Силовая электроника > Новости

Аккумуляторные батареи практичны и надежны для использования в электронных системах, обеспечивающих постоянную доступность. Классические конденсаторы с твердым электролитом представляют собой более экологичную и экономически нейтральную альтернативу, но вскоре достигают своего предела, когда требуемая мощность превышает 100 МВт. С другой стороны, двухслойные конденсаторы Supercap обеспечивают высокую плотность мощности и длительный срок службы, но низкую диэлектрическую прочность. Существует потребность в электронных системах, позволяющих найти компромисс между этими технологиями. Необходимо решение, сочетающее в себе преимущества классических аккумуляторов и двухслойных конденсаторов без каких-либо ограничений. Ниже приведена таблица, в которой представлено базовое сравнение двухслойного конденсатора, типичной батареи и гибридного конденсатора ENYCAP.

Устройства ENYCAP 196HVC способны достигать более высокого номинального напряжения, максимальное из которых составляет 1,4 В, а также могут быть соединены последовательно без специальных мер по балансировке. В настоящее время может быть получено значение напряжения 8,4 В и значения емкости от 4f до 90f.

Гибридные системы можно считать практичной альтернативой классическим аккумуляторам из-за их способности достигать очень высокой плотности энергии >13 Вт/г (>3,6 Втч/кг). Кроме того, гибридные системы также отличаются очень низким паразитным током и саморазрядом.

На рисунке 2 ниже показан баланс мощности конденсаторов, батарей и гибридных конденсаторов. Оптимальная классификация накопительных конденсаторов ENYCAP в соответствии с современными технологиями наглядно проиллюстрирована на диаграмме.

Как уже подразумевалось в приведенных выше примерах, для выбора правильного компонента необходимо настроить определенные параметры в соответствии с соответствующим приложением:

• Резервная энергия и временной интервал. Здесь периоды между очень глубокой разрядкой и, в частности, время до первого включения особенно важны.
• Конкретные требования к пиковой мощности и пиковому току.
• Уровень выходного напряжения для решения резервного копирования; в частности, минимальный уровень напряжения.
• Диапазон входного напряжения, доступный для загрузки накопителя энергии; в частности, максимальный диапазон.
• Полное сопротивление первичного источника энергии. В системах с низким ESR могут возникать чрезвычайно высокие скачки зарядного тока.
• Защита от полной разрядки, короткого замыкания, обратной полярности, перенапряжения и превышения температуры.
• Контроль состояния зарядки устройства накопления энергии и сигналы с поддержкой шины данных для передовых систем управления питанием.
• Стоимость всей системы.
• Приведенные выше параметры являются лишь подборкой наиболее важных конструктивных параметров. Чтобы прояснить сложность, приведем следующие иллюстрации (см. фиг. 3 и 4) принципа будут показаны основные диаграммы зарядного тока, разрядного тока и кривой напряжения с течением времени. Отчетливо видна разница в поведении гибридных накопителей энергии и классических суперконденсаторов.

Двухслойный конденсатор в качестве резервного источника.

ENYCAP в качестве резервного источника.

Поведение двухслойных конденсаторов при быстрой зарядке можно наблюдать по графику напряжения. Это можно рассматривать как предупреждение о том, что необходимо принять определенные меры предосторожности против возможных экстремальных пиков заряда по току из-за низкого ESR.

Гибридные двухслойные конденсаторы, с другой стороны, характеризуются более щадящим режимом зарядки благодаря более высокому последовательному сопротивлению и оптимизированной конструкции. . На начальном этапе достигается номинальное напряжение на конденсаторе. Это упрощает работу при переключении режима пробуждения и применении датчиков с низким энергопотреблением. Управляющая электроника, безусловно, может быть упрощена в отличие от двухслойных конденсаторов. Недостатком является относительно высокое начальное падение напряжения.

Блок-схема зарядки и резервного копирования с использованием LTC3355.

Выше приведен эталонный дизайн понижающего преобразователя, использующего LTC3355 от Linear Technology. Описанная выше система объединяет решение для защиты от аварийного тока со схемой контроллера заряда и резервным преобразователем, включая необходимые датчики измерения тока для оценки работоспособности, а также все защитные функции. ENYCAP, двухслойные конденсаторы, классические конденсаторы и батареи также могут использоваться для управления этой системой для реализации автоматического переключения.

Показанная система способна преобразовываться в запрограммированное напряжение питания нагрузки и заряжать резервный накопитель энергии. При прерывании подачи напряжения встроенный повышающий преобразователь в системе поддерживает выходное напряжение на нагрузке без каких-либо перерывов до тех пор, пока не будет исчерпан запас вторичного источника энергии. Более того, если напряжение на конденсаторе около 1 В ниже минимального, переключатель нагрузки на выходной стороне отключает нагрузку, таким образом избегая полной разрядки и постоянной линейной работы подключенных регуляторов.

LTC3355 выполняет все функции, необходимые в интеллектуальной системе управления питанием сервера или IPC. Он отслеживает напряжения VIN, VOUT и VCAP. Он также отслеживает состояние работоспособности источника энергии (CPGOOD), автоматическое переключение питания на резервное устройство накопления энергии (PFOB), а также регулирование нагрузки системы.

Оценочный конструкторский комплект (MAL219699001E3).

Конденсаторы серии ENYCAP 196 HVC предназначены для нормальных условий хранения при температуре от -40° до +85°C. Однако после одного года хранения детали должны быть подключены к источнику питания и заряжены. Саморазряд низкий. Постоянное напряжение заряда полностью заряженного конденсатора должно быть ограничено значением ≤20 мкА; в противном случае изделие рано состарится. При протекании более высокого тока необходимо убедиться, что ENYCAP 196 HVC отключен от цепи. Также необходимо избегать полного саморазряда. Большая часть энергии может быть извлечена из одиночного элемента в диапазоне от 1 В до 1,4 В. Напряжение элемента ниже 1 В приводит к глубокому разряду. В результате низкие разрядные токи уже могут оказывать негативное влияние на свойства изделия.

При выборе других компонентов было уделено большое внимание обеспечению низких потерь в цепи постоянного тока, низкого температурного коэффициента и высокоэффективных индуктивностей, чтобы максимально полно использовать имеющуюся энергию. Кроме того, была реализована схема защиты входов с TVS-диодами, чтобы избежать перенапряжений во всей цепи.