Kомпоненты, приборы, оборудование      
 |  Главная |  Каталог предприятий Украины |  Схемотехника |
 

Раздел на реконструкции, некоторые ссылки могут не работать!
  • Аудио
  • Безопасность
  • Бытовая электроника
  • Видео
  • Видеокамеры
  • Высоковольтные
  • Генераторы
  • Измерения
  • Интерфейсы
  • Коммутация
  • Компьютер
  • Медицина
  • Моделирование
  • Передатчики
  • Питание
  • Обработка данных
  • Предусилители
  • Радио

  • Веб-мастерам
    и писателям:
    Биржа статей. Продать - купить статью. Уникальные статьи: готовые и на заказ.


    Назад
       Применение ультраконденсаторов - путь к портативности источников питания
       
       Требования к портативности приборов все время возрастают. А портативные приборы требуют средств сохранения энергии для питания, что обычно сводится к щелочным батареям или перезаряжаемым аккумуляторам. Батареи нужно или заменять, или перезаряжать. Можно использовать две установки с аккумуляторами, пока одна работает - вторая заряжается. Но эта стратегия порой приводит к ошибкам, когда пользователь просто забывает зарядить аккумуляторы.
       У портативных приборов требования к питанию самые разнообразные. Одни работают часами до следующей перезарядки, другие - всего несколько секунд (некоторые типы детских игрушек). В некоторых приложениях альтернативой аккумуляторам могут оказаться так называемые ультраконденсаторы, которые широко применяются в портативных приборах. Эти применения предполагают параллельное включение аккумулятора и ультраконденсатора или полную замену аккумулятора. Параллельная стратегия используется при высокоэнергетическом расходе, полная замена сводится только к приборам, работающим всего несколько секунд.
       Обычно ультраконденсатор вводится в изделие навсегда и работает столько, сколько само изделие. Это позволяет разработчику разместить ультраконденсатор в любом месте изделия. Ультраконденсаторы не содержат тяжелых металлов и не причиняют ущерба окружающей среде, в отличие от аккумуляторов. Многие портативные приборы должны иметь малый вес. Один ультраконденсатор D-типа на 2,5 В весит примерно 60 г, а батарея такого же размера существенно тяжелее. Вдобавок, для щелочной ячейки напряжение составляет всего 1,5 В, ультраконденсатор может быть заряжен до существенно большего напряжения. Для заряда и разряда аккумулятора нужно несколько часов. Ультраконденсатор можно разрядить за доли секунды, если потребуется такой большой ток.
       Давайте посмотрим, как разработчик может воспользоваться такими привлекательными особенностями ультраконденсатора. Примеры будут приведены как для параллельной работы батареи и ультраконденсатора. так и для полной замены.
       Ультраконденсатор может быть успешно применен в случае если прибор работает 30 с, а затем многие минуты "отдыхает". В устройствах, требующих более долгого времени работы, применяется параллельное включение аккумулятора и ультраконденсатора.
       Схема обычного применения ультраконденсатора в детской игрушке показана на рис.1. При включении игрушки мотор начинает работать от ультраконденсатора, пока последний не разрядится, и тогда, мотор останавливается. Этот случай не типичен.
       Другие применения, такие как мощные инструменты, перезаряжаемые медицинские приборы и лампы-вспышки могут потребовать прямого включения в сеть переменного тока или к источнику постоянного тока для подзаряда. Мощные инструменты могут работать на напряжениях от 9,6 В до 18 В в зависимости от размера мотора и типа операции. Для этих и многих других применений управление дополнительной энергией может потребоваться как на входе, так и на выходе ультраконденсатора. Поскольку ультраконденсаторы - приборы постоянного тока, необходимо выпрямлять переменное напряжение. Если ультраконденсатор заряжается от источника постоянного тока, этот источник должен иметь регулирование вверх или вниз для обеспечения необходимого напряжения. На выходе ультраконденсатора регулирование напряжения вверх или вниз может потребоваться, если прибор, потребляющий энергию, требует постоянного напряжения питания.
       Существует множество методов для заряда ультраконденсатора от источников переменного или постоянного тока. Выбор метода базируется на эффективности, стоимости и времени заряда и для каждого применения должен определяться разработчиком. Примеры заряда ультраконденсаторов опираются на конкретный источник. Для портативного прибора электроника системы заряда располагается вне этого прибора.
       В отличие от батарей, ультраконденсаторы можно заряжать в том же темпе, в котором они разряжались. Ультраконденсатор с нулевым зарядом может рассматриваться как короткое замыкание для заряжающего источника, поскольку ультраконденсаторы имеют низкий импеданс. Поэтому принимаются меры для ограничения выходного тока источника. В большинстве случаев достаточно поставить последовательную индуктивность. Простая схема заряда ультраконденсатора постоянным током показана на рис.2. На управляющую схему поступают значения тока (с датчика тока на резисторе) и напряжения (с ультраконденсатора). Такая схема заряда может быть выполнена на обычных микросхемах источников питания. В них можно установить предельный ток и предельное напряжение.
       Если время заряда критично, необходим заряд не постоянным током, а постоянной мощностью. В схеме рис.3 напряжение по-прежнему снимается с ультраконденсатора, а ток регистрируется датчиком Холла, включенным на входе. Обычно принимают максимальный ток заряда в 2,5 раза больше рабочего тока.
       Часто бывает трудно перекрыть широкий динамический диапазон требований по параметрам заряда, если ультраконденсатор нужно заряжать от источника переменного тока . В схеме рис.4 (патент США №6912136, 2005 г.) используются характеристики переключаемого трансформатора для установки частоты переключений. Полный выходной ток при нулевом заряде ультраконденсатора С1 устанавливается такой, чтобы не допустить насыщения сердечника.
       Транзистор Q1 включается, заряжая первичную обмотку на предельно возможном токе, а затем выключается, позволяя энергии трансформатора разрядиться на ультраконденсатор С1 через диод D1. Когда вторичный ток упадет до заданного значения, транзистор Q1 снова включится. По мере заряда ультраконденсатора и в зависимости от напряжения сети в данный момент частота переключений транзистора повышается. Самая низкая частота получается при малом напряжении в сети и малом напряжении на С1. Самая высокая частота - при максимальном напряжении в сети и полном заряде С1. В данной схеме частота переключений изменяется в 20 раз. Когда С1 зарядился датчик напряжения подает сигнал и работа схемы прекращается.
       Если допустить, что в рабочем состоянии ультраконденсатор разряжается до 50% первоначального напряжения, то для сохранения постоянного напряжения на нагрузке необходимо установить DC-DC преобразователь с двойным диапазоном по входному напряжению.
       В конкретных приложениях (цифровые камеры, инструмент), где возможны кратковременные большие разрядные токи, при параллельном включении батареи и ультраконденсатора между ними нужен буфер (либо ограничительный резистор, либо диод), чтобы предотвратить излишний разряд батареи. Кроме того, в таких применениях можно использовать более дешевые батареи.
       Параметры отечественных ультраконденсаторов (ионисторов) приведены в таблице.
       Габаритные размеры ионисторов приведены на рис.5.
       (По материалам журнала
       Power Electronics Technology)
       
       


     SVITEL © 2014  Мир электроники.  Admin  При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна. Rambler's Top100