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本文是一段关于“超级电容作为后备电源的电路设计求助”对话。
网友“校长001”求助： 本人目前在设计一块板卡，板卡内部嵌入一块工业核心板（主要做一些软件上的算法等，基于LINUX的操作系统，工业核心板从板卡上取电，工作电压范围是4.5v-5.5v），想在板卡上设计超级电容作为板卡的后备电源，当板卡掉电时能给核心板供电让操作系统保存并安全退出即可，但是之前没有使用过超级电容，不知道超级电容电路怎么设计，另外超级电容的型号又怎么选择，请哪位高手指点指点。
网友“小麻”回复： 首先我们应该明白，超级电容也是电容，只是工艺不一样，使用的特点不一样，所以，作为你的设计要求来说，超级电容是应该放在最后来考虑的问题。
1、这类系统一般需要先做个初步评估，到底系统耗多少电？水平高的可以直接预估，差一点就老老实实的测试去吧。测试完成后，就有一个总的功率指标了。
2、然后，我们需要另外一个重要的指标，那就是系统关机备份的时间，这个时间实际上应该包含操作系统本身的时间，以及你的应用程序保存数据的时间，根据linux的系统的经验，这个时间并不短，估计在几秒－20秒左右。
3、需要注意的是，linux系统已经是一个比较复杂的系统，如果你的系统安装了一些复杂驱动，比如usb的驱动、wifi的驱动，那么这个关机的时间可能是非常长的，甚至根本没法正常关机，这是一个需要考虑的因素，具体情况自己分析吧。
4、得到这两个指标后，我们就可以大概估算一下的能量了，当然需要留余量，而且电容的能量是不能放光的，因为放到后面电容的电压已经很低了，满足不了系统的工作电压要求，所以这些也都需要考虑进去。
5、接下来可以对系统进行优化，优化的主要工作是尽量消除在关机时候的无关能量开销，比如显示器这类耗电大户，在关机时应该没有用的，一些外围设备如网卡等设备也可以归于此类，尽量保留核心部分的供电和最必须的外围接口供电，然后可以计算一下节约的能量，如果节约比例特别高，可以进一步修正对电容容量的需求。
6、接下来就是这类系统设计的要点了，电源供电设计，跟普通电源设计不一样的地方，这个时候需要考虑供电分离和控制问题，也就是当外部掉电后，自动关闭那部分电源，通常会用二极管和电源IC的使能脚来进行供电控制，以达到供电回路隔离的作用。
关于供电回路隔离我这里再讲几个需要注意的细节：
A、一般来说，尽量全局供电，因为分布供电后，IC之间的接口容易出问题，最典型的就是，某个IC供电不供了，但是它的IO端口确连接到一个还在工作的IO端口上，那么IO端口的电源还是会产生复杂的交联，造成一些错误电平，甚至又逆向供电给其他的器件，当然这个时候的电压不正确。而且，这种状态下，本来对IC来说也属于不正常的工作状态，对器件的可靠性、寿命等都有损害，所以，如果需要分布供电，一般接口最好选用光隔离模式，确保隔离后的部件处于安全的状态。
B、如果整体供电，某些器件也有可以通过使能脚来控制电流，因为很多ic都有standby模式，当使能禁止后，会自动进入低功耗状态，可以减少一定的电流开销。
C、供电回路特别需要考虑接口的电平问题，因为接口连接到外部设备，如果某些部件掉电后，造成错误的IO输出，也许会造成外围设备损害或者误操作。
7、最后当然就是供电事件通告，通常用中断方式，当外部供电消除时，产生中断，系统响应中断后，负责清理程序，备份工作，最后关机。
关于超级电容的型号，主要就是容量和耐压，常见的容量主要分布在两个段范围，1F附近，0.1 - 1F左右的，这类器件耐压通常为5V左右。另外就是100F以上了，不过这类器件耐压相比前面的器件要低一些。因为产品应用行业的问题，我们对器件要求很高，所以一般我们选用的是Cooper Bussmann 生产的超级电容，后面的那种超级电容的价格超贵，我估计你是用不起的。
顺便我根据我们应用经验说一下，超级电容我们一般在三种情况下应用：
一：单片机或嵌入式系统类板卡使用，功耗低，关机速度快，通常在1s以内关机，可以用电容代替可充电电池，使板卡的寿命可靠性提高，而且简化电路设计。
二：代替CMOS的备份电池，可以提供几十分钟，甚至几个小时的时间，取消了原来备用电池，可以大幅度提高板卡寿命。
三：在有些系统中，用于瞬时掉电的功能使用，我们目前设计的一个产品就有这样的要求，在几十ms时间内提供能量补充。
根据lz你的资料看来，如果板卡比较耗电，建议还是采用可充电锂电池代替电容更好，基本上不用考虑电源管理问题和时间问题，而且成本也低，这个对设计可靠性也有很大的提高。
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