超等電容器的兩個主要應用:高功率脈沖應用和瞬時功率保持。高功率脈沖應用的特征:瞬時流向負載大電流;瞬時功率保持應用的特征:要求一連向負載提供功率,一連時間一般為幾秒或幾分鐘。瞬時功率保持的一個典范應用:斷電時磁盤驅動頭的復位。差異的應用對超電容的參數要求也是差異的。高功率脈沖應用是操作超電容較小的內阻(R),而瞬時功率保持是操作超電容大的靜電容量(C)。
下面提供了兩種計較公式和應用實例:
C(F): 超電容的標稱容量;
R(Ohms): 超電容的標稱內阻;
ESR(Ohms):1KZ下等效串聯電阻;
Uwork(V): 在電路中的正常事情電壓;
Umin(V): 要求器件事情的最小電壓;
t(s): 在電路中要求的保持時間或脈沖應用中的脈沖一連時間;
Udrop(V): 在放電或大電流脈沖竣事時,總的電壓降;
I(A): 負載電流;
瞬時功率保持應用
超電容容量的近似計較公式,該公式按照,保持所需能量=超電容淘汰能量。
保持期間所需能量=1/2I(Uwork+ Umin)t;
超電容淘汰能量=1/2C(Uwork2 -Umin2),
因而,可得其容量(忽略由IR引起的壓降)C=(Uwork+ Umin)t/(Uwork2 -Umin2)
實例:
假設磁帶驅動的事情電壓5V,安詳事情電壓3V。假如直流馬達要求0.5A保持2秒(可以安詳事情),那么,按照上公式可得其容量至少為0.5 F。
因為5V的電壓高出了單體電容器的標稱事情電壓。因而,可以將兩電容器串聯。如兩溝通的電容器串聯的話,那每只的電壓等于其標稱電壓2.5V。
假如我們選擇標稱容量是1F的電容器,兩串為0.5F。思量到電容器-20%的容量毛病,這種選擇不能提供足夠的裕量??梢赃x擇標稱容量是1.5F的電容器,能提供1.5F/2=0.75F。思量-20%的容量毛病,最小值1.2F/2=0.6F。這種超等電容器提供了富裕的安詳裕量。大電流脈沖后,磁帶驅動轉入小電流事情模式,用超電容剩余的能量。
在該實例中,均壓電路可以確保每只單體不超其額定電壓。
脈沖功率應用
脈沖功率應用的特征:和瞬時大電流相對的較小的一連電流。脈沖功率應用的一連時間從1ms到幾秒。
設計闡明假定脈沖期間超電容是獨一的能量提供者。在該實例中總的壓降由兩部門構成:由電容器內阻引起的瞬時電壓降和電容器在脈沖竣事時壓降。干系如下:
Udrop=I(R+t/C)
上式表白電容器必需有較低的R和較高的C壓降Udrop才小。
對付大都脈沖功率應用,R的值比C更重要。以2.5V1.5F為例。它的內阻R可以用直流ESR預計,標稱是0.075Ohms(DC ESR=AC ESR*1.5=0.060Ohms*1.5=0.090Ohms)。額定容量是1.5F。對付一個0.001s的脈沖, CK系列,t/C小于0.001Ohms。即即是0.010的脈沖t/C也小于0.0067Ohms,顯然R(0.090Ohms)抉擇了上式的Udrop輸出。
實例:
GSM/GPRS無線調制解調器需要一每隔斷4.6ms達2A的電流,該電流一連0.6 ms。這種調制解調器現用在條記本電腦的PCMCIA卡上。條記本的和PCMCIA毗連的限制輸出電壓3.3V+/-0.3V條記本提供1A的電流。很多功率放大器(PA)要求3.0V的最小電壓。對付條記本電腦輸出3.0V的電壓是大概的。到功率放大器的電壓必需先升到3.6V。在3.6V的事情電壓下(最小3.0V),答允的壓降是0.6V。
選擇超等電容器(C:0.15F,AC ESR:0.200Ohms,DC ESR:0.250Ohms)。對付2A脈沖,電池提供約莫1A, 47UF 100V,超電容提供剩余的1A。按照上面的公式,由內阻引起的壓降:1A×0.25Ohms=0.25V。I(t/C)=0.04V它和由內阻引起的壓降對比是小的。
結論
不管是功率保持照舊功率脈沖應用都可以用上公式計較.當電路的事情電壓高出超電容的事情電壓時,可以用溝通的電容器串聯.一般地,串聯應該保持均衡以確保電壓平均分派.在脈沖功率應用中由超電容內阻引起的壓降凡是是次要因素。電容器超低的內阻提供一種降服傳統電池系統阻抗大的全新的辦理方案。
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