ZHCAFU9 October 2025 BQ25822

3 借助 BQ25822 實現大功率超級電容器備用電源設計

圖 3-1 BQ25822 超級電容器備用電源設計

要在超級電容器備用電源應用中使用 BQ25822，可采用簡化的控制架構來管理電流的流向與幅度。流向控制由比較器完成，該比較器將負載電流與主電源的最大可用電流進行對比，確保僅在需要時才輸出補充電流。當系統負載電流 (i_LOAD) 小于最大可用功率 (i_{PWR_MAX}) 時，ACUV 引腳被拉高，BQ25822 在正向充電模式下運行。如果 i_LOAD 超過 i_{PWR_MAX}，ACUV 引腳被拉至低電平，BQ25822 立即轉換至反向模式以提供補電電流。幅度控制通過向 ILIM_HIZ 引腳注入基準電流來實現，使運算跨導放大器 (OTA) 能夠根據系統負載條件 i_LOAD 實時調整正向或反向補充電流。

在設計 BQ25822 超級電容器備用電源時，必須考慮幾個關鍵參數來驗證可靠運行。以下示例展示了 20kW 應用場景下的此設計流程。該流程首先需確定標稱總線電壓，系統最大負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，以及瞬態負載期間所需的補充功率。

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

根據這些數值，基于指定的保持時間 T_Supplement 來計算所需的儲能和最小電容，以驗證在瞬態負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，依據每相 40A 的電流限制，確定并聯的 BQ25822 器件數量，確保電流均勻分配，并滿足大功率設計的擴展性需求。

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 進行大功率應用設計時，元件選擇和 PCB 布局在驗證高效率、熱可靠性和安全運行方面發揮著關鍵作用。開關 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 MOSFET	80V，2.9mΩ	IAUT165N08S5N029
電感器	4.7μH、4.5mΩ	VCMI177T-4R7MN5