[浅谈法拉电容在毫安级用电器中的应用]法拉电容能当电池用吗

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；毫安级用电器中图分类号：G712 文献标志码：B 文章编号：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、价格较低、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，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：[1]江泽佳.电路原理[M].北京：人民教育出版社，1979.[2]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].

推荐访问:法拉 浅谈 用电 电容