Подключение и использование суперконденсаторов
В наши дни суперконденсаторы (ионисторы) доступны всем, так как цены на них существенно снизились, и сегодня есть множество хорошо укомплектованных этими компонентами магазинов для радиолюбителей и производителей, поэтому здесь мы приведем материал о схемах и проектах, основанных на суперконденсаторах, благодаря которым вы сможете чему-то научиться в плане их использования.
Суперконденсаторы – это просто
Суперконденсаторы (также известные как ионисторы или ультраконденсаторы) используют электродные материалы с большой площадью поверхности и тонкие электролитические диэлектрики для достижения емкостей на несколько порядков больше, чем у классических конденсаторов. Суперконденсаторы, емкость которых рассчитана в Фарадах, могут использоваться для накопления энергии, подвергаясь частым циклам зарядки и разрядки при высоком токе и короткой продолжительности. Другими словами, суперконденсаторы идеальны, если требуется быстрая зарядка, чтобы удовлетворить кратковременную потребность в энергии – то есть, чтобы преодолеть разрывы мощности, продолжительностью от нескольких секунд до нескольких минут, – и они могут быстро заряжаться.
В данных примерах мы будем использовать распространенный ионистор на 1 Ф / 5.5 В, который можно найти в любом интернет-магазине по продаже электронных компонентов. Максимальное рабочее напряжение такого суперконденсатора составляет 5,5 В, а его внутреннее сопротивление находится в диапазоне от 15 Ом до 30 Ом. Допуск по емкости составляет от –20% до 80%, а диапазон рабочих температур составляет от –25 до 70 ℃. Помимо суперконденсатора, вам понадобится всего несколько компонентов для первоначальных экспериментов.
Основы использования суперконденсатора
Желательно, в начале вам нужно подготовить небольшую коммутационную плату на пластине перфорированной печатной платы хорошего качества, чтобы установить еще несколько компонентов. Мы установим их на прямоугольную универсальную печатную плату FR4 55 × 15 мм.
Поскольку быстрым и безопасным источником для зарядки суперконденсатора является источник питания USB, мы добавим для этой цели разъем USB типа A.
Схема отладочной платы с использованием суперконденсатора показана ниже.
10-омный резистор (R1) в цепи предназначен для ограничения пускового тока заряда (разряженный суперконденсатор будет выглядеть как короткое замыкание на источник питания), а диод Шоттки 1N5819 (D1) для защиты от обратного тока. D1, очевидно, приводит к небольшому падению напряжения, поэтому в некоторых приложениях было бы лучше обходить его (см. перемычку SJ1). Такая базовая аппаратная настройка была протестирована с использованием регулируемого источника питания 5 В / 500 мА, в то время как C1 потребовалось от 30 до 60 секунд, чтобы получить напряжение 4,7 В. После этого был подключен один 5-мм высокоэффективный синий светодиод (с резистором 1,2 КОм последовательно) через С1, и было видно сильное свечение синего света в течение примерно трех минут (и слабое свечение в течение пары минут).
Индикатор заряда
Хотя, откровенно говоря, он не очень полезный, но, тем не менее, реализуем дополнительный индикатор заряда для базовой платы, созданный на основе половины двойного компаратора LM393 (IC1). Синий индикатор (LED1) в цепи загорается, когда напряжение на суперконденсаторе (C1) достигает предопределенного значения, установленного потенциометром 10 КОм (RP1). Обратите внимание, что вы можете обойтись без второго резистора 10 кОм (R3A) (см. перемычку JP2).
Светодиодный драйвер на основе суперконденсатора
Суперконденсаторы являются хорошим выбором для питания небольших источников света, потому что они могут заряжаться очень быстро и могут испытывать гораздо больше циклов зарядки / разрядки, чем любой вид аккумулятора. Хотя для управления светодиодом от суперконденсатора необходим только один ограничивающий ток резистор, здесь мы попробуем драйвер постоянного тока на основе дискретных компонентов.
Приведенная выше схема была успешно протестирована с помощью 5-мм высокоэффективных красных, зеленых, синих, янтарных и белых светодиодов. Как вы могли заметить, идея не что иное, как простая копия классической схемы генератора постоянного тока. В нашем прототипе диоды 1N4148 (D2 – D3) устанавливают напряжение базы BC547 (T1) примерно на 1,2 В, что, в свою очередь, определяет падение напряжения на 27-омном резисторе (R5) на 0,5 В, что указывает на то, что ток через R5 (и, следовательно, LED2) постоянен на уровне около 18 мА.
Теперь мы согласуем эти три темы, заполнив свободную часть нашей «длинной» базовой аппаратной платы индикатором заряда и драйвером.
В итоге такое основа данной цепи представляет собой дискретную реализацию схемы зарядного устройства суперконденсатора с резистором для управления зарядным током и диодом Шоттки для предотвращения обратного протекания тока. Токоограничивающий резистор выбран на 10 Ом, чтобы ограничить максимальный ток зарядки до (5–0,3 / 10) 470 мА. Эта концепция приводит к длительному времени зарядки из-за экспоненциального профиля зарядки и меньшему использованию емкости, поскольку суперконденсатор заряжается только до 4,7 В.
В данном случае нас не слишком волнуют некоторые вещи, которые могут негативно повлиять на производительность схемы относительно саморазрядки суперконденсатора, эффекта загрузки дополнительных сегментов и т. д. В любом случае, это можно решить с помощью специального зарядного устройства для суперконденсаторов, например, LTC3127 от Analog Devices или BQ24640 от TI, но это будет уже тема для другого проекта.
© digitrode.ru