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超级电容作为备用电源使用及其注意点

劳动节前夕 2023-04-25 原文

具备实时时钟功能的设备往往需要常供电意外的备用电源,常用的纽扣锂锰电池、超级电容等。超级电容的优点是具有可充电、可重复使用性;缺点是容量较小,单次充电维持时间短。

如下以1.5F超级电容为例进行测试。

充电测试:

测试方法:测试电路如下左图所示,其中V4使用BAT54HT1G,其压降随电流变化曲线如下右图所示,R40=510Ω B1=1.5F;RC=12.75min;测试充电1*RC、2*RC、3*RC、4*RC、5*RC、6*RC、90min、120min超级电容两端电压。

       
                                    充电电路

 

                                                                V4的VI曲线

测试结果如下:

测试时间(min)012.7525.538.255163.7576.590
电压(V)0.2482.2312.7322.9433.0383.0873.1153.135
理论计算电压(Vcharge=3.1V)(V)01.9532.6662.9453.0383.069

其中:BAT54HT1G充电开始管压降0.27V,充电结束管压降0.1V

超级电容放电测试及时间精度

测试方法:测试电路如下图所示,由于计时芯片FM38025温度补偿电压为2.2V-5.5V,因此需要保证断电后超级电容电压高于2.2V;装置关机条件下每隔四-五小时(白天)测试超级电容剩余电压,并记录,在超级电容两端电压接近2.2V时记录总时长,并开机查看时间误差。

测试结果如下:

时间7月23日 8:307.23 13:307.23 16:307.23 19:30
电压(V)3.1063.0633.047
时间7.24 8:307.24 13:307.24 16:307.24 19:30
电压(V)2.952.922.9
时间7.25 8:307.25 13:307.25 16:307.25 19:30
电压(V)
时间7.26 8:307.26 13:307.26 16:307.26 19:30
电压(V)2.7062.6752.661
时间7.27 8:307.27 13:307.27 16:307.27 19:30
电压(V)2.5952.572.5572.543
时间7.28 8:307.28 13:307.28 16:307.28 19:30
电压(V)2.492.4682.458
时间7.29 8:307.29 13:307.29 16:307.29 19:30
电压(V)2.392.3672.3572.346
时间7.30 8:307.30 13:307.30 16:307.30 19:30
电压(V)2.2922.2762.262

时间精度,经过 7天8小时 后,超级电容电压为:2.262 V,装置时间为:2021-07-30 16:39:02, 与关机前对时电脑时间一致,时间误差小于1s;

超级电容使用中注意以下几个问题:

1、规格要求引脚不能过融锡,因此波峰焊需要注意;

2、装置久置,超级电容电量耗尽时,存在计时芯片因电压过低无法正常工作的情况 装置刚开机进行时间校准则有可能对计时芯片读写失败,导致时间校准不成功;

3、超级电容电压过低情况下,由于内阻的存在,充电中存在虚压问题,此时电平满足计时芯片正常工作需要,但是实际提供的电量不足以维持计时芯片正常工作;

4、计时芯片存在电量消耗,使得超级电容充电最终电压达不到理论设计值;

5、无法避免超级电容电量较低情况下,开机很短一段时间,超级电容并没有充满。这时装置关机,导致超级电容实际使用时长远达不到满电状态下使用时长;

针对问题二、三、四,可以通过如下电路解决,即在装置上电期间,用系统3供电,关机状态下切换到超级电容:

 

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