手機(jī)正在變成終極集大成便攜式消費(fèi)電子平臺。它的性能包括：捕捉高質(zhì)量圖像,、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)訪問,、清脆的音頻、更長的通話時(shí)間,、以及更長的電池壽命,。不過，一個(gè)主要的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)也正在浮現(xiàn)出來,。為了適應(yīng)高度復(fù)雜的移動應(yīng)用,，手機(jī)電池仍然需要費(fèi)很大的力氣才能提供足夠的峰值功率，這就推動了可為高性能操作提供所需功率的電路的需求,，這種電路可以在不過載電池的前提下在短時(shí)間內(nèi)儲存大電流,。

        對高級照相手機(jī)制造商來說,，最重要的挑戰(zhàn)就是提供高亮度相機(jī)閃光燈所需的大峰值電流。隨著照相手機(jī)的分辨率增長到三百萬像素及以上,，產(chǎn)生高質(zhì)量圖像所需的光通量也已急劇提高,。為了匹配數(shù)碼相機(jī)的照片質(zhì)量，必須以高達(dá)2A的電流驅(qū)動LED" target="_blank">LED閃光燈,，或?qū)㈦瘹忾W光管充電到330V以上,。手機(jī)的其他應(yīng)用（包括RF功放、GPS導(dǎo)航,、互聯(lián)網(wǎng)訪問,、音樂和視頻）也有可能超過電池電流的供應(yīng)能力。

設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

        照相手機(jī)在中度到低度光照條件下需要一個(gè)高亮度閃光燈來產(chǎn)生曝光充分的圖片,。設(shè)計(jì)師可以選擇LED或氙氣閃光管,，但它們兩者都有相應(yīng)的挑戰(zhàn)。

        大電流LED閃光燈需要4倍于電池提供的功率,，才能產(chǎn)生高分辨率圖像所需的光亮度,。為了克服功率限制問題，一些照相手機(jī)已經(jīng)采用更長的閃光曝光時(shí)間來補(bǔ)償光通量的不足,，而這會導(dǎo)致圖片的模糊,。

        氙氣閃光管可提供很好的光照度，但它的閃光曝光時(shí)間很短,，因此不能用于視頻捕捉/電影模式功能,。它所需的電解儲存電容對纖薄型設(shè)計(jì)來說體積太大、工作電壓很高,，兩次閃光之間需要較長時(shí)間才能充滿電,，不能用于手機(jī)中其他需要峰值功率的應(yīng)用。

        解決為每個(gè)LED閃光燈提供1～2A驅(qū)動電流問題的方法之一是,，用一個(gè)電容來儲存電流,，并在不分流主電池的情況下快速供電。不過,，如果采用傳統(tǒng)電容要儲存大電流,，不是需要一個(gè)體積非常大的大容量電容，就是需要多個(gè)并聯(lián)起來的中等容量電容,。對于空間受限的便攜式系統(tǒng)來說,，更為實(shí)用的解決方案是采用容值非常高的超級電容。通過使用一個(gè)超級電容,，設(shè)計(jì)師可以為這些短持續(xù)間隔的事件提供所需的大電流,，并在這些事件之間通過電池對它們再充電。為了支持電池,，設(shè)計(jì)師可以增加一個(gè)很薄的超級電容，這可在不犧牲纖薄手機(jī)設(shè)計(jì)的情況下應(yīng)對手機(jī)的峰值功率需求（如為拍照、音頻和視頻,、無線傳輸和GPS結(jié)果閱讀提供閃光）,。它也允許設(shè)計(jì)師通過僅滿足平均功耗而不是峰值功耗來最佳地調(diào)整電池和功率電路的大小，減少系統(tǒng)的占板面積,。

設(shè)計(jì)一個(gè)超級電容

        超級電容（SC）是什么,？像任何電容一樣，一個(gè)超級電容基本上也是由兩塊并行的導(dǎo)電板構(gòu)成的,，中間隔以被稱為電介質(zhì)的絕緣材料,。電容的容值與導(dǎo)電板的面積成正比，與電介質(zhì)的厚度成反比,。開發(fā)超級電容的制造商通過采用多孔碳材料制造導(dǎo)電板以使得表面積最大,，以及采用像分子那樣薄的電解液作為電介質(zhì)以將兩塊導(dǎo)電板之間距離減至最小，在最小化尺寸的情況下實(shí)現(xiàn)了更高的電容值,。

        采用這一方法,，可以制造出容值為16mF～2.3F的電容。這些電容可等效為非常低的內(nèi)部電阻或ESR（等效串聯(lián)電阻）,，這使得它們可在最小化輸出電壓的同時(shí)提供高峰值電流脈沖,。通過以相對較小的外形尺寸提供非常高的電容值，這些超級電容降低了系統(tǒng)對PCB板面積的需求,。它們可以制造成任何尺寸和形狀,，而且可在數(shù)秒內(nèi)完成再充電，可將電池壽命延長5倍,，并允許設(shè)計(jì)師采用更小,、更輕和更廉價(jià)的電池。

固有挑戰(zhàn)

        不過,，這一低ESR在充電過程中為設(shè)計(jì)師帶來了一個(gè)問題,。在任一系統(tǒng)中，電容在最初使用前都是放空的,。隨后,，當(dāng)電源電壓施加以后，超級電容看起來就像是一個(gè)低值電阻,。如果該電流不被控制或限制,，就會導(dǎo)致一個(gè)巨大的尖峰電流。因此,，設(shè)計(jì)師必須實(shí)現(xiàn)某種尖峰電流限制措施,，以確保電池不會馬上耗盡。任何這種類型的電路通常還需要短路,、過壓和過流保護(hù),。

        設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)是如何高效地將電池,、DC/DC轉(zhuǎn)換器和超級電容連接起來，做到既能限制超級電容的尖峰充電電流,，又能在負(fù)載之間不斷地對超級電容進(jìn)行再充電,。能夠滿足超級電容充電要求的LED閃光燈驅(qū)動器現(xiàn)在已經(jīng)在市場上出現(xiàn)，它可以使得設(shè)計(jì)師的工作更輕松,，并節(jié)省PCB空間,、成本和上市時(shí)間。數(shù)碼相機(jī)的LED閃光燈需要1～2A電流才能持續(xù)閃光120ms,。

        超級電容可用來儲存必需的電流,，并在不分流主電池的情況下快速供電。與電池一起工作時(shí),，超級電容在峰值負(fù)載期間釋放其儲存的電流,，在兩個(gè)峰值負(fù)載之間則進(jìn)行再充電。與純電池供電設(shè)備相比,，帶超級電容的電源系統(tǒng)可提供高達(dá)2倍的電能,，而且還可延長電池的壽命。很明顯,，不管設(shè)計(jì)師在何時(shí)使用超級電容,，他們都必須限制尖峰電流。此外,，當(dāng)電壓掉到LED閃光燈的工作電壓以下時(shí),，超級電容就需要再充電。當(dāng)超級電容充滿電時(shí),，它必須與充電源斷開,。另外，它還需要短路保護(hù),、源過壓保護(hù)和過流保護(hù),。

超級電容帶來的好處

       超級電容可以大于500k的周期在數(shù)秒內(nèi)完成再充電，并將電能儲存在靜電場中,。由于完全充滿電時(shí)只有大負(fù)載電流才可能把電壓降得過低,，因此超級電容的使用也減少了ESR和阻抗。

        超級電容可以制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(gè)過高電壓施加到該器件上，唯一的后果是ESR的輕微增加,，并最終演變到開路狀態(tài),。整個(gè)過程不會起火,、起煙或爆炸。