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超级电容器容量计算(法拉电容的容量)
更新时间:2024-07-05 12:30:53

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。

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电容大的静电容量(C)。

下面提供了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;

Uwork(V): 在电路中的正常工作电压

Umin(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;

Udrop(V): 在放电或大电流脉冲结束时,总的电压降;

I(A): 负载电流;

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(Uwork Umin)t;

超电容减少能量=1/2C(Uwork2 -Umin2),

因而,可得其容量(忽略由IR引起的压降)C=(Uwork Umin)It/(Uwork*Uwork -Umin*Umin)

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),问需要选用多大容量的超级电容?

解: C=(Uwork Umin)It/(Uwork*Uwork -Umin*Umin)

   =(5 3)*0.2*2/(5*5-3*3)

   =0.5F

因为5V的电压超过了单体电容器的标称工作电压。因而,可以将两电容器串联。如两相同的电容器串联的话,那每只的电压即是其标称电压2.5V。

如果我们选择标称容量是1F的电容器,两串为0.5F。考虑到电容器-20%的容量偏差,这种选择不能提供足够的裕量。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裕量。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。

电容充电

电容持续大电流或者过压充电,会引起电容发热,导致电容内阻增加、电解液分解产生气体、缩短寿命、漏电流增加或者电容破裂。推荐充电电流: I=Vw/5R(Vw是充电电压;R是电容的直流内阻)。

超级电容器容量计算(法拉电容的容量)1

限流电阻的大小主要取决于电源系统的功率;如果电源系统的功率比较大,那么限流电阻可以小一点,如果电源功率比较小,那么电阻大一些,同时注意电阻的功率。此充电电路限于内阻很小的超级电容;内阻比较大的超级电容,则无须限流电阻。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。

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