Зарядка суперконденсаторов с помощью понижающего преобразователя. Нужно ли отключать питание после достижения заряда?

Зарядка конденсаторов не очень сложна. Конденсаторы будут заряжаться до напряжения вашего источника и удерживать его. На самом деле нет необходимости выключать источник, когда конденсаторы полностью заряжены. Как только конденсаторы совпадут с напряжением источника, ток больше не будет течь, и система будет стабильной*.

Если вы хотите иметь какое-то отсечение, есть множество способов сделать это. Простой механический переключатель, вероятно, лучший вариант. Таким образом, конденсаторы физически изолированы от источника питания. Переключатель может быть чем-то, чем вы управляете пальцем, или реле, которое можно переключать электронным способом на основе логики.

Вот несколько советов, которые приходят на ум:

1. Я бы не рекомендовал заряжать конденсаторы на 2,7 В до 2,7 В. Как и в случае с любой другой системой, если вы эксплуатируете ее с номинальной максимальной мощностью, срок ее службы может сократиться. Кроме того, если по какой-то причине источник напряжения колеблется немного высоко, это может привести к впечатляющему взрыву колпачков. Дайте себе небольшой запас, чтобы перестраховаться.

2. Большая батарея незаряженных конденсаторов будет выглядеть как короткое замыкание на землю, как только вы подключите их к зарядному устройству. Если вы не работаете с тяжелым оборудованием, используемому вами понижающему преобразователю, вероятно, не понравится начальный скачок тока. Простой резистор между источником напряжения и батареей конденсаторов ограничит ток, но позволит полностью зарядить конденсаторы. Просто это займет немного больше времени. Просто выберите максимальный ток, который вы хотите, и примените закон Ома для расчета резистора. Не забывайте учитывать рассеиваемую мощность!

3. Надеюсь, мне не нужно упоминать, что большие конденсаторные батареи могут стать очень опасными при обращении с ними. Большое количество накопленной энергии и очень низкая СОЭ — залог захватывающего дня, если вы не будете осторожны.

* В действительности ток утечки будет небольшим, поэтому система никогда не достигнет нулевого тока.

При последовательном соединении суперконденсаторов (как и обычных конденсаторов) один будет заряжаться до более высокого напряжения, чем другой, статистически, потому что их емкости вряд ли будут точно равными. Я бы, вероятно, подумал о том, чтобы зарядить их все параллельно, а затем подключить их последовательно.

Учтите, что один конденсатор на 1,1 фарад, а другой на 0,9 фарад. Если вы приложите 5,2 вольта к последовательной паре, конденсатор на 0,9 фарад будет заряжаться до 2,86 вольт, в то время как устройство на 1,1 фарад будет заряжаться только до 2,34 вольта.

Таким образом, вы либо строите схему, которая заряжается параллельно, либо уменьшаете свои 5,2 вольта до, возможно, 4,8 вольт, чтобы учесть разницу в допустимых значениях между суперконденсаторами.

Одним из вариантов может быть использование диода Шоттки на 5 В (и, возможно, делителя напряжения, если вы хотите зарядить выше 5 В), который размыкает реле или подобное, таким образом, физически размыкая цепь при достижении 5 В.

вы также хотели бы сбалансировать напряжения на двух крышках, помимо измерения их, чтобы иметь очень похожие емкости, вы можете использовать другой делитель напряжения, который пропускает небольшой ток, так что каждый конденсатор получает одинаковое напряжение на нем, а затем используйте реле из предыдущей части, чтобы отключить этот делитель напряжения после зарядки конденсаторов.

Простой регулятор напряжения с обратным ограничением тока очень хорошо подходит для зарядки суперконденсатора. Напряжение для регулятора должно быть установлено на максимальное напряжение, которым вы хотите заряжать конденсатор, которое должно быть немного ниже номинального значения для конденсатора. Максимальный ток должен быть разумным для вашего источника питания и достаточно низким, чтобы не перегревать конденсатор. Вы можете использовать максимальный ток пульсаций конденсатора - 20% как хорошее значение максимального тока. Суперконденсаторы меньшего размера могут не указывать максимальный пульсирующий ток, но обычно вы можете заряжать их со скоростью 1 ампер, что очень консервативно. Конденсаторы большего размера могут выдерживать 3-4 ампера.

Скорость зарядки определяет, сколько времени потребуется для зарядки конденсатора. Поэтому, если вам нужна быстрая зарядка, вам понадобится высокая скорость зарядки. Если вас не волнует, насколько быстро он работает, вы можете заряжать его по более низкой скорости, что продлит срок службы всей системы. В отличие от батареи, конденсаторы заряжаются по линейной кривой, что дает вам возможность использовать простой трюк, чтобы начать зарядку с более высокой скоростью и в конечном итоге заряжать медленнее по мере роста напряжения. Просто вставьте небольшой резистор номиналом 2-10 Ом последовательно с цепью зарядки. Это достаточно мало, чтобы обеспечить высокую скорость заряда, когда конденсатор разряжен, но скорость будет снижаться по мере роста напряжения на конденсаторе. Это позволяет вам начать быстро, но со временем поддерживать температуру конденсатора на низком уровне.

Конденсаторы могут постоянно заряжаться, не оказывая отрицательного влияния на срок службы. Что убивает конденсаторы, так это тепло и ток утечки конденсаторов внутри. Утечка обычно составляет всего несколько миллиампер, поэтому тепло легко рассеивается. Однако, если другие компоненты в системе выделяют тепло и это тепло передается конденсатору, это повлияет на срок службы конденсатора. По этой причине я бы предложил использовать импульсный стабилизатор для зарядки конденсатора, если только вы не выберете низкую скорость зарядки (<300 мА).

Как я упоминал выше, ваш регулятор напряжения должен иметь ограничение тока в обратном направлении, что означает, что он все равно будет пытаться подавать питание на нагрузку, даже когда будет достигнут максимальный уровень тока. Напряжение упадет, но регулятор будет подавать мощность до максимального предела тока. Некоторые регуляторы полностью отключаются при перегрузке и, таким образом, вообще не подают питание на нагрузку. Обычно они снова включаются через некоторое время, но просто снова отключаются. Во многих случаях ограничение является просто результатом того, что регулятор делает все возможное, пока не становится слишком горячим, а затем отключается.

Большинство импульсных регуляторов отлично подходят для этой цели, когда они используют ограничение тока от цикла к циклу. Это означает, что они включаются и начинают подавать питание на нагрузку, и если предел тока достигается до достижения уровня напряжения, они отключаются раньше. Это означает, что конденсатор будет видеть среднее напряжение, достаточное для зарядки конденсатора с желаемой максимальной скоростью. Это также означает, что блок питания не нагревается больше, чем обычно, даже если конденсатор перегружает блок питания.

Никогда не подавайте на конденсатор более высокое напряжение, чем оно рассчитано. Не все части конденсатора будут иметь одинаковые характеристики, такие как утечка, последовательное сопротивление и диэлектрическая проницаемость. Это означает, что пока конденсатор не полностью заряжен, некоторые части конденсатора могут находиться под максимальным напряжением, а другие части — нет. Если зарядное напряжение выше номинального напряжения, то полностью заряженные части будут видеть полное напряжение, потому что они не падают часть напряжения через внутреннее сопротивление. Это может вызвать пробой напряжения, который повредит конденсатор.

При штабелировании суперконденсаторов вы должны сбалансировать их, потому что напряжение пробоя настолько низкое, что они не допускают больших допусков. При малых зарядных токах можно использовать простой стабилитрон. При более высоких зарядных токах можно использовать стабилитрон и транзистор в качестве шунтирующего регулятора. Еще одно соображение заключается в том, что когда конденсатор используется для подачи питания, напряжение будет падать линейно, поэтому, если вы пытаетесь получить 5 В или 3,3 В от конденсатора, время работы будет ограничено меньше половины энергии в конденсаторе. потому что напряжение будет падать слишком низко. Использование повышающего или повышающе-понижающего импульсного стабилизатора для питания нагрузки от конденсатора позволит вам получать мощность от конденсатора до минимального напряжения, с которым может справиться повышающий стабилизатор. Это может легко увеличить время выполнения вдвое.