可满足峰值功率负载的超级电容器介绍.doc
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1、可满足峰值功率负载的超级电容器介绍对于今天的大多数设计团队来说,从事空间受限的电池供电的消费电子产品开发工作将成为最具挑战性的产品。除了能够在给定的机箱尺寸内实现所需的功能之外,最重要的考虑因素之一是可用的功率预算。可用于所有电子设备的空间(例如处理器,无线连接和显示器/UI)之间的平衡行为需要与电池的空间相对应。对于某些应用,例如与具有相机闪光功能的智能手机中的相比,峰值功率负载明显高于任何其他用例,尽管是短暂的。面临这种挑战的工程师可能会考虑使用超级电容器(也称为双电层电容器(EDLC)作为满足峰值负载要求的方法。超级电容器能够存储比方便的电解电容器多100倍的电容,通常可以提供高达4安培
2、的电流,持续40毫秒。这种EDLC也是提供备用电源以适应应用主电源瞬间中断的理想选择。用于固态磁盘驱动器的备用电源,内存备份,实时时钟备用电源以及用作能量收集设备的能量存储器都是使用EDLC的候选电源。EDLC,与陶瓷或电解电容器不同,不要使用介电层。取而代之的是两个电极之间的电解质,无论是固体还是凝胶状物质(图1)。这种结构的所得电容与电极的表面积成比例,并且通过使用沉积在铝箔上的动力活性炭作为电极,提供相当高的电容值。进出电极表面的离子吸收过程会产生EDLC的充电和放电。图1:构建超级电容器 - EDLCEDLC的构造往往因制造商而异,每个都具有略微不同的特征。例如,Murata及其DMT
3、/DMF系列(图2)采用铝质层压薄膜包装,两侧涂有绝缘塑料层。活性炭电极和电解质的夹层构成多层包装,并且每个片材通过分离器机械地和电气地分离。而且,两个电容器形成在单个“袋”封装内,并且除了外部电极之外还与连接到中点的引线串联连接。 Murata产品的一个例子是DMT334R2S47,一个470 mF超级电容器,额定工作电压为4.2 VDC。 TDK采用类似的方法,其EDLC252520系列,例如EDLC252520-351-2F-21,350 mF,工作电压为3.2 VDC。图2:Murata EDLC封装示例相比之下,松下与其Gold系列EDLC采用了几种具有不同特性的结构形式。纽扣电池格
4、式用于存储器备份应用和太阳能电池的辅助电源,多层堆叠纽扣电池布置用于工业和汽车存储器备份应用,并且使用更熟悉的圆柱形封装,具有相对低的ESR,用于更高电流的应用,如玩具。一个例子是EEC-S0HD334V,一个330 mF 5.5 VDC工作电压部件。为了更好地了解EDLC的行为和操作,有必要考虑其等效电路模型。从简单的第一眼看,模型如图3所示。图3:EDLC的简单等效电路模型请注意,EDLC中两个电容器单元的组合创建了一个进一步简化的模型。等效电容为一半,有效串联电阻(ESR)加倍。然而,该模型没有考虑活性炭电极的实际行为。由于其沉积导致表面上不同深度的层或孔,离子的移动变化。结果是离子可以
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