當前，越來越多的超級電容器應用于小功率短時后備電源，例如電力用Ⅰ/Ⅱ型集中器、故障指示器、汽車行車記錄儀、北斗導航控制器等等。然而，在實際使用過程中，很多隱性的問題逐漸凸現，例如超級電容周邊PCB腐蝕、超級電容鼓底或提前失效等等，這些問題給超級電容的應用帶來不小的困擾。正是基于此，需要設計一款高集成度微型超級電容后備電源，一方面可以保證超級電容極其相關電路的獨立性；另一方面，有利于提升超級電容充放電管理電路的性能，避免不恰當的管理電路設計帶來的負面影響。
為解決現有分離式超級電容應用中出現的問題，結構設計主要應實現如下幾個要求：
（1）整體外形與超級電容自身結構兼容。當前市場上圓柱狀卷繞式超級電容占主導地位，為充分壓縮模塊超級電容后備電源模塊整體體積，且不顯著改變原有電容的封裝外形，結構整體輪廓需與超級電容本體緊密結合與匹配。
（2）PCB板集成簡易。超級電容后備電源模塊應預留足夠的空間給充放電管理電路PCB使用，同時該空間位置應方便PCB安裝，以最大限度減少PCB集成難度。
（3）超級電容后備電源模塊采取整體灌膠密封處理，為此，在整體結構設計過程中，應通過內部組件之間的配合，預留必要的膠液通道，這樣既可以保證灌膠的質量，也可以保證灌膠的效率。
（4）精簡加工工序。超級電容后備電源模塊內部各組件應可實現簡單快速安裝，以適應后續批量化生產的要求。
2、電路設計
可見，超級電容后備電源模塊主要由充電管理單元M1、放電管理單元M2、超級電容模組SC1和不間斷控制單元L1四個部分構成。其中，充電管理單元M1依據不同的充電時間要求，結合超級電容自身特性完成對超級電容模組SC1的充電；放電管理單元M2則根據不同的放電負載要求而進行放電；不間斷控制單元L1則通過邏輯控制在輸入供電掉電時，將超級電容無縫切入，繼續給負載供電。
相比較而言，超級電容器的儲能密度低于常用鋰電池或鉛酸電池。正是基于此，在很多微小功率短時后備電源的場合，例如幾秒到幾十秒之內后備供電時間，超級電容器是諸多儲能器件中較為理想的一種選擇。這主要體現在如下幾個方面：
首先，超級電容器充放電管理比較簡單。鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰電池等等電池，均需要嚴格的充放電管理電路，同時，充放電管理電路也較為復雜，充放電過程中，電壓、電流需按照電池特性進行分階段控制，還要對電池工作溫度進行實時監控和報警。對微小功率后備電源來說，復雜的充放電管理電路，一方面會增加電路設計難度，另一方面也會導致模塊體積偏大，成本偏高。而選用超級電容器，其充放電電路可以極大簡化，在體積和成本方面的優勢尤其突出。
其次，超級電容器能量利用率高。當前市面上的電池產品，小微容量產品極少，很難尋找到一款幾個或數十個mAh的成熟電池產品。若選用傳統電池來制作微小功率短時后備電源模塊，只能選擇較大容量的電池產品，無形之中構成電池儲能的極大浪費。電池的儲能如不及時利用，隨著時間的延長會在內部消耗，能量利用率極低。
再次，超級電容充電速度快。傳統電池要完成飽和充電，需要一個或幾個小時才可以完成，過快的充電速度會造成電池電芯內部劇烈化學反應，使電池內芯溫度劇增，嚴重時甚至發生裂縫、爆炸、起火等危險。超級電容器具備高功率密度，可以承受大電流快速充電，進而極大縮減充電時間，在數秒或者數分鐘之內即可儲存90%以上的能量。
還有，超級電容器組合簡單靈活。當前市場上主流超級電容器單體為柱狀引針式，類似于常見的鋁電解電容，串并聯均比較靈活，簡單組合即可構成多種電壓和容量規格等級?？梢?，超級電容特有的封裝形式，保證其組合的靈便性，這是傳統電池所無法企及的。
綜上，選擇超級電容器作為小微功率短時后備電源儲能器件。
1）充電管理單元設計
恒流限壓充電特性曲線
（2）放電管理單元設計
根據實際負載電壓需求，可選擇不同的升降壓方案來完成放電單元電路設計。放電管理單元電路具備如下幾個特性：
①超級電容模組漏電損耗極低。放電管理單元待機過程中，升降壓電路處于關斷狀態，即升降壓電路不工作。超級電容模組SCM1通過放電管理電路產生的漏電極小，相應產生的漏電損耗也極低。
②放電單元開關可控。除了上文描述的Vin掉電控制放電單元開啟工作外，還可以通過在外部施加電平控制信號來實現SCM1的放電。在很多不需要超級電容模組立即放電的場合，可以通過外部施加信號CTRL編程，實現分時輸出電壓或者按某一特定頻率輸出電壓等等應用，擴展超級電容后備電源模塊功能。
（3）不間斷控制單元設計
（4）設計比較優勢
綜合上述設計不難發現，該超級電容后備電源模塊具備如下幾個突出優勢：
1）高集成度。將超級電容模組及其充放電管理電路合二為一，具備較高的集成度。使用該模塊可以簡化超級電容終端用戶電路設計，免去終端用戶設計充放電管理電路的困擾，讓終端用戶產品設計更加簡單、高效。
2）輸出靈活控制。模塊預留CTRL外部控制信號，終端用戶可以通過CTRL信號編程，實現所需的特定電壓輸出時序。當終端用戶不使用CTRL信號時，模塊自動默認為不間斷后備電源模式。這無疑都極大地增加了終端用戶使用的靈活性。
3）寬輸入電壓。模塊內置兩級降壓電路，可適應寬范圍輸入電壓。即使輸入電壓出現大范圍波動，模塊也可通過自身調整實現可靠充電。當然，寬的輸入電壓范圍也能讓模塊兼容多個輸入電壓軌，增加其適用性。
4）環境適用性強。模塊整體采用灌膠密封處理，防水、防潮、防腐蝕，防護等級較高，可適用于各類一般惡劣環境。
5）避免漏液風險。當前，長期使用中“漏液”腐蝕PCB問題已經引起各大超級電容廠商和終端用戶的高度關注，經過前期探索和試用，采用二次灌膠密封處理可以有效避免“漏液”問題的發生，并得到大家的廣泛認可。模塊正好可以解決這一行業難題，解除“漏液”腐蝕PCB困擾；
6）易安裝和維護。模塊自成一體，類似與獨立電池系統。當模塊發生故障時，直接更換即可，維護工作量較小。而采用分離式電路設計，一旦充放電管理電路出現故障，不得不更換整個終端產品，并仔細排查整個產品中每一個電路模塊，這顯然會增加維護成本，也加大了維護工作量。
3.設計比較優勢
綜合上述設計不難發現，該超級電容后備電源模塊具備如下幾個突出優勢：
1）高集成度。將超級電容模組及其充放電管理電路合二為一，具備較高的集成度。使用該模塊可以簡化超級電容終端用戶電路設計，免去終端用戶設計充放電管理電路的困擾，讓終端用戶產品設計更加簡單、高效。
2）輸出靈活控制。模塊預留CTRL外部控制信號，終端用戶可以通過CTRL信號編程，實現所需的特定電壓輸出時序。當終端用戶不使用CTRL信號時，模塊自動默認為不間斷后備電源模式。這無疑都極大地增加了終端用戶使用的靈活性。
3）寬輸入電壓。模塊內置兩級降壓電路，可適應寬范圍輸入電壓。即使輸入電壓出現大范圍波動，模塊也可通過自身調整實現可靠充電。當然，寬的輸入電壓范圍也能讓模塊兼容多個輸入電壓軌，增加其適用性。
4）環境適用性強。模塊整體采用灌膠密封處理，防水、防潮、防腐蝕，防護等級較高，可適用于各類一般惡劣環境。
5）避免漏液風險。當前，長期使用中“漏液”腐蝕PCB問題已經引起各大超級電容廠商和終端用戶的高度關注，經過前期探索和試用，采用二次灌膠密封處理可以有效避免“漏液”問題的發生，并得到大家的廣泛認可。模塊正好可以解決這一行業難題，解除“漏液”腐蝕PCB困擾；
6）易安裝和維護。模塊自成一體，類似與獨立電池系統。當模塊發生故障時，直接更換即可，維護工作量較小。而采用分離式電路設計，一旦充放電管理電路出現故障，不得不更換整個終端產品，并仔細排查整個產品中每一個電路模塊，這顯然會增加維護成本，也加大了維護工作量。
