20年不换电池的物联网设备，靠的是什么？( 二 ) 成过多的放电

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如上表所示，单电池供电、使用HLC和使用超级电容器相比，各有优势，但使用超级电容器的方案更具成本优势。
超级电容需要一系列电源管理功能
超级电容的充放电需要有一系列的电路管理，包括充电路径、放电路径以及电源路径管理，这增加了电路设计的复杂性。 TPS61094是一款超级电容充放电一体化双向降压升压转换器，它具有高度集成的特性，外部仅需少数无源器件，并且其Iq仅有60nA ，其简单的设计可以更好地满足客户对于超级电容器方案的接受度。根据TI的仿真及实际用户设计结果参考，并结合考虑超级电容与HLC相比的成本，该方案可以提高20%的系统待机时间，减少50%的组件并显著降低系统成本。

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如图所示，当系统电源接通时， TPS61094进入Buck_on模式：打开旁路场效应晶体管(FET) ，为超级电容器提供500mA的恒定电流，并在超级电容器两端电压为2.5V时停止充电。 VSYS直接为VOUT供电。当断电导致VSYS下降时， TPS61094会自动进入Boost_on模式：关闭旁路FET ，并通过超级电容器中存储的电荷为VOUT供电。
邹鹏总结道， TPS61094有三项的关键的优势：分别是高集成度、高功率密度以及超低的Iq 。
与同类竞品的升压转换器相比， TPS61904具有2A的电感峰值电流，是其他竞品的两倍。可以满足NB-IoT、蓝牙、W-Mbus等多种无线技术的峰值电流要求
此外，邹鹏还表示，满电状态下超级电容的电压为2.7V ，但是最低可以支持0.8V左右的放电电压。很多用户使用时习惯采用两节电容串联，然后通过LDO降压为系统供电，负载MCU的工作电压为3.3V ，这样超级电容无法被完全利用。而TPS61094采用了升压电路，仅凭一颗超级电容就可以实现3.3V的输出，可以更好地利用超级电容里的能量，从而延长寿命并节省成本。
针对备用电源应用，响应速度是一项重要指标， TPS61094通过监测输出端的dv/dt斜率，并在任一给定时刻调整其调节行为以优化瞬态性能。这样可以快速地检测输出电压降，同时保持低IQ 。
此外，由于超级电容非常脆弱，电压过高可导致电解液分解或电容器发热等现象，因此充电必须保证高精度及可靠性， TPS61904可以在-40℃至150℃的全温度范围内，实现±2%的精度，充电输出电流可设置从2.5mA至600mA ，并且具有包括输出短路保护及热关断保护在内的保护系统。
更灵活的模式设置
TPS61094可以自动实现超级电容的充放电管理切换，无需外围检测电路或者MCU进行控制，因此可靠性更高功耗更低，而且更简单易用。
但邹鹏也强调，该芯片是可配置的，以满足用户的不同场景需求，同时也可以应对超级电容自放电等弊端。

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在强制降压模式下， TPS61094将器件的输出直接连接到输入，而降压转换器则输出一个设置恒定电流，为备用超级电容充电。当超级电容器充电到预设终止电压时，降压转换器停止充电。当超级电容电压下降到低于设置电压75mV时，降压转换器再次开始为超级电容充电。
在强制旁路模式下， TPS61094打开旁路MOSFET ，输出电压等于输入电压。在此模式下， TPS61094的IQ约为4nA 。
而在真关断模式下， TPS61094可以断开负载与电池输入引脚及超级电容引脚的连接。
此外该器件还支持真关断模式，完全切断负载与输入端的连接。