无电池电子设备的驱动方法

双层电容器技术的最新发展已 使它能够代替特定二次电力存储应用中的再充电电池（参考文献 1）。电容器提供了相对于再充电电池的明显优势，其中包括实际无限次数的充电/放电周期、短路情况下的生存能力、只需要过压保护的简单充电电路。另外，存储电容器可快速充电，并且当产品到达工作寿命终点时，不会引起有毒废物处理问题。 　　本设计实例通过描述一种强力驱动电容器充电器，由此延伸了早先的思路。强力驱动式发电机和高值电容器的组合为应急设备和生存工具包提供了一种高度自主和保持环境清洁的供电方法。这种另类的“可更新”能源的应用涵盖了多种现代便携式电气和电子设备，其中包括手机、MP3 播放器、调幅/调频收音机、PDA、手持式 PC、闪光灯。 　　强力供电的电容充电器只包含几个元件：存储电容器、桥式整流器、保护电容器不受过高电压影响的限压齐纳二极管（图 1）。对于实际的储能实验，你可使用最高额定电压为 5.5 V的 1F 或 0.47 F电容器，比如 NEC-Tokin America 公司（www.nec-tokin.com）的产品（图2）。如需要更大的存储容量，你可使用电容量更高的电容器，比如 Elna 公司 (www.elna.co.jp) 的 100 F 2.5 V Dynacap（图3）。 　　你可把灯泡从廉价的人工供电的闪光灯中取出，并把它的发电机当作电容充电器（图4）。另外，目前市场上出现的各种人工供电的产品提供了做实验的可能性。对于更高的输出，你可使用一台固定的自行车驱动式发电机。根据个人提供的踏板力量的不同，这些发电机能提供20W至100W的平均功率。图4中的曲柄启动式闪光灯最初是点亮一支2.5V、0.15A钨丝灯泡，它在全亮度时消耗大约0.4W。但是，测量结果表明：该发电机可以提供更多电力，并能在大约10秒内把1F电容器充到5V。以下公式可计算存储在电容器（电容值为 C）中的能量：E=1/2C%26;#215;VMAX2=12.5J，而以下公式则可计算各种时间的平均最大强力发电量 T：TMAX=E/T=12.5/10=1.25 W。 　　你可使用以下公式来计算电容器的端子电压在从最高变为最低的同时，电容器在放电周期内能够提供的有效能量EEFF：EEFF=1/2C(VMAX2-VMIN2)，其中VMAX2和VMIN2分别代表了施加到被供电设备的最高和最低工作电压。你可串联或并联存储电容器。在这两种情况下，都应确保电路为电容器包含适当的过压保护。为了获得增添的电压，你可添加一个直流/直流开关稳压器来产生稳定的输出电压。 　　一些重要的设计考虑事项是关于二极管桥式整流器和齐纳二极管DZ 的最高电压和电流额定值。对曲柄启动式发电机的实验测量得到了其开路电压的以下近似值：最高电压10 Vrms、峰值电压14 V、最高短路电流 200 mArms。对于这种应用，一种具有20V最低峰值反向电压和0.5 A最低正向电流的廉价桥式整流器提供了足够的余量。DZ的击穿电压额定值应该略低于存储电容器的最高工作电压，而二极管的额定功率——在本应用中是 2 W——应超过发电机的最大输出电流和齐纳二极管的传导电压的乘积。 参考文献 Bell, Alexander, "Single capacitor powers audio mixer," EDN, March 14, 1997, pg 80.