超级电容技术参数详解

最新更新时间:2019-04-04来源: 互联网关键字:超级电容  漏电流 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

超级电容器广泛用于备份应用,使得在断开系统电源时有足够供电时间让电子设备电路作出紧急操作。本文介绍了超级电容选型时两个最容易混淆的概念——自放电电流与漏电流,分析了两者的差异及其重要性,以便工程师在电路设计时能够做出正确选择。


现今市场上,超级电容器 (Super capacitor)被定名为“超级(Super)”,似乎给人感觉“比一般电容更强、更有成效”。当然,即使像电影中的超人也有“弱点”,所以工程师使用超级电容器之前,了解其弱项,有针对性地进行选型或电路设计,会令产品开发事半功倍。


漏电流的概念


能够让超级电容器在特定电压下保持“已充电”状态下所需的电流量称为“漏电流”(Leakage Current)。充电电流随着时间的推移而减小,并且随着时间的推移变得稳定,最后其稳态电流就是“漏电流”。

 

图1中显示了KEMET公司“FC系列”产品在室温下的漏电流特性和测量电路。当超级电容器充电时,存在稳定的寄生电流(Parasitic Current)。超级电容器通过离子“吸收”和“释放”造成充电,并且当离子试图到达活性炭的细孔内部时,充电开始时的寄生电流很高。该初始电流称为“吸收电流”。该充电电流随着时间的推移而减小,并且随着时间的推移变得稳定。在开始施加电压30分钟后的主电流分量是吸收电流。当吸收电流减小时,漏电流成为主要成分。


图1:室温下测量电路的漏电流特性

由于超级电容器拥有较高等效串联电阻(ESR),因此连接到电源时,其高内阻会使高电流流动时电压降增加。这意味着它在高需求期间无法输出足够的能量,所以普遍用于低压应用。换言之,超级电容器只在细电流的环境下来作充电,所以“漏电流”是线路设计中不容轻视一个因素。


漏电流的计算

除了部份生产商直接提供参数值外,“漏电流值”可通过向超级电容器施加电压直至特定时间后测量电阻器两端的电压,再根据以下简单方程计算便能得出。

 


以KEMET公司的“FG系列”产品为例,规格书上提供了建议的串联电阻及电源以协助工程师的实验测试。


(注:电容器施加电压前需将两个端子短路将其放电,所需时间应参考规格书上的建议或更长时间)


自放电特性


当充电电源与超级电容器断开后,由于其高内阻而开始失去电荷,这被称为自放电(Self-Discharge)特性。在无负载条件的一段时间后,充电电容器中的电压降,每两周可能造成5-60%的电压损失。实验表明自放电率与各种参数相关——如温度、充电持续时间和放电时间。图2显示了KEMET公司的FC系列超级电容器的自放电特性。


图2,KEMET公司FC系列超级电容器的自放电特性


自放电电流的计算


通过将充电电压直接连接于电容器的两极(即电源和超级电容器之间没有电阻器)作长时间充电,例如24小时,然后断电,测量引脚到引脚间电压,得出时间与终端电压的关系(该试验应在环境温度为25℃或更低,相对湿度为70%RH或更低的环境中进行),自放电电流可根据此特性曲线利用如下方程计算出。

 

自放电电流

 当中,     C 是电容值 Capacitance (F)

             V0是某时段起始终端电压(V)

             V1 是某时段最后终端电压(V)

             Vdrop 是因电容内阻DCR的电压降(V)

             T 是某设定时段 (sec)

 

例如计算FC0H105ZFTBR44-SS的自放电电流:


图3,FC0H105ZFTBR44-SS自放电特性


超级电容器选型参数

在选料方面,工程师通过了解以下超级电容器的电气特性及其参数,可以让选料更有效率。


  • 电容值及额定电压

 

由于超级电容器具有高电容,因此普遍应用于备用或峰值功率的能量供应设备,但与电池不同,能量的供应是依赖电容器的放电,因此放电时间越久,电压值也会随之下降。由于超级电容器包含复杂的等效电路,工程师可根据以下的公式作简单的计算,以了解自己需要多大电容值。


image.png


                     

当中    V80% = 最大电压的80%;

           V40%= 最大电压的40%;

           t1= 达到V80%的时间;

           t2= 达到V40%的时间;

           Id = 放电电流  (稳定不变状态)

 

想了解一般市场上超级电容产品“电容值”及“额定电压”的可选范围,可在Digi-Key 网站中查询,相关数值会在产品的特性选项中显示,如下图4所示。


image.png


图4,超级电容器的电容及額定电压筛选列表


  • ESR (等效串联电阻)

 

电容器ESR 是另一个影响放电特性的重要参数之一。超级电容器的电压会根据放电电流而下降。由于内阻(ESR)的存在,电压也成比例地下降。这些电压降会影响输出,特别是当电容器用于高放电电流和降低电压时。因此,考虑到电压降,有必要计算所需的特性。可通过以下公式计算。

           


其中:阻值(不变)=R

          放电时间=t

          放电电压=Vc

          电容器电压降=Vt

          电容值 = C


image.png


图5:电阻值不变时放电时间与电容器电压降关系图


想知道可以选择的超级电容器的ESR范围,Digi-Key 网站里中的特性选项也有列示,如下图6所示。


图6,超级电容器的ESR (等效串联电阻)筛选列表


特殊应用的选料


对于只需少量电荷存储而对空间敏感的应用,建议使用低容值及贴片型产品。例如以下Panasonic公司的EC-RG0V105V的19mm贴片超级电容器,提供3.3V微电路低压的备用电量,适用于微处理器紧急而短暂的微电量供电应用。


图7,Panasonic 公司的EC-RG0V105V


或例如需要较低ESR 而应用于高电压的场景,如Cornell Dubilier Electronics (CDE) 公司的EDLRG105H3R6C,这种预设通孔端接硬币型封装元件,能提供高电容值,可作为集成电路电压备份,也可用于从电池提供初始电源,它们可永远不需要更换。


图8,Cornell Dubilier Electronics (CDE) 公司的EDLRG105H3R6C


本文小节


超级电容器广泛用于备份应用,使得在断开系统电源时有足够供电时间让电子设备电路作出紧急操作。但人们很容易将自放电电流与漏电流的概念相混淆。漏电流是电容器“连接”充电源时使电容器保持“已充电”状态下的稳态电流,而自放电是电容器“断电”后在负载下的漏电,使电容器失去电能。了解两者差异及其重要性,工程师便能在电路设计上作出正确的应对选择。


关键字:超级电容  漏电流 编辑:muyan 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/dygl/2019/ic-news040429005.html

上一篇:持续驱动创新引擎,Han-Eco® B重载连接器问市
下一篇:Littelfuse保护晶闸管更小更低工作电压更高耐压

推荐阅读

风华高科:已经突破新能源用超级电容器技术
近日,风华高科宣布,公司在新能源产品领域取得突破,推出能量型锂离子超级电容器产品,在相同规格尺寸下,容量比碳基超级电容器大10倍,技术处于国内领先水平。公开资料显示,风华高科是国内被动元件行业的领头企业,近年来随着新能源汽车市场的爆发,公司业绩也节节攀升,据公司最新披露的业绩报告显示,2022年第一季度,风华高科车规产品供不应求,累计接单金额和发货金额分别同比增长39.55%、40.1%,市场占有率不断攀升。其中,汽车MLCC接单数量和发货金额大幅提升,同比分别增长144%和191%,产品销售结构进一步优化,某单一新能源汽车行业标杆客户一季度发货金额同比增长246%,创下历史新高。
发表于 2022-04-16
研究人员探讨π-共轭聚合物的性质 以用于金属离子电池和超级电容
随着能源需求日益增长,以及化石燃料减少,利用可再生能源发电,具有重要意义。而且,对于工业进步和人类福祉而言,能源存储与能源生产同样重要。超级电容器具有价格低、能量密度相对较高、比电容高、电容保留率高、可再生性等优点,是一种极具吸引力的电化学储能系统。(图片来源:AZOM)作为各种储能技术中的电极材料,近年来有机材料备受关注。其中共轭聚合物(π-CPs)颇具吸引力,因其具有诸多优势,如良好的电导率、成本效益、重量轻和环保性。据外媒报道,在英国皇家学会开放科学杂志(Royal Society Open Science.)上发表的一篇论文中,某研究团队广泛考察特殊类型的有机材料,即将π-CPs作为多功能储能系统的电极材料,以促进电极材料快
发表于 2021-11-16
研究人员探讨π-共轭聚合物的性质 以用于金属离子电池和<font color='red'>超级电容</font>器
使用超级电容器实现备用电源的有效方法
许多通过线路供电的现代智能物联网 (IoT) 器件都需要备用电源,以便在意外断电时安全断电或保持通信不断。例如,电表可通过射频接口提供关于断电的时间、地点和持续时间的详细信息。由于具有以下优势,窄带物联网 (NB-IoT) 最近在上述用途中很受欢迎:• 使用现有的 2G、3G 和 4G 频段。• 由美洲、欧洲和亚洲国家的一个或多个运营商提供支持。• 与通用分组无线业务 (GPRS) 相比,功率和峰值电流显著降低。精心设计的备用电源方案有助于提供合适容量的备用电源,在正常和备用供电之间进行无缝切换,并支持多次断电而无需维护。在本文中,我们将介绍一种实施备用电源方案的简单方法,它使用 TI 的 TPS61094 降压/升压转换器和一款超
发表于 2021-11-15
使用<font color='red'>超级电容</font>器实现备用电源的有效方法
TI全新超级电容充放电一体化降压/升压转换器
TI全新超级电容充放电一体化降压/升压转换器,可实现更低静态功耗采用TI的全新DC/DC转换器,工程师可将低功耗工业应用中的电池寿命延长多达20%北京(2021年11月3日)– 德州仪器 (TI) 今天推出了一款新型双向降压/升压转换器,具有60nA的超低静态电流(IQ),是同类竞品升压转换器IQ的三分之一。TPS61094 降压/升压转换器内部集成了降压型超级电容充电器和升压型DC-DC转换器,同时提供超低静态电流,TPS61094搭配超级电容的方案与目前的混合层电容器 (HLC) 方案相比,该方案可帮助工程师将电池寿命延长多达20%。超级电容的强大的放电能力有助于支持比较大的峰值负载,这对于智能仪表、烟雾探测器和可视门铃等电池供
发表于 2021-11-03
TI全新<font color='red'>超级电容</font>充放电一体化降压/升压转换器
东阳光拟不超20亿元建铝电解电容器/超级电容器生产基地
集微网消息 10月18日,东阳光发布公告称,公司拟与浙江省东阳经济开发区管理委员会签署《铝电解电容器项目合作协议》,拟在东阳经济开发区投资建设铝电解电容器、超级电容器生产基地,项目投资总额预计不超过20亿元。同时,公司将在东阳市注册成立全资子公司作为项目公司。据了解,铝电解电容器作为三大被动电子元器件之一,可广泛应用于传统消费电子、工业、通讯、汽车电子等领域和新兴的基站、新能源汽车、光伏发电、储能变频等领域,在当前国家持续支持电子信息产业发展、大力推进碳达峰、碳中和的背景下,能源结构向低碳方向转型,加快构建以光伏、风电等清洁能源为主的能源体系,同时在能耗消费侧加速消费终端的电气化进程,通过技术升级改革推动消费终端的节能降耗工作,将带
发表于 2021-10-19
KEMET推出用于汽车的下一代超级电容器 寿命更长且稳定性更高
据外媒报道,国巨股份有限公司(Yageo Corporation)旗下子公司兼全球领先的电子元器件供应商KEMET宣布推出用于汽车电子的新型高性能超级电容器FMD和FU0H系列,可在85°C/85% RH额定电压和零下40°C至85°C的工作温度范围内工作1,000小时,其中FMD系列的使用寿命最长,高达4,000 小时。新型超级电容器符合汽车测试协议,由ISO TS 16949认证的工厂制造,并接受PPAP/PSW和变更控制。这两类超级电容器非常适合在断电期间需要主电源系统备份的汽车应用,例如ADAS、自动驾驶汽车和中央网关ECU。(图片来源:KEMET)在主电源系统的实时时钟或易失性存储器被移除时,例如电源发生故障或更换主电源系
发表于 2021-09-02
KEMET推出用于汽车的下一代<font color='red'>超级电容</font>器 寿命更长且稳定性更高
小广播
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2022 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved