Новости

11:06

Источник питания с суперконденсатором

Построение систем резервного питания на основе суперконденсаторов.

Схемные решения от Silego

Суперконденсаторы (ультраконденсаторы, ионисторы) могут отличаться формой, размерами, электрическими и эксплуатационными характеристиками. Например, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) для некоторых моделей достигает нескольких десятков Ом, но в то же время они обладают компактными размерами и невысокой стоимостью, что позволяет применять их в маломощных электронных устройствах. Для других суперконденсаторов ESR составляет всего 50 мОм, что делает их пригодными для систем с большими импульсными нагрузками. Для построения надежных и эффективных устройств разработчики должны учитывать все характеристики и особенности конкретных приложений. Забегая вперед, стоит также отметить, что важно создать не просто законченное устройство, а устройство с возможностью последующей модификации с учетом быстроразвивающихся технологий суперконденсаторов. То есть речь идет о разработке гибкой платформы, вокруг которой в дальнейшем можно создавать различные адаптированные решения.

Балансировка суперконденсаторов

Как известно, суперконденсаторы достаточно чувствительны к перенапряжениям. Например, при создании батарей из суперконденсаторов перенапряжения могут быть вызваны несогласованностью характеристик отдельных ячеек. Суперконденсаторы с рабочим напряжением 5.5 В, часто представляют собой пару последовательно включенных суперконденсаторов с рабочим напряжением 2.7 В. Чтобы каждая из ячеек при этом находилась в пределах допустимого диапазона напряжений, необходимо выполнять балансировку.

В простейшем случае для балансировки суперконденсаторов используются обычные резисторы. Номиналы согласующих сопротивлений выбирают одинаковыми для всех ячеек. К сожалению, применение резисторов неизбежно приводит к дополнительным потерям мощности. Кроме того, номиналы согласующих сопротивлений значительно уменьшаются при увеличении рабочих напряжений. Например, суперконденсаторы 1 Ф/5.5 В DMF4B5R5G105M3DTA0 от Murata при работе с максимальным напряжением 4.5 В требуют балансировочных резисторов 47 кОм [1], но если максимальное напряжение составляет 5 В, величина сопротивления уменьшается до 4.7 кОм. Альтернативой балансировочным резисторам являются активные схемы балансировки, которые, как правило, строятся на базе ОУ и нескольких МОП-транзисторов. На Рис. 1 показан еще один альтернативный поход, который предполагает использование микросхем смешанных сигналов Silego GreenPAK.

Схема балансировки ячеек

Поддержание постоянного выходного напряжения

В отличие от напряжения аккумулятора, напряжение суперконденсатора линейно уменьшается при разряде. По этой причине схема питания должна обеспечивать стабилизацию напряжения как в случае, когда входное напряжение оказывается ниже требуемого выходного уровня, так и в случае, когда входное напряжение превышает заданное значение. Другими словами, для полного использования накопленного заряда и поддержания постоянного выходного напряжения потребуется повышающе-понижающий преобразователь.

Существует альтернативный простой и недорогой вариант системы питания, использующий микросхему Silego GPAK, которая выполняет две основных функции. С одной стороны, она выступает в качестве ШИМ-контроллера понижающего преобразователя, а с другой стороны, при уменьшении напряжения суперконденсатора ниже определенного уровня, она активизирует повышающий преобразователь. В настоящий момент доступно множество вариантов реализации повышающих преобразователей. В качестве примера можно привести схему с интегральным преобразователем PAM2401 от Diodes Inc., который обеспечивает выходное напряжение 3.3 В при входном напряжении более 1 В. Еще одним примером является контроллер MCP16251 от Microchip.

 

 

Бесплатный конструктор сайтов - uCoz