 必要时，可在每个SAB MOSFET上安装反向偏置的外部钳位功率二极管（肖特基整流器）。

2.3 级联功能

多个SABMB16 PCB可以级联形成串联链，与串联连接的超级电容器单元链并联。

2.4 紧凑设计

尺寸为0.6英寸×1.6英寸，带有安装孔。

2.5 温度范围

额定工作温度范围为 -40°C至 +85°C，符合RoHS标准。

3. 订购信息

产品编号	描述
SABMB16	空白通用PCB
SABMB810025	带有一个ALD810025SCLI的SABMB16板
SABMB910025	带有两个ALD910025SALI的SABMB16板
SABMB8100XX	带有一个ALD8100XXSCLI的SABMB16板
SABMB9100XX	带有两个ALD9100XXSALI的SABMB16板

其中，SABMB8100XX/SABMB9100XX可选择安装特定的ALD8100XXSCLI或ALD9100XXSALI单元，XX = 16, 17, 18, …, 30。

4. 安装与连接

4.1 MOSFET安装

SABMB16 PCB是一块空白板，采用符合RoHS标准的FR4材料制成，可安装多达两个8引脚的ALD9100XX单元或一个16引脚的ALD8100XX单元。用户只需将PCB安装好，并将SABMB16板上的适当连接线路连接到相应的超级电容器节点即可。

4.2 连接配置

每个SABMB16 PCB有两个8引脚SOIC封装的焊盘，用于安装最多两个ALD9100XX单元，以及一个16引脚SOIC封装的焊盘，用于安装一个ALD8100XX，该ALD8100XX与两个ALD9100XX焊盘并联连接。板上有标记为V+、A到E和V-的端子，每个端子有两个接线孔，便于将同一端子节点连接到两个外部连接点。V+直接连接到端子A，必须连接到单个SABMB16 PCB板的最高正电压；V-直接连接到端子E，必须连接到同一SABMB16板的最低负电压。所有其他端子（B、C和D）的电压必须在V+和V-之间，以确保电路板正常工作。

4.3 级联连接

多个SABMB16板可以串联连接。例如，三个安装了ALD810025SCLI的SABMB16板可以串联连接到30V电源，但要注意确保每个SABMB16板的V-连接到下一个串联SABMB16板的V+，以使每个板的V+到V-的内部电压不超过10V（30V / 3 = 10V）。

5. 超级电容器平衡原理

超级电容器在串联使用时，由于每个电容器的电容、内阻和泄漏电流存在差异，会导致单元电压不平衡。如果某个单元的电压超过其额定最大电压，会导致使用寿命缩短，甚至发生破裂和灾难性故障。因此，需要一种自动调节（电荷平衡）和监控最大电压的方法。

SAB MOSFET通过其高输入阈值电压，在超级电容器充电初期完全关闭，消耗零漏极电流，最大限度地提高能量收集效率。只有当超级电容器充电到其最大额定电压的90%以上时，SAB MOSFET才会开始工作，进行电荷平衡。

6. 应用场景

6.1 能量收集应用

超级电容器在能量收集应用中具有重要作用，它可以缓冲和存储来自低能量源的能量，以驱动更高功率的负载。在能量收集应用中，超级电容器的泄漏电流是一个关键因素，因为平均能量收集输入电荷必须超过超级电容器的平均内部泄漏电流，才能实现净能量的收集和存储。SAB MOSFET由于其独特的平衡特性和近乎零的电荷损失，非常适合用于能量收集应用中的超级电容器电荷平衡。

6.2 电池供电应用

许多需要超级电容器来提高功率输出的电池供电电路可以从使用SAB MOSFET进行超级电容器平衡中受益。使用SAB MOSFET进行超级电容器堆栈平衡时，额外的功率消耗实际上可能为负，因为添加SAB MOSFET可以通过降低泄漏较大的超级电容器的工作偏置电压来节省超级电容器的泄漏电流和相关的功率损耗。对于依赖长寿命电池使用的应用，必须考虑超级电容器的泄漏电流和平衡电路的功率消耗，因为涉及的电流是稳态直流电流，在应用的整个生命周期和电池寿命期间持续存在。

7. 注意事项

• 用户必须将任何ALD9100XX芯片上的电压限制在最大15.0V。
• 在安装ALD8100XX/ALD9100XX单元时，必须使用标准的ESD保护设施和处理程序，以防止静电敏感设备受到损坏。安装后，连接配置将保护ALD8100XX/ALD9100XX单元免受ESD损坏。当连接到超级电容器堆栈时，由于超级电容器的大电容，ALD8100XX/ALD9100XX还能进一步免受几乎任何ESD损坏。

总之，SABMB16及其系列产品为超级电容器的电压平衡提供了一种简单、高效、节能的解决方案，适用于多种应用场景。作为电子工程师，在设计涉及超级电容器的电路时，可以考虑使用这些产品来提高系统的性能和可靠性。大家在实际应用中有没有遇到过超级电容器电压平衡的问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。