一文學習如何使用超級電容器

2021-01-20 電源網訂閱號

如今，隨著價格的大幅下降，超級電容已經觸手可及，而且有很多庫存充足的商店為愛好者和製造商提供服務，所以這篇關於基於超級電容的DIY電路和項目的文章，希望能讓你在學習的過程中得到樂趣!


超級電容器?


超級電容器利用高表面積電極材料和薄電解介質獲得比傳統電容器大幾個數量級的電容。超級電容器的額定容量為法拉，可用於在大電流和短時間內進行頻繁充放電循環的儲能。換句話說，如果需要快速充電來滿足短期的電力需求，超級電容器是理想的選擇。以彌補從幾秒鐘到幾分鐘的電力缺口——而且可以快速充電。


超級電容器1F/5.5V


這個是一個便宜的(通用)1-F/5.5-V超級電容器，你可以在網上任何地方找到。



1-F超級電容器的最大工作電壓為5.5V，其內部電阻在15Ω至30Ω的範圍內。電容容差為-20%~80%，工作溫度範圍為-25℃~70℃。除了超級電容器，你只需要幾個組件來做這個初步實驗。我先在地上畫幾條線！


基本的硬體


基本的硬體意味著你必須在一片高質量的穿孔電路板上準備一個小的「斷接板」來安裝更多的組件。我把它安裝在一個55×15毫米的矩形FR4通用電路板上。



由於USB電源是快速、安全地為超級電容器充電的電源，後來我為了方便在該設置中添加了USB Type-A公插頭。



這是電路圖：



電路中的10Ω電阻器（R1）用於限制浪湧充電電流（放電的超級電容器看起來像是電源短路），肖特基二極體1N5819（D1）用於反向流保護。D1顯然會引入較小的壓降，因此在某些應用中最好繞過旁路（請參閱跳線SJ1）。我的基本硬體設置是使用穩定的5V/500mA麵包板電源進行測試的，而C1則需要30到60秒才能達到4.7V。此後，我連接了一個5毫米高效藍色LED（1.2kΩ電阻器串聯），並觀察到約三分鐘的深藍光輸出（隨後持續了幾分鐘的微弱發光）。


充電指示燈


坦率地說，雖然用處不大，但這是基本硬體的「豪華」附加充電指示器，它圍繞雙比較器LM393（IC1）的一部分而構建。當超級電容器（C1）兩端的電壓達到10KΩ多圈微調電位器（RP1）設置的預定義值時，電路中的藍色指示燈（LED1）將亮起。請注意，您可能沒有第二個10KΩ電阻器（R3A）（請參閱跳線JP2），但準備相應地再次擺弄RP1。參見電路圖：



我的快速實驗設置：



LED驅動器


超級電容器是為少量光源供電的理想選擇，因為超級電容器充電速度非常快，並且比任何類型的電池都要經歷更多的充電/放電循環。儘管僅需一個限流電阻來從超級電容器驅動一個普通的LED，但我想嘗試一種基於分立元件而不是¼W電阻的恆流驅動器，因為它可以在一定程度上將光水平「線性化」。



上面給出的電路已通過5毫米高效紅色，綠色，藍色，琥珀色和白色LED的測試。您可能已經注意到，這個想法不過是經典恆流發生器電路的複製品。在我的原型中，1N4148二極體（D2-D3）將BC547（T1）的基極設置為約1.2 V，這反過來將27Ω電阻（R5）上的壓降定義為0.5V，因此表明通過R5的電流恆定在約18mA。以下是我的實驗設置的實物圖：



現在，我計劃通過在「長長的」基本硬體板上的空閒部分填充充電指示器和光碟機電子設備，來協調這三個主題。最終，可獲得新的東西，並進行一些改進。然後等它變亮！


總體示意圖


總結：並不是完美的解決方案


誠然，我的基本硬體（第一電路圖）是超級電容器充電器電路的分立實現，該電路具有一個電阻器來控制充電電流，以及一個肖特基二極體來防止反向電流流動。限流電阻選擇為10Ω，以將最大充電電流限制為（5-0.3 / 10）470 mA。由於超級電容器的充電電壓僅為4.7 V，因此該概念會因指數充電曲線（請參見下圖）而延長充電時間，並降低存儲使用量。



這次，我不太在意某些可能會對基本硬體性能產生不利影響的事情，這些問題可能與超級電容器的自放電、附加段的加載效果等有關。不過無論如何，這的確有些差強人意，所以我認為還會有更好的解決方案。希望我可以使用專用的超級電容充電器晶片（如LT的LTC3127或TI的BQ24640）實現它。


本文編譯自ectroschematics。



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