原创 你想选择一种理想的“一劳永逸”型的器件吗？----请选择法拉电容、超级电容-深圳市鸣曦电子

什么是超级电容
　　超级电容器（supercapacitor），又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

超电容有哪些优点：
　　在很小的体积下达到法拉级的电容量；无须特别的充电电路和控制放电电路；和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；从环保的角度考虑，它是一种绿色能源；超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题；
　　超电容有哪些缺点：
　　如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于交流电路；

超级电容器与电池的比较
　　超级电容器不同于电池，在某些应用领域，它可能优于电池。有时将两者结合起来，将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来，不失为一种更好的途径。
　　超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久性破坏。
　　超级电容器的荷电状态（SOC）与电压构成简单的函数，而电池的荷电状态则包括多样复杂的换算。
　　超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量，电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中，超级电容器是一种更好的途径。
　　超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相反如果电池反复传输高功率脉冲其寿命大打折扣。
　　超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。
　　超级电容器可以反复循环数十万次，而电池寿命仅几百个循环。

 1、超低串联等效电阻（LOW ESR），功率密度(Power Density)是锂离子电池的数十倍以上，适合大电流放电，（一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以上）为水表控制电机阀或电磁阀的可靠开启提供了保障。
2、超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年。
3、可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无记忆效应。
4、免维护，可密封。
5、温度范围宽-40℃～+70℃，一般电池是-20℃～60℃。

如何选择超级电容器
　　超级电容器的两个主要应用：高功率脉冲应用和瞬时功率保持。高功率脉冲应用的特征：瞬时流向负载大电流；瞬时功率保持应用的特征：要求持续向负载提供功率，持续时间一般为几秒或几分钟。瞬时功率保持的一个典型应用：断电时磁盘驱动头的复位。不同的应用对超电容的参数要求也是不同的。高功率脉冲应用是利用超电容较小的内阻(R)，而瞬时功率保持是利用超电容大的静电容量(C)。
下面提供了两种计算公式和应用实例：
C(F)： 超电容的标称容量；
R(Ohms)： 超电容的标称内阻；
ESR(Ohms)：1KZ下等效串联电阻；
Uwork(V)： 在电路中的正常工作电压
Umin(V)： 要求器件工作的最小电压；
t(s)： 在电路中要求的保持时间或脉冲应用中的脉冲持续时间；
Udrop(V)： 在放电或大电流脉冲结束时，总的电压降；
I(A)： 负载电流；
瞬时功率保持应用
超电容容量的近似计算公式，该公式根据，保持所需能量=超电容减少能量。
保持期间所需能量=1/2I(Uwork+ Umin)t；
超电容减少能量=1/2C(Uwork2 -Umin2)，
因而，可得其容量(忽略由IR引起的压降)C=(Uwork+ Umin)t/(Uwork2 -Umin2)
实例：
　　假设磁带驱动的工作电压5V，安全工作电压3V。如果直流马达要求0.5A保持2秒（可以安全工作），那么,根据上公式可得其容量至少为0.5 F。
因为5V的电压超过了单体电容器的标称工作电压。因而，可以将两电容器串联。如两相同的电容器串联的话，那每只的电压即是其标称电压2.5V。
如果我们选择标称容量是1F的电容器，两串为0.5F。考虑到电容器－20％的容量偏差，这种选择不能提供足够的裕量。可以选择标称容量是1.5F的电容器，能提供1.5F/2=0.75F。考虑－20％的容量偏差，最小值1.2F/2＝0.6F。这种超级电容器提供了充足的安全裕量。大电流脉冲后，磁带驱动转入小电流工作模式，用超电容剩余的能量。
在该实例中，均压电路可以确保每只单体不超其额定电压。

DVD ，数码相框，手机等数码产品应用方案：

主电源停电及关断期间的后备用电源.在关机及更换电源时,随机存储器中的信息、时钟等记忆信息需要用备用电源来维持,在这种情况下,采用法拉电容可保护这些信息,保护时间可根据电路条件和法拉电容的容量达到几分钟到几个月不等（断电后待机时间的长短主要取决于电路本身功耗。功耗大，待机时间短;功耗小，待机时间长;

利用该电源电路可在数字调谐系统中记忆无线电台、记录时间及维护时钟;在出租车计价计程系统中保持原始数据;在电话电路中,可以实现号码记忆、重拨和自动应答等功能;另外,在VCR中,由于微型计算机被法拉电容支持着,因此在主电源停电时仍可继续录制电视节目。

超级电容器能够满足电源故障保护应用（这里所需的供电时间约为几秒到几分钟）的要求。与电池相比，超级电容、法拉电容是一种具有长寿命、低维护成本、低重量和环保性的解决方案。

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周燕华

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