关于法拉法拉电容在毫安级用电器中运用

更新时间:2024-01-30 点赞:9046 浏览:33822 作者:用户投稿原创标记本站原创

摘要:本文在深入研究法拉电容原理的基础上,推导出了恒压充电的电流方程,并在复数域上推导出其阻抗函数,为法拉电容在毫安级用电器上的应用研究提供了理论支持。在此基础上设计了阶段式智能充电电路,经与其他多种充电器对比测试证明,它能大幅提高电能的利用率,节约电能,并能满足绝大多数毫安级用电器的使用要求。
关键词:法拉电容;电源;毫安级用电器
1674-9324(2012)12-0179-02

一、法拉电容理论研究

(一)法拉电容储能原理

法拉电容是一种电化学元件,储能效率高达90%以上。采用如图1所示的RC等效电路进行分析:
Res为法拉电容等效串联电阻,主要由电极内阻构成,影响其充、放电电流及电源利用效率;Rep为等效并联电阻,影响漏电流及长期储能特性;C为等效容抗。

(二)RC等效电路的电流变化

利用法拉电容等效RC电路,建立其等效电路方程以获取其充电电流函数。根据线性电容特性方程:I=C■…(1),等效串联电阻引起的压降:Upcr=ItRcr(2),由基尔霍夫电压定律可知:U max=Ures+Uc=IRes+■,方程两边对时间求导得:O=■Res+■=■Res+■,解此微分方程得:I(t)=e■(3).综合以上各式可得法拉电容恒压充电效率为:?浊=■…(4).
分析(3)可知,影响法拉电容充电时间的两个参数为Rec和C,且二者越大,充电时间越长,充电尾声时I(t)趋近于零。
分析(4)可知,输入电压越高,充电效率越高,直到一个临界值,因为理想状态下IcRec=0,所以,与恒流限压充电相比恒压充电效率更高。

二、法拉电容作主电源的可行性分析

(一)放电时间公式推导

法拉电容储存的能量为:Ec=■(U2max-U2min),其中Umax是电容最大电压,Umin是使负载正常工作的最小电压,由负载决定。负载消耗的能量E=■UItdt,由上式可得法拉电容持续放电时间:t=■=■.

(二)放电时间估算

以小电流用电器中较具代表性的电视遥控器为例:一个工作电压为3V的遥控器,平均放电电流约为5mA,如果使用2节15F的法拉电容器并联供电,理论上可连续使用5400秒,按一次按键0.55秒计算,每天50次,则可使用200天。

三、法拉电容充电器的设计及性能测试

(一)法拉电容充电器设计

法拉电容充电器采用了全新的充电模式,充电时间短,效率高,控制简单,成本低。该充电器电路由降压电路和控制电路两部分组成。
1.降压电路。降压电路使用了MC34063集成电路,MC34063集成电路本身包含了DC/DC变换器所需要的控制电路、较低、具有低静态电流(1.6mA)、工作频率可调到100HZ~100KHZ、软开启等特点。最大输出电流为1.5A,适合法拉电容充电使用。根据降压公式,源于:论文参考文献标准格式www.618jyw.com
这个降压电路可以把USB接口的5V电压降为

3.1Vlwbm电压。

2.控制电路。控制电路选用12LE5410AD单片机进行控制,进而实现了智能阶段式充电,电路如图2所示。
12LE5410AD单片机具有抗干扰能力强、功耗低、电压宽等特点,在工作模式下,电流仅为2.7~5.0mA,可与电脑串行通讯,便于编程,有8通道高速10位AD和I/O口,可实现检测负载端电压并据此改变充电模式。

(二)法拉电容电源性能测试

为了获得更接近实际的结果,对舵机实际使用情况进行测试。经测试,红外线检测有效率达97%以上,使用充满电的法拉电容模块作主电源时,多次测试平均按键次数在5000次以上,完全可以在实际中应用。
四、结束语
本文在对法拉电容的研究基础上,论证了法拉电容在小电流(毫安级)用电器上用做主电源的可能性,并实际设计出了一款法拉电容电池及充电电路,检测结果表明,该电源具有传统可充电电池无法比拟的优越性。
参考文献:
江泽佳.电路原理[M].北京:人民教育出版社,1979.
蔡国营.超级电容器储能特性研究[J].电子世界卫生组织,2009,(1):33-38.
[3]王心尘.替代电池的超级电容储能模块设计[J].电子世界,2007,(11):40-43.
[4]STC12C5410AD系列单片机用户手册[Z].
[5]STC89C51RC/RD+系列用户手册[Z].
[6]MC34063数据手册[Z].
相关文章
推荐阅读

 发表评论

共有3000条评论 快来参与吧~