超级电容的应用

法拉电容应用
1、 法拉电容充放电电路
超级电容的应用_第1张图片
说明

  限流电阻的大小主要取决于用户电源系统的功率,如果用户电源系统的功率比较大,那么限流电阻可以取小一点,如果电源功率比较小,那么电阻取大一些,同时注意电阻的功率,正常功率必须在1W以上。比如电源最大工作电流为1A,电压5V,那么限流电阻取5欧左右,功率为5W。此充电电路只限于内阻很小的法拉电容,比如柱式法拉电容,对于内阻比较大的法拉电容,则无须限流电阻,比如扣式法拉电容。放电二极管可以选取正向导通压降比较小的齐纳二极管,同时保证一定的功率。

2、 如何选择超级电容
  超级电容器的两个主要应用:高功率脉冲应用和瞬时功率保持。高功率脉冲应用的特征:瞬时流向负载大电流;瞬时功率保持应用的特征:要求持续向负载提供功率,持续时间一般为几秒或几分钟。瞬时功率保持的一个典型应用:断电时磁盘驱动头的复位或者GPRS联网时大电流脉冲补偿。不同的应用对超电容的参数要求也是不同的。高功率脉冲应用是利用超电容较小的内阻(R),而瞬时功率保持是利用超级电容较大的容量(C)。 
  下面提供了两种计算公式和应用实例: 
  C(F): 超电容的标称容量; 
  R(Ohms): 超电容的标称内阻; 
  ESR(Ohms):1KZ下等效串联电阻; 
  Vwork (V): 在电路中的正常工作电压 
  Vmin (V): 要求器件工作的最小电压; 
  t(s): 在电路中要求的保持时间或脉冲应用中的脉冲持续时间; 
  Vdrop (V): 在放电或大电流脉冲结束时,总的电压降,其值等于Vwork-Vmin; 
  I(A): 负载电流; 
  瞬时功率保持应用 
  超电容容量的近似计算公式,该公式根据,保持所需能量=超电容减少能量。 
  保持期间所需能量=1/2I(Vwork+ Vmin)t; 
  超级电容减少能量=1/2C(Vwork2 -Vmin2), 
  可得其容量(忽略由IR引起的压降)C=I t (Vwork+ Vmin) /(Vwork2 -Vmin2) 
经过公式变换,计算公式简化为:C=I*t/Vdrop
  实例: 
  假设磁带驱动的工作电压5V,安全工作电压3V。如果直流马达要求0.5A保持2秒(可以安全工作),那么,根据上公式可得其容量至少为0.5 F。 
  因为5V的电压超过了单体电容器的标称工作电压。因而,可以将两只电容器串联。如果两只相同的电容器串联,那么每只分压即为其标称电压2.5V。 
  如果我们选择标称容量是1F的电容器,两只串联后的容量为0.5F。考虑到电容器一般有-20%的容量偏差,这种选择不能提供足够的余量。可以选择标称容量是1.5F的电容器,能提供1.5F/2=0.75F。考虑-20%的容量偏差,最小值1.2F/2=0.6F。这种超级电容器提供了充足的安全余量。大电流脉冲后,磁带驱动转入小电流工作模式,用超电容剩余的能量。 
  脉冲功率应用 
  脉冲功率应用的特征:和瞬时大电流相对的较小的持续电流。脉冲功率应用的持续时间从1ms到几秒。 
  设计分析假定脉冲期间超级电容是唯一的能量提供者。在该实例中总的压降由两部分组成:由电容器内阻引起的瞬时电压降和电容器在脉冲结束时压降。关系如下: 
  Vdrop=I(R+t/C) 
  上式表明电容器必须有较低的R和较高的C,总的压降Vdrop才会比较小。 
  对于多数脉冲功率应用,R的值比C更重要。以2.5V1.5F为例。它的内阻R可以用直流ESR估计,标称是0.075Ohms(DC ESR=AC ESR*1.5=0.060Ohms*1.5=0.090Ohms)。额定容量是1.5F。对于一个0.001s的脉冲,t/C小于0.001Ohms。即便是0.01s的脉冲t/C也小于0.0067Ohms,显然R(0.090Ohms)决定了上式的Vdrop输出。 
  实例: GSM/GPRS无线调制解调器需要一每间隔4.6ms达2A的电流,该电流持续0.6 ms。这种调制解调器现用在笔记本电脑的PCMCIA卡上。笔记本电脑电源最大可以提供1A的电流。许多功率放大器(PA)要求3.0V的最小电压。对于笔记本电脑输出3.0V的电压是可能的。到功率放大器的电压必须先升到3.6V。在3.6V的工作电压下(最小3.0V),允许的压降是0.6V。 
  选择超级电容器(C:0.15F,AC ESR:0.200Ohms,DC ESR:0.250Ohms)。对于2A脉冲,电池提供大约1A,超电容提供剩余的1A。根据上面的公式,由内阻引起的压降:1A×0.25Ohms=0.25V。I(t/C)=0.04V它和由内阻引起的压降相比是小的。 
结论:不管是功率保持还是功率脉冲应用都可以用上公式计算.当电路的工作电压超过超电容的工作电压时,可以用相同的电容器串联.电容串联应该保持平衡以确保电压平均分配。

引用出处:

http://korchipcn.com/caseview.aspx?CateID=618&ID=125

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