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超级电容组充电解决大电容充电的挑战 免费猫

发布时间:2020-02-17 14:16:00 阅读: 来源:架子管厂家

超级电容组充电解决大电容充电的挑战

选定超级电容后,系统工程师还必须选择为超级电容充电的目标电压,其根据是超级电容的定额曲线。大多数超级电容单元的额定电压范围为室温下2.5V-3.3V,此额定值在更高温度时下降,随之带来更长的预期寿命。通常,充电目标电压设置值应低于最大额定电压,以延长超级电容的工作寿命。

接下来需要选择超级电容组的预期电压和SW2拓扑。超级电容组配置可为并联、串联或者并联的串联电容串组合。因为单元电容电压额定值通常低于3.3V,且负载常常需要相等或更高的供电电压,所以针对电容单元配置和SW2的选项是,使用一个电容单元与一个升压转换器,或串联的多个电容单元与一个降压或降压-升压稳压器。若使用升压配置,我们必须确保在超级电容放电时,电压不会下降至低于SW2的最小工作输入电压。该电压下降可能多达超级电容充电电压的一半之多,为此,我们举一个由串联超级电容组合和一个简单降压稳压器(SW1)组成的超级电容组的例子。然后,如果能量要求需要的话,将并联多个串联电容串。

如果选择超级电容的串联组合,则必须根据电容串顶端的最大预期电压来选择所用电容单元的数目。更多的串联电容意味着超级电容串的电容值更小而电压更高。例如,假设选择使用两串由四个2.7V 10F电容组成的电容串和由八个相同电容(串联)组成的一个电容串。虽然两种配置可存储总电荷和能量是相同的,但电容串的可用电压范围使单个串联串具有优势。例如,如果有一个需要5V偏压的负载,则SW2需要的电压为6V左右(考虑到其最大占空比和其他压差因素)。

●电容中的能量W=CV2/2,可用能量W= C/2(Vcharge2 - Vdicharge2)

●对于每串4个电容的两个电容串,可用能量W = 2*[(10F/4)/2*((2.7V*4)2-6V2)] = 201.6J

●对于包含8个电容(串联)的单个电容串,可用能量W = 1*[(10F/8)/2*((2.7V*8)2-6V2)] = 269.1J

因为两个电容组可存储相同的总能量,所以电压较低的电容串的充电浪费/不可用百分比更大。在本例中,优先选择更高的电容串电压,以充分利用超级电容。

第三个系统挑战来自如何为超级电容组充电。一开始,当超级电容电压为0时,由于高电容值,SW1 需要在类似输出短路的条件下工作相当长时间。常规 SW1 可能陷于打嗝模式而无法为超级电容充电。为了保护超级电容和 SW1,在充电阶段开始时需要附加的电流限制功能。一种令人满意的解决方案是让 SW1 在几乎无输出电压的条件下提供加长时间的连续充电电流。

为超级电容充电有许多方法。恒定电流/恒定电压(CICV)是常用的首选方法,如图2(CIVE曲线)所示。在充电周期开始时,充电器件(SW1)在恒定电流模式下工作,向超级电容提供恒定电流,使得其电压呈线性增加。在超级电容充电至目标电压时,恒定电压回路激活并准确地控制超级电容充电电平,使之保持恒定,以避免过度充电。同样,该优先解决方案也提出了对电源管理功能的要求,需要在设计中加以考虑。

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