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电容特性影响能量搜集功率

为能量收集,电容的选择需要慎重考虑超越了简单的电容值的特点。在这些特性,漏电流仍然是一个主要问题。然而,今天,设计师可以找到选择,从低漏电电

为能量搜集,电容的挑选需求慎重考虑逾越了简略的电容值的特色。在这些特性,漏电流仍然是一个首要问题。但是,今日,规划师能够找到挑选,从低漏电电解电容,以高功用的超级电容器从制作商,包含AVX,KEMET,麦克斯韦技能,村田,NessCap,精工电子,太阳诱电,和联合国贵弥功,等等。电容常常出现在许多规划状况的过后,加入到电路整理信号和电源。在信号搜集,电容器起到滤除带外源和在取样和坚持阶段用于模仿/数字转换器更重要的效果。在能量搜集运用程序,但是,电容器,用于累积的电荷从低能量的环境来历,敏捷和有效地开释所存储的电荷成一个负载供给的一个要害组成部分。在这些运用中,电容器特性和组件的挑选上升为重要要素的规划。在他们中的电路规划的传统人物,电容器被认为是稳定电容重量进行滤波,解耦,和其它任何了解用处这些设备。关于这些意图,一个抱负的电容器的特性和那些真实的电容之间的差异一般不会大大影响他们充沛添补他们的效果的才能。用于能量搜集运用程序,但是,从抱负电容器动身明显影响的规划作为一个全体的功率。之间的一起效果(图1),等效串联电阻(ESR)和漏电流占主导地位的,或许下降功率非抱负特性的阵列。高ESR引起电容耗费功率,特别是当遭到高沟通电流。这样,在一个能量搜集子系统运用低ESR的电容器导致全体更高的功率。漏电流施加在选用极低能量的环境来历的规划更深远的影响 – 并上升作为在能量搜集规划运用更了解类型的电容器的才能的明显约束。

图1:在能量搜集运用,等效串联电阻(ESR)和并联电阻(RL)成果在其腐蚀全体功率的功率损耗。(Analog Devices公司供给)关于任何电容器,漏电流的量取决于多种要素,并跟着时刻的推移,电压和温度(图2)的改变。的那一刻起就被彻底充电,电容器表现出相对较大的电流活动开端,直到它终究到达一个较低的稳定值。作为到达这一稳定电平所需的时刻。成果,工业实践一般依赖于丈量只要几分钟后拍照的漏电流。由于在量化的电容器的非抱负行为的困难,一些制作商将结组成一个单一的值漏电流,ESR和ESL的称为耗散因子,其被界说为能量比每个周期散失到能量每个周期存储 – 实际上,电容器的低功率的测量。

图2:在电容器漏电流的巨细取决于多种要素,包含时刻(A),电压(B)和温度(℃)。漏电流(威世供给)还与作业电压(UB图2B)添加;作为施加电压超越额外电压(UR在图2B),并传递电容器阳极的浪涌电压美国和终究预成形电压(UF在图2B)明显上升。在上面的浪涌电压电平,物理和化学反应能够发生在电容器。其成果是,电容器一般不以额外电压以上的水平操作。最终,走漏电流能够随环境温度的升高添加由于温度对电容器的物理和化学反应的影响。漏电流特性电容一切类型的,但有些类型的传统表现出更大的漏电流比其他人。例如,电解电容的规划坚持的主力,但其走漏特性一向为在有限的功率预算规划中运用的重视。供给高电容值,并处理高电压和电流的才能,电解电容填充的效果,从作为传统的规划作业在功率调理阶段,太阳能逆变器运用一个根本脱钩或过滤组件。在曩昔,电解电容器表现出明显漏电流在很大程度上阻碍了它们在能量搜集运用从弱动力。但是,今日的前进在材料科学和制作已使制作商能够供给表现出明显下降漏电流钽二氧化锰电容线。例如,在AVX TRJ线或在低几十纳安的Kemet的T491线要素的走漏电流的电容器。而更高档的钽电解电容器能满意在能量搜集规划功率的要求,其他电容器技能,如薄膜电容器和陶瓷电容器供给的小封装尺度和功用功率(图3)的组合。伴跟着较低的ESR,这些设备一般具有更长的运用寿命评级和低漏电流比同类电解电容。例如,AVX 1206YD226MAT2A陶瓷电容器展品走漏低于10 nA的(在3.5 V)和ESR的约800毫欧(100赫兹)的电流。陶瓷电容器还具有十分严厉的公役;例如,村田GRM陶瓷电容器系列包含部件,如GRM0335C1ER10WA01D该功用的±0.05 pF的耐受性。

图3:电容器的阻抗Z和等效串联电阻(ESR)能够明显改变,在频率和电容器类型。(村田制作所供给)关于许多能量搜集运用程序,双电层电容器(EDLC),或超级电容器,已成为首选的解决方案,供给高容量,功率和小尺度封装,传统电容技能是组合很少能够匹配。超级家庭如麦克斯韦技能K2,美贵弥功DLCAP,并低于1毫欧NessCap ULTRACAP报价与ESR电容值60毫米×72毫米和更大的包从650 F。与此同时,规划者寻觅一个较小的规划尺度能够发现超级电容器,供给明显电容值在十分小的封装。例如,精工电子CPH3225A和太阳诱电的PAS系列具有11 mF与320毫米×2.5毫米包14μF的组成部分。尽管超级电容器供给优胜的能量密度,其特性曲线能够是杂乱得多。超级电容器结合几个电容器,其能够各向相对明显总漏电流为特定的设备(图4)。其成果是,规划人员能够找到他们需求承受程度的能量丢失,由于走漏电流来取得分外高密度能量存储容量可用这些组件。

图4:超级电容器由多个电容器(A)中,每个有助于全体的漏电流(B)的树立。(村田制作所供给)综上所述,不同于传统的运用,从规划低能耗的环境资源要求自己作业期间耗电量小的组件,搜集能量。尽管规划者或许现已被取消资格,由于它们具有相对高的漏电流,在曩昔的电解电容器,今日制作商供给与杰出匹配的许多能量搜集运用特性的电解电容器。而代替的技能,如薄膜电容器和陶瓷电容器供给改进的特性,尺度紧凑和高电容,超级电容器供给高能量密度更高的走漏和ESR的本钱。

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