为您的应用选择合适的超级电容器

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描述

电池和超级电容器经常在能量和功率方面进行比较。电池具有更高的密度(意味着它们能够每单位质量存储更多的能量),但超级电容器具有更高的功率密度(意味着它们可以更快地释放能量)。这使得超级电容器成为更快地存储和释放大量电力的最佳选择,但电池仍然是长时间存储大量能量的主要选择。

与其他电容器相比,超级电容器具有更高的电容值(但电压限制较低),因此它们基本上是电容器和电池之间的桥梁。与电容器相比,它们可以在单位质量上存储更多的能量。由于它们以静电方式工作,因此可以多次充电和放电。由于与电池相比,它们的内阻较低,因此它们的工作效率约为 98%。

电源

超级电容器最适合的应用是用于关闭微型计算机和RAM电源的备用设备,智能电表,POE网络设备,报警系统,加热器泵等。根据电源的备用电流,超级电容器具有不同的备份时间。下图显示了主要应用程序。

电源

凯美解决方案

在选择所需的电容器之前,需要定义以下参数。

所需的备份时间

所需的备用电流

最小和最大工作电压

工作温度

所需尺寸

安装类型(表面贴装或通孔)

项目示例

客户需要一个超级电容器,在以下条件下能够承受150小时的备份时间:

Vmin =2.5 V

最大电压 =5.5 V

备份 = 540nA

请求的备份时间 T > 150 小时

85°C 环境温度 + 可选冷却系统 (-15°C) ➢ 需要 SMD 超级电容器

溶液

所需电容的基本公式由下式给出:

电源

计算所有其他参数后,客户似乎需要一个电容约为0.1F的超级电容器。
Kemet提供以下超级电容器系列:

作为我们的燃料电池系列是唯一一个采用SMD安装的系列,我们将不得不选择这个系列。

电源

根据我们的目录,该系列的最大工作电压为 5.5VDC,与最大工作电压相同。
由于FC系列的温度高达70°C,因此必须对系统进行额外的冷却。

最合乎逻辑的是,我们会选择放电电容器为0.104F的FC24H0ZFTBR1。

电源

但。。!

在选择合适的超级电容器时,还需要考虑其他参数。

压降

超级电容器的压降由直流电阻和备用电流决定。每个部件号的直流电阻值在我们的数据表中给出。

近似压降可通过以下公式计算:

 

电源

其中RDC是超级电容器的直流电阻[Ω] Ibackup是备用电流[A]

当后备电流为1mA及以下时,没有潜在的压降,这意味着在这种情况下我们可以忽略压降,因为后备电流仅为540nA。

电源

漏电流

工作温度应该是影响超级电容器寿命的主要因素。如下图所示(所有部件的图表),漏电流随着工作温度的升高而显著上升。

电源

由于漏电流是额外的电流消耗,因此在计算备用时间时,需要将备用电流和漏电流的总和相加。

由于在应用中可以进行冷却,因此我们将考虑工作温度为70°C。我们可以看到,在这种情况下,漏电流为4uA。

然后,您可以使用以下计算来计算能量将持续多长时间:

电源

当考虑到漏电流时,我们现在可以看到,备份时间将大大减少到仅150小时,而不是要求的18小时。因此,需要选择具有更高电容值(几乎高出10倍)的电容器。
通过选择电容放电值为0F的FC105H44ZFTBR1,我们可以重新计算备份时间:

电源

在这种情况下,备份时间为 183 小时,高于请求的 150 小时。即使计算电容侧15%的裕量,我们也能获得近155小时的备份时间。

我们也不应该忘记超级电容器的“寿命估算”。超级电容器的寿命定义为电容降低到初始值的70%的点,如下图所示:

电源

结论

超级电容器所需的所需电容必须使用以下公式计算,同时考虑压降、漏电流和15%电容容差。

电源

审核编辑:郭婷

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