цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Схема зарядки ионистора (суперконденсатора) своими руками

Схема зарядки ионистора (суперконденсатора) своими руками

Автор: Mike(admin) от 31-05-2019, 07:55

Как зарядить суперконденсатор (ионистор)


Суперконденсаторы или ионисторы и их возможное использование в электромобилях, смартфонах и устройствах Интернета вещей в последнее время широко обсуждается, но сама идея создания суперконденсатора восходит к 1957 году, когда компания General Electric впервые провела эксперимент с целью увеличения емкости своего накопителя. За прошедшие годы технология суперконденсаторов значительно улучшилась, и сегодня они используются в качестве резервных батарей, солнечных батарей и других приложений, где требуется кратковременное повышение мощности. Многие ошибочно полагают, что ионисторы заменяют батареи в долгосрочной перспективе, но, по крайней мере, с современными технологиями суперконденсаторов – это не что иное, как конденсаторы с высокой емкостью зарядки.


Схема зарядки ионистора (суперконденсатора) своими руками

В этой статье мы узнаем, как безопасно зарядить такие суперконденсаторы, разработав простую схему зарядного устройства, а затем использовать ее для зарядки нашего суперконденсатора, чтобы проверить, насколько он хорошо удерживает энергию. Подобно аккумуляторным элементам, суперконденсатор также можно комбинировать для формирования блоков питания, но подход к зарядке блока суперконденсаторов отличается и выходит за рамки данной статьи. Здесь будет использоваться простой и общедоступный суперконденсатор 1F емкостью 5,5 В, который выглядит как монета. Мы научимся заряжать такой суперконденсатор и использовать его в подходящих приложениях.


Сравнивая суперконденсатор с батареями или аккумуляторами, стоит сказать, что суперконденсаторы имеют низкую плотность заряда и худшие характеристики саморазряда, но все же с точки зрения времени зарядки, срока годности и цикла зарядки они превосходят батареи. В зависимости от наличия тока зарядки, суперконденсаторы могут заряжаться менее чем за минуту, а при правильном обращении они могут работать более десяти лет.


По сравнению с батареями суперконденсаторы имеют очень низкое значение ESR (эквивалентное последовательное сопротивление), что позволяет более высокому значению тока течь в или из конденсатора, позволяя ему быстрее заряжаться или разряжаться при высоком токе. Но из-за этой способности работать с большим током, суперконденсатор следует заряжать и разряжать безопасно для предотвращения теплового разгона. Когда дело доходит до зарядки суперконденсатора, есть два золотых правила: конденсатор должен заряжаться с правильной полярностью и с необходимым напряжением, не превышающим 90% его полной емкости по напряжению.


Суперконденсаторы, представленные на рынке сегодня, обычно рассчитаны на 2,5 В, 2,7 В или 5,5 В. Подобно литиевому элементу, эти конденсаторы должны быть соединены последовательно или параллельно для образования высоковольтных аккумуляторных батарей. В отличие от батарей, конденсатор при последовательном соединении будет взаимно суммировать его общее номинальное напряжение, что делает необходимым добавление большего количества конденсаторов для формирования батарейных блоков приличного значения. В нашем случае у нас есть конденсатор 1F 5,5 В, поэтому зарядное напряжение должно составлять 90% от 5,5, что составляет около 4,95 В.


При использовании конденсаторов в качестве элементов накопления энергии для питания наших устройств важно определить энергию, запасенную в конденсаторе, чтобы предсказать, как долго устройство может быть запитано. Формулы для расчета энергии, накопленной в конденсаторе, могут быть заданы как E = 1 / 2CV2. Таким образом, в нашем случае для конденсатора 1F 5,5 В при полной зарядке накопленная энергия будет составлять E = (1/2)* 1 * 5.52 = 15 Джоулей.


Теперь, используя это значение, мы можем вычислить, как долго конденсатор может питать устройства, например, если нам нужно 500 мА при 5 В в течение 10 секунд. Тогда энергия, необходимая для этого устройства, может быть рассчитана по формулам Энергия = Мощность x Время. Здесь мощность рассчитывается по формуле P = VI, поэтому для 500 мА и 5 В мощность составляет 2,5 Вт. Тогда Энергия = 2,5 х (10/60 * 60) = 0,00694 Вт*ч или 25 Дж. Отсюда можно сделать вывод, что нам понадобится как минимум два таких конденсаторов, подключенных параллельно (15 + 15 = 30), чтобы получить блок питания в 30 Дж, которого будет достаточно для питания нашего устройства в течение 10 секунд.


Когда дело доходит до конденсатора и аккумуляторов, мы должны быть очень осторожны с их полярностью. Конденсатор с подключенной обратной полярностью, скорее всего, нагреется и поплавится, а может и разорваться в худшем случае. У нас есть конденсатор типа монеты, полярность которого обозначена маленькой белой стрелкой, как показано ниже.


Как определить полярность ионистора (суперконденсатора)

Направление стрелки указывает направление тока. Вы можете думать об этом так: ток всегда течет от положительного к отрицательному полюсу, и, следовательно, стрелка начинается с положительной стороны и указывает на отрицательную сторону. Здесь мы создадим зарядное устройство, которое стабилизирует напряжение в величину 5,5 В от адаптера 12 В, и используем его для зарядки суперконденсатора. Напряжение на конденсаторе будет контролироваться с помощью компаратора операционного усилителя, и как только конденсатор будет заряжен, схема автоматически отключит суперконденсатор от источника напряжения. Звучит интересно, так что давайте начнем.


Полная принципиальная схема для этой цепи зарядного устройства суперконденсатора приведена ниже.


Схема зарядки ионистора (суперконденсатора) своими руками

Схема питается от 12-вольтового адаптера; Затем мы используем LM317 для регулирования 5,5 В для зарядки нашего конденсатора. Но эти 5,5 В будут поданы на конденсатор через полевой МОП-транзистор, действующий в качестве переключателя. Этот переключатель замыкается только в том случае, если напряжение на конденсаторе составляет менее 4,86 В, поскольку конденсатор получает заряд и при повышении напряжения, переключатель размыкается и препятствует дальнейшей зарядке батареи. Сравнение напряжения выполняется с использованием операционного усилителя, и мы также используем PNP-транзистор BC557 для свечения индикаторного светодиода, когда процесс зарядки завершен. Показанная выше принципиальная схема разбита на сегменты ниже для объяснения.


Схема зарядки ионистора (суперконденсатора) своими руками

Рассмотрим цепь со стабилизатором напряжения.


Схема зарядки ионистора (суперконденсатора) своими руками

Резистор R1 и R2 используется для определения выходного напряжения LM317 на основе формулы Vout = 1,25 x (1 + R2 / R1). Здесь мы использовали значения 1 кОм и 3,3 кОм для регулирования выходного напряжения 5,3 В, которое достаточно близко к 5,5 В. Теперь посмотрим на цепь компаратора.


Схема зарядки ионистора (суперконденсатора) своими руками

Мы использовали ИС компаратора LM311 для сравнения значения напряжения суперконденсатора с фиксированным напряжением. Это фиксированное напряжение подается на второй вывод с использованием схемы делителя напряжения. Резисторы 2,2 кОм и 1,5 кОм дают напряжение 4,86 В от 12 В. Это 4,86 вольта по сравнению с опорным напряжением (напряжения конденсатора), который соединен с контактом 3. Когда опорное напряжение меньше, чем 4.86 В вывод 7 перейдет в высокий логический уровень 12 В с нагрузочным резистором 10 кОм. Это напряжение будет затем использоваться для управления полевым МОП-транзистором (MOSFET). Собственно, вот схема с MOSFET.


Схема зарядки ионистора (суперконденсатора) своими руками

В данном случае IRFZ44N используется для подключения суперконденсатора к напряжению зарядки на основе сигнала от операционного усилителя. Когда выход операционного усилителя поднимается до высокого уровня, он выводит 12 В на вывод 7, который аналогичным образом включает полевой МОП-транзистор через его базовый вывод, когда выход операционного усилителя понижается до 0 В, и МОП-транзистор открывается. У нас также есть PNP-транзистор BC557, который включит светодиод, когда MOSFET выключен, указывая, что напряжение на конденсаторе превышает 4,8 В.


Схема довольно проста и может быть собрана на макетной плате или довольно легко и быстро спаяна перфорированной плате, например, так:


Схема зарядки ионистора (суперконденсатора) своими руками

Схема зарядки ионистора (суперконденсатора) своими руками

Схема зарядки ионистора (суперконденсатора) своими руками



© digitrode.ru


Теги: ионистор, суперконденсатор, конденсатор, Зарядное устройство



   Благодарим Вас за интерес к информационному проекту digitrode.ru.
   Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
   Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий