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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;
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;
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(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)t/(Uwork2 -Umin2)
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。
在该实例中,均压电路可以确保每只单体不超其额定电压。
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