5s 超级电容器设计可提供更多能量，因此主要用于集中式架构。下一节将展示 5s 超级电容器的三种不同的电源管理设计。

• 降压/升压充电 + 二极管放电

使用降压/升压转换器为超级电容器充电。使用二极管将超级电容器的能量释放到电机驱动器。以 5s、2.7V、25F 超级电容器为例，超级电容器额定电压为 13.5V。汽车 12V 主电池的工作电压范围为 9V-16V，因此需要降压/升压充电器，例如 TPS552892-Q1。使用二极管 LM74700-Q1 进行放电，以便为电机供电。由于电机工作电压范围为 9V 至 16V，超级电容器只能放电至 9V，无法利用低于 9V 的能量。由于超级电容器在生产制造上的差异，当超级电容器串联时，各串联单体的电压可能不平衡。因此，需要 BQ79607-Q1/BQ78709-Q1（ASIL-B 版本）之类的电芯均衡 IC，实时监测每个电芯的电压并进行被动放电，以均衡各电芯电压并延长超级电容器寿命。

CPM 还需要 MCU、SBC 和电机驱动器。MCU 作为控制 CPM 的中央系统运行，建议使用 MSPM0G3107-Q1。SBC 可选用 TCAN2845-Q1，它集成了 CAN-FD 收发器和 3.3V LDO，用于为 MCU 供电并与 ZCU 通信。使用电机驱动器驱动电机，例如 DRV8244-Q1。推荐系统的方框图如图 4-1 所示。

图 4-1 5s 超级电容器系统方框图：降压/升压充电和二极管放电

图 4-2 是 TPS552892-Q1 为超级电容器充电的测试波形。通道 1-3 分别为使能引脚 EN、超级电容器电压 VOUT、充电电流 IOUT。从波形可以看出，使能引脚变为高电平后，TPS552892-Q1 进入恒流充电阶段，以 2.5A 恒流为超级电容器充电，直到电压达到约 12.5V。随后 IC 进入恒压充电阶段，在此期间充电电流逐渐减小。整个充电过程持续 25 秒。有关更详细的应用信息，请参阅采用带降压/升压转换器的 5S 超级电容器解决方案的电子闩锁。

图 4-2 使用 TPS552892-Q1 为超级电容器充电的测试波形

• 降压/升压充电 + 升压放电

在放电期间，使用 LM5122-Q1 之类的升压控制器替代二极管，可以充分利用超级电容器的能量。当超级电容器电压低于 9V 时，可通过升压控制器将输出升至 12V 来驱动电机。系统方框图如图 4-3 所示。

图 4-3 5s 超级电容器系统方框图：降压/升压充电 + 升压放电

• 使用双向降压/升压控制器进行充电和放电

在下面的设计中，需要降压/升压充电器和升压控制器来实现放电。TI 推出了一款双向降压/升压控制器 LM51772-Q1，其使用同一电路进行充电和放电。它具有更高的集成度，可显著降低系统成本。系统方框图如图 4-4 所示。详细的应用手册请参阅使用 LM51772 的电池或电容器备用操作。

图 4-4 5s 超级电容器系统方框图：使用双向降压/升压控制器进行充电和放电