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超级电容基本应用
时间：2021-05-07 ;浏览：251
1、 法拉电容充放电电路
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。
