大容量储能电容选型经验之谈

超级电容在替代产品中的可充电电池时, 若选择不当会造成电解质泄漏，也可能发生内部短路……如何选择电路所需的超级电容器也不是那么简单的一件事情。
如何选择超级电容 器?
电子元件技术网上电容技术专区有提到：超级电容器的两个主要应用是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)。
两 种计算公式和应用实例查看：[url=http://ad-apac.doubleclick.net/clk;239746885;62571414;v?http://bbs.elecfans.com/public/ads/cntads/banner_id/140/from/alone/source/blog[/url]]http://ad-apac.doubleclick.net/clk;239746885;62571414;v?http://bbs.elecfans.com/public/a ... m/alone/source/blog
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；
I(A)： 负载电流；                                             Udrop(V)： 在放电或大电流脉冲结束时，总的电压降；
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)
如单片机应用系统中，应用超级电容作为后备电源，在掉电后需要用超级电容维持100mA的电流，持续时间为10s,单片 机系统截止工作电压为 4.2V，那么需要多大容量的超级电容能够保证系统正常工作?
下面是我爱方案网（http://www.52solution.com/）给出的答案：
工作起始电压 Vwork＝5V；工作截止电压 Vmin＝4.2V；工作时间 t=10s；工作电源 I＝0.1A所需电容容量为：
C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2)
=(5+4.2)*0.1*10/(52 -4.22)
=1.25F
根据计算结果，可以选择5.5V 1.5F电容就可以满足需要了。
超级电容容量选择实例 查看：[url=http://ad-apac.doubleclick.net/clk;239746885;62571414;v?http://bbs.elecfans.com/public/ads/cntads/banner_id/140/from/alone/source/blog2[/url]]http://ad-apac.doubleclick.net/clk;239746885;62571414;v?http://bbs.elecfans.com/public/a ... /alone/source/blog2
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。
脉冲功率应用
脉 冲功率应用的特征：和瞬时大电流相对的较小的持续电流。脉冲功率应用的持续时间从1ms 到几秒。设计分析假定脉冲期间超级电容是唯一的能量提供者。在该实例中总的压降由两部分组成：由电容器内阻引起的瞬时电压降和电容器在脉冲结束时压降。关 系：Udrop=I(R+t/C)，它表明电容器必须有较低的R 和较高的C 压降Udrop 才小。对于多数脉冲功率应用，R 的值比C 更重要。以2.5V1.5F 为例。它的内阻Ｒ可以用直流ESR 估计，标称是0.075Ohms(DC ESR=AC ESR*1.5＝0.060Ohms*1.5=0.090Ohms)。额定容量是1.5F。对于一个0.001s 的脉冲，t/C 小于0.001Ohms。即便是0.010 的脉冲t/C也小于0.0067Ohms，显然R（0.090Ohms）决定了上式的Udrop 输出。
脉冲功率应用实例查看：[url=http://ad-apac.doubleclick.net/clk;239746884;62571414;u?http://bbs.elecfans.com/public/ads/cntads/banner_id/139/from/alone/source/blog[/url]]http://ad-apac.doubleclick.net/clk;239746884;62571414;u?http://bbs.elecfans.com/public/a ... m/alone/source/blog

GSM/GPRS 无线调制解调器需要一每间隔4.6ms 达2A 的电流，该电流持续0.6 ms。这种调制解调器现用在笔记本电脑的PCMCIA 卡上。笔记本的和PCMCIA 连接的限制输出电压3.3V+/-0.3V 笔记本提供1A 的电流。许多功 率放大器（PA）要求3.0V 的最小电压。对于笔记本电脑输出3.0V 的电压是可能的。到功率放大器的电压必须先升到3.6V。在3.6V 的工作电压下（最小3.0V），允许的压降是0.6V。
选择超级电 容器（C：0.15F,AC ESR：0.200Ohms,DC ESR：0.250Ohms）。对于2A 脉冲，电池提供大约1A，超电容提供剩余的1A。根据上面的公式，由内阻引起的压降：1A×0.25Ohms=0.25V。I(t/C)=0.04V 它和由内阻引起的压降相比是小的。
不管是功率保持还是功率脉冲应用都可以用上公式计算．当电路的工作电压超过超级电容的工作电压时，可以 用相同的电容器串联．一般地，串联应该保持平衡以确保电压平均分配．在脉冲功率应用中由超电容内阻引起的压降通常是次要因素。电容器超低的内阻提供一种克 服传统电池系统阻抗大的全新的解决方案。