Последовательное соединение ионисторов. Ионисторы: принцип работы, преимущества и применение в современной электронике

Что такое ионистор и чем он отличается от обычного конденсатора. Как устроен ионистор и на каком принципе основана его работа. Какие преимущества дает использование ионисторов в электронных устройствах. Где применяются ионисторы в современной технике.

Что такое ионистор и в чем его особенности

Ионистор, также известный как суперконденсатор или ультраконденсатор, представляет собой особый тип конденсатора с очень большой емкостью. Емкость ионисторов может достигать нескольких тысяч фарад, что в тысячи раз превышает емкость обычных электролитических конденсаторов.

Основные особенности ионисторов:

• Очень высокая удельная емкость (до 10-100 Ф/г)
• Быстрый заряд и разряд
• Большое количество циклов заряда-разряда (миллионы циклов)
• Низкое внутреннее сопротивление
• Широкий температурный диапазон работы
• Экологическая безопасность

По своим характеристикам ионисторы занимают промежуточное положение между аккумуляторами и обычными конденсаторами. Они способны накапливать большой заряд как аккумуляторы, но при этом могут очень быстро отдавать его как конденсаторы.

Принцип работы и устройство ионистора

Принцип работы ионистора основан на образовании двойного электрического слоя на границе раздела электрода и электролита. За счет этого удается достичь очень высокой удельной емкости.

Конструкция ионистора включает следующие основные элементы:

• Электроды из высокопористого углеродного материала с огромной удельной поверхностью (до 2000-3000 м²/г)
• Электролит (органический или неорганический)
• Сепаратор, разделяющий электроды
• Токосъемники
• Корпус

При подаче напряжения на электроды в порах углеродного материала образуется двойной электрический слой толщиной всего несколько нанометров. Именно в этом слое и происходит накопление заряда.

Преимущества использования ионисторов

Применение ионисторов в электронных устройствах дает ряд существенных преимуществ:

• Способность быстро накапливать и отдавать большой заряд
• Высокая удельная мощность (до 10 кВт/кг)
• Практически неограниченный ресурс циклов заряда-разряда
• Широкий температурный диапазон работы (от -40°C до +70°C)
• Отсутствие необходимости обслуживания
• Экологическая безопасность

Благодаря этим качествам ионисторы находят все более широкое применение в самых разных областях техники.

Области применения ионисторов

Ионисторы активно используются в следующих сферах:

• Автомобильная электроника (системы Start-Stop, рекуперативное торможение)
• Источники бесперебойного питания
• Накопители энергии в возобновляемой энергетике
• Портативная электроника (мобильные устройства, фотовспышки)
• Системы активной подвески транспортных средств
• Электропривод (электробусы, трамваи, лифты)

Перспективной областью применения ионисторов является их использование в составе гибридных накопителей энергии совместно с аккумуляторами. Это позволяет сочетать высокую энергоемкость аккумуляторов с высокой мощностью ионисторов.

Сравнение ионисторов и аккумуляторов

Ионисторы и аккумуляторы имеют ряд существенных отличий:

Параметр	Ионистор	Аккумулятор
Принцип накопления энергии	Электростатический	Электрохимический
Удельная энергия	1-10 Вт·ч/кг	30-250 Вт·ч/кг
Удельная мощность	До 10 кВт/кг	0,1-1 кВт/кг
Время заряда	Секунды-минуты	Часы
Количество циклов	Миллионы	Сотни-тысячи

Как видно, ионисторы значительно превосходят аккумуляторы по удельной мощности и количеству циклов, но уступают по удельной энергии. Это определяет их различные области применения.

Особенности эксплуатации ионисторов

При использовании ионисторов необходимо учитывать некоторые их особенности:

• Низкое рабочее напряжение (2,5-2,7 В для одиночного элемента)
• Высокий ток саморазряда
• Необходимость балансировки напряжения при последовательном соединении
• Зависимость емкости от температуры

Для получения более высокого напряжения ионисторы соединяют последовательно. При этом важно обеспечить выравнивание напряжения на отдельных элементах с помощью пассивных или активных балансировочных цепей.

Перспективы развития технологии ионисторов

Основные направления совершенствования ионисторов включают:

• Повышение удельной энергии за счет новых материалов электродов
• Увеличение рабочего напряжения
• Снижение внутреннего сопротивления
• Уменьшение тока саморазряда
• Расширение температурного диапазона

Ведутся разработки гибридных ионисторов, сочетающих принципы работы суперконденсаторов и литий-ионных аккумуляторов. Это позволит существенно повысить удельную энергию при сохранении высокой мощности.

Ионистор последовательное соединение

Появились такие приборы сравнительно недавно, лет двадцать назад. Их называют по-разному: ионисторами, иониксами или просто суперконденсаторами. Не думайте, что они доступны лишь каким-то аэрокосмическим фирмам высокого полета. Сегодня можно купить в магазине ионистор размером с монету и емкостью в одну фараду, что в раз больше емкости земного шара и близко к емкости самой большой планеты Солнечной системы — Юпитера. Электрическая емкость земного шара, как известно из курса физики, составляет примерно мкФ. Обычный конденсатор такой емкости можно сравнить по весу и объему с кирпичом.

Поиск данных по Вашему запросу:

Ионистор последовательное соединение

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• VINATech: единственные на рынке ионисторы с номинальным напряжением 3 В
• Подключение ионисторов к устройствам сбора энергии
• Что такое конденсатор
• Пассивное нивелирование разбаланса напряжений в пакете из последовательно соединённых ионисторов
• Вы точно человек?
• ИОНИСТОР ВМЕСТО АККУМУЛЯТОРА

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

VINATech: единственные на рынке ионисторы с номинальным напряжением 3 В

Сайт помогает найти что-нибудь интересное в огромном ассортименте магазинов и сделать удачную покупку. Если Вы купили что-то полезное, то, пожалуйста, поделитесь информацией с другими. Также у нас есть DIY сообщество , где приветствуются обзоры вещей, сделанных своими руками. Внедряю в павербанк. Своими руками.

Последний раз. Коготь латунного дракона. Зарегистрироваться Логин или эл. Напомнить пароль Пароль. Войти Запомнить меня. Войти или Зарегистрироваться. Добавить обзор. Блог AliExpress. RSS блога Подписка. Китайские фарады — такие же свободные величины, как китайские ватты и ампер-часы?

Емкость Солнечной системы на ладони — мифы или реальность? Расследование под катом. Суперконденсаторы, или ионисторы — особый тип конденсаторов. Они по емкости раз в обходят электролитические конденсаторы, но не дотягивают раз в 10 до литиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов сходных размеров.

Помимо очевидных преимуществ перед электролитиками, у них есть плюсы и перед аккумуляторами: суперконденсаторы быстро заряжаются, очень долговечны, у них напрочь отсуствует эффект памяти, они запросто разряжаются в ноль без потери емкости. Недостатки, правда, тоже есть: у них небольшое рабочее напряжение обычно 2,7 или 5,5 Вольт , они не любят превышения этого напряжения и у них относительно быстрый саморазряд.

Остальные подробности есть в вики. В общем, мне понадобился суперконденсатор. На Али один продавец продает такие заметно дешевле конкурентов. В Санкт-Петербург пришли очень быстро — дней за Вот вертел их в руках, и как-то даже не верил, что 4 Фарада.

А тут — такая штуковина. Ни один тестер же не измерит, шкалы не хватит. Позаряжал-поразряжал я их — вроде заряд берут. Подтвердил получение, выставил фидбэк. Но хочется же знать наверняка, что за зверь подвернулся. Надо сказать, что емкость конденсатора — это способность принять электрический заряд измеряем его в кулонах при зарядке до напряжения в один вольт. С вольтами все понятно — вольтметр есть у каждого. А кулон — тоже ничего сложного: если по проводу течет ток в один ампер, то за одну секунду как раз кулон и перельется.

Но мы же понимаем, что это в идеальном мире с идеальными ионисторами. Куда там нашим. Впрочем, и требования у меня не столь жесткие. Я решил быстренько смастерить приборчик на Ардуино. Ничего сложного: замеряем напряжение, ток, пишем в лог и по результатам считаем емкость.

Написал скриптик, подсоединил датчики. Буквально на один раз прогнать тест. Но аппетит же приходит во время еды. Датчиками тока и напряжения не ограничился, добавил кардридер, чтоб писать на флешку и не зависеть от подключения к компу. Экран, чтоб следить за процессом и часы реального времени. Тест обещал быть долгим: неплохо бы и токи утечки померить.

Первая сложность была досадной, хоть и предсказуемой. Датчик тока, рассчитанный на 5 Ампер, мои миллиамперы мерил с большой погрешностью, а точнее сказать не мерил вовсе. Показания зависели от расположения проводов, и предметов на столе, а разрядности АЦП Ардуины явно не хватало. Как альтернатива виделся только костыль с операционным усилителем, данунафиг. И пришлось нагрузку заменить на тестовый резистор, а ток высчитывать по датчику напряжения, как отношение напряжения к сопротивлению резистора.

Второй неприятностью стала неожиданно кончившаяся память. Пришлось перетыкать провода на плату Ардуино Мега И только так мой тестер стал выдавать первые результаты. Кривая напряжения при разряде оказалась убывающей экспонетной, тут никаких сюрпризов. Но начало ее отличалось заметной просадкой из-за великоватого внутреннего сопротивления ионистора.

Где: U0 — напряжение на заряженном доверху ионисторе, в вольтах; t — время в секундах, R — сопротивление нагрузки, в омах; C — емкость нашего ионистора, в настоящих полновесных фарадах Фарадах, а не каки-нибудь там микро- или нано-, кстати говоря. И хотим узнать. Остальное либо нам подвластно U0 и R , либо мы можем измерить время t и напряжение в это время U t. Короче говоря, восстановить каноническую красивую экспоненту и фактическое значение емкости вместе с ней мы можем по двум точкам этой экспоненты — начальной и какой угодно второй.

Теперь он следил за напряжением, рассчитывал ток на нагрузке, отслеживал полученный с ионистора заряд и уточнял емкость ионистора. По мере снижения напряжения и тока, потери в цепи уменьшались, и характеристики кривой все больше совпадали с расчетной экспонентой. А вычисленное значение емкости — с реальным. По сути — резистивный делитель 5 Датчик тока для больших токов, в коде реализован не вполне 6 Дисплей 0. Похожие обзоры Другие обзоры от tykhon. Тот случай, когда вместо двух китайцев влезут трое русских.

Если вам их не куда, то и коммент оставлять не надо было. А зачем? По цене они дороже литиевой таблетки. По долговечности — неизвестно. В чем выигрыш? На сколько я помню им до фени температура, точнее отрицательная температура, когда литиевые батарейки умирают.

Плюс они заряжаемы легко. Ток легко ограничивается. Даже китайцы рекомендуют заряжать через резистор. Правда, умалчивают о мощности резистора, оставляют пользователю возможность определить подходящую мощность опытным путём.

То что обозревается, то это слаботочный ионистор, у него, если не ошибаюсь относительно большое внутреннее сопротивление. Боюсь что тут всё плохо, по рассчётам работа ионистора на номинальном напряжении а он ведь всегда будет под напряжением со временем убивает его быстрее чем разряжается CR при аналогичном использовании.

В итоге, постоянно включенные в сеть часы с кратковременным отключением не разряжают батарейку и её время работы определяется лишь сроком хранения десяток лет и убивает ионистор вырабатывая его ресурс. Электронные часы времён СССР, 2 резервные кроны, ежеквартальные отключения электричества. Меняю кроны раз в лет. SEM 05 октября , 0. Электроника-6, простой будильник с шикарным вакуумным люминисцентным индикатором.

Крона времён СССР текла через 6 мес хранения. Крона тру японская Тошиба г проработала в самодельном дозиметре 15 лет. Саморазряд и коррозия химических элементов зависят от степени очистки используемых химикатов и металлов.

Я использую Дюрассел, стоят ещё качественные летней давности. Это ж из чего сделаны вот эти батарейки, если в пульте от одноименного телевизора года выпуска работают до сих пор… Т.

DDimann 29 сентября , 0. В некоторых МФУ стоят ионисторы для питания чипа хранения пользовательских настроек…. Одно из назначений ионисторов — использование как back-up — резервное питание проще говоря. Можно попробовать для автомагнитолы применить, чтобы не тухла при пуске движка, но не очень хорошо их соединять последовательно, хотя у 4шт будет вполне приемлемый запас по напряжению. Лучше параллельно их соединить и step up преобразователем поднять напряжение до питания магнитолы. Тогда еще выше ток понадобится, говорят, что у этих ионисторов с этим не очень обстоят дела, не факт, что даже так получится, нужен эксперимент.

Да и вообще не имеет смысла, сначала понижать, а потом повышать напругу, преобразователи дороже честного конденсатора выйдут. В итоге остановился на схеме 1. Сильно не полностью можно их энергию при зарядке до 4 В. Step-Up чтобы весь заряд из ионисторов вытащить Честные конденсаторы большой емкости ой как дорого стоят. Там не нужна сильно большая емкость, при средней громкости, на которой обычно работает обычная 1дин магнитола, хватает даже мкФ, лишь при увеличении громкости или сильном разряде батареи, происходит срыв работы.

С преобразователями на такой ток, получится очень сложная и дорогая конструкция, вы фактически предлагаете построить целый бесперебойник для нее, дешевле вторую батарею поставить.

Подключение ионисторов к устройствам сбора энергии

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Может ли ионистор заменить аккумулятор? Энергия и элементы питания Из песочницы На сегодняшний день аккумуляторные технологии значительно продвинулись и стали более совершенными по сравнению с прошлым десятилетием.

Ионистор, он же суперконденсатор или ультраконденсатор — конденсатор с органическим или . (без использования последовательного соединения).

Что такое конденсатор

Предлагаем неплохой вариант конструкции вечного перезаряжаемого аккумулятора, снабженной регулятором выходного напряжения. Вся схема основана на суперконденсаторах ионисторах. Хотя стоимость создания такой батареи довольно значительна, вложения быстро окупятся, если рассчитать затраты сэкономленные на покупке батареек для различных типов устройств. Кроме того, такую батарею можно заряжать разными способами например от сетевого источника питания или от солнечных элементов , и время зарядки во многих случаях составляет всего несколько минут. В представленной конструкции можно выбрать любое выходное напряжение в диапазоне от 3 до 33 В благодаря использованию преобразователя постоянного тока. Схема основана на суперконденсаторах, емкость которых во много тысяч раз превышает обычные электролитические конденсаторы фарад , что делает их хорошими накопителями тока. В данном варианте использовались 2 конденсатора по фарад, соединенных последовательно, что дает напряжение 5,4 В для питания преобразователя постоянного тока. Также схема оснащена зарядным модулем и цифровым вольтметром — индикатором напряжения на выходе. Суперконденсаторы имеют множество преимуществ, они могут заряжаться и разряжаться даже миллион раз, они имеют чрезвычайно низкое эквивалентное последовательное сопротивление ESR для суперконденсатора составляет в среднем 0,01 Ом, для батарей — от 0,02 до 0,2 Ома , что позволяет быстро заряжать и разряжать конденсатор. Заряженные конденсаторы не теряют накопленный заряд во время хранения, как в случае с батареями.

Пассивное нивелирование разбаланса напряжений в пакете из последовательно соединённых ионисторов

Их называют: суперконденсатор, гибридный конденсатор, импульсный энергоёмкий конденсатор ИКЭ , молекулярный накопитель энергии МНЭ ТехнолКор , конденсаторы с двойным электрическим слоем, конденсаторный модуль, электрохимический конденсатор, электростатические аккумуляторные батареи, гибридны е конденсаторы, ESD, DESK, Supercapacitor, Goldcap, PRI Ultracapacitor, DLC-конденсатор, а занимающиеся электроникой знают его под названием — ионистор. Все это, по принципу действия, конденсаторы, но совсем не оксидные конденсаторы. Это одни и те же конденсаторы, работающие на эффекте двойного слоя, а все отличия характеристик определяются конструктивными решениями, особенностями технологии и требованиями потребителя. Наиболее подходящее название для них — электрохимический конденсатор ЭХК.

Бывают ситуации, когда реализовать автономное питание на основе одной аккумуляторной батареи не представляется возможным из-за образования больших кратковременных токов. В работе этого класса приборов заложена технология, благодаря которой создается двойной электрический слой EDLC , этим они выгодно отличаются от устройств, где для накопления заряда эксплуатируются химические реакции, как обратимые аккумулятор , так и необратимые батарея.

Вы точно человек?

Ионистор 1 — особый новый тип электролитического конденсатора большой емкости, которая достигает нескольких тысяч фарад. Повышенная емкость обусловлена двумя факторами:. Электроды ионистора, обладающие химической инертностью и высокой электрической проводимостью, характеризуются умеренной стоимостью. По плотности мощности и плотности энергии ионисторы заполняют нишу между аккумуляторными батареями и электролитическими конденсаторами. Ионисторы решают проблему обеспечения пиковой мощности источников питания.

ИОНИСТОР ВМЕСТО АККУМУЛЯТОРА

Пароль Правила форума Справка Календарь Все разделы прочитаны. Репутация: репутация неоспорима Как рассчитать балансировочные резисторы. Вопрос к знатокам электроники. Как рассчитать балансировочные шунтирующие резисторы R для последовательной цепочки конденсаторов? В электронике не силен, по инету искал, и результате нашел несколько совершенно разных решений, какое из них правильное — не понимаю: 1. Просто в районе килоом типа на все случаи жизни 2.

По сути дела ионистор является своеобразным гибридом аккумулятора и соединения нескольких ультраконденсаторов по последовательной схеме.

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! В прошлом веке американский химик Райтмаер получил патент на устройство, сохраняющее электрическую энергию с двойным электрическим слоем. Сегодня такое устройство называется ионистор.

Сейчас этот форум просматривают: Google [Bot]. Предыдущее посещение: менее минуты назад Текущее время: 07 окт , Крупнейший производитель печатных плат и прототипов. Более клиентов и свыше заказов в день! Добавлено: 11 июл ,

Большинство современных ионисторов суперконденсаторов выпускается с рейтингом напряжения 2,7 или 2,85 В. Даже столь незначительное повышение напряжения дает целый ряд преимуществ, например, позволяет существенно продлить срок службы компонента.

Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Сергей Сергеев computer-repairer. Электроника Электронные компоненты. Добрые день! Суть вопроса в том, что необходимо поддержать напряжение и ток в сети, до сработки реле. Думаю использовать суперёмкий конденсатор, подключенный параллельно нагрузке.

Интересное название, не правда ли? Главное отличие от аккумулятора в том, что внутри него нет источника ЭДС. В свое время, еще в школе, мы развлекались тем, что брали конденсатор типа МБГЧ, емкостью побольше, на долю секунды вставляли его в розетку и потом шваркали друг друга этим конденсатором.

ИОНИСТОРЫ В СХЕМАХ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ

Все больше электронных устройств, датчиков и измерительных систем используют беспроводную связь. Для устройств IoT – Интернета вещей, беспроводная связь является основой, и должна обладать небольшими размерами, портативностью, долгим сроком службы и сопутствующими функциями. Способ совместить эти требования в одном продукте – это эффективный источник питания, потому что даже маленькие пуговичные батарейки часто бывают слишком большими для микромодулей SMD, к тому же их замена затруднительна. В таких ситуациях решение может заключаться в накоплении свободно доступной энергии (например фотоэлектрической).

Есть много небольших устройств, которые могут питаться от фотоэлементов, даже если их источники маломощны. Но с использованием суперконденсаторов можно обеспечить ещё более эффективную работу без подключения к электросети или использования сменных батарей.

Небольшие солнечные батареи, используемые на улице или в помещении, могут обеспечивать мощность до десятков милливатт. Это немного, поскольку пиковая мощность потребляемая модулями связи, колеблется от примерно 50 мВт для связи через Bluetooth до 5 Вт для связи через сотовую сеть.

Их работу можно обеспечить за счет использования суперконденсаторов (ионисторов), которые накапливают энергию для использования в короткие сроки. Есть два подхода к этому типу. Первый используется в маломощных устройствах в закрытых помещениях, питаемых от существующего освещения, где суперконденсатор подает энергию для сигналов, передаваемых модулем связи (обычно BLE).

Маленькие, тонкие, призматические суперконденсаторы хорошо подходят для этого, особенно в небольших компактных датчиках. Второй подход используется на открытом воздухе с большей мощностью, дневным светом и круглосуточной работой. В них суперконденсатор подает энергию для модуля GSM. Для этого подходят большие цилиндрические суперконденсаторы до 400F.

Суперконденсатор – отличный буфер для заряда

Эквивалентная схема цепи фотоэлектрического элемента.

Например рассмотрим датчик, который каждый час сигнализирует о своем статусе хосту с помощью 3-х секундной передачи SMS через сотовую сеть и модем GPRS класса 8 (передача с одним слотом). Во время передачи потребляемая мощность составляет 7 Вт, а энергия трехсекундного излучения примерно 2,6 Дж.

Без ионистора необходима фотоэлектрическая панель, которая постоянно заряжает аккумулятор, но ее можно заменить суперконденсатором, который является идеальным буфером, обеспечивающим высокую энергию от источника малой мощности, который ее извлекает. Такая схема проиллюстрирована на рисунке. Источник воспринимает свою нагрузку вместе со схемой электронного интерфейса как постоянную нагрузку малой мощности.

Нагрузка, с другой стороны, видит низкое сопротивление источника, который может подавать требуемую энергию пока она передает сигнал требуемой мощности. Единственным ограничением является необходимость превышения средней мощности нагрузки на среднюю мощность фотоэлектрической батареи из-за ограниченной эффективности преобразования энергии (конденсаторного зарядного устройства).

Токовые и силовые характеристики фотоэлектрической панели в зависимости от напряжения при комнатном освещении.

Заряд хранится в ионисторах в физической, а не химической форме, поэтому его жизненный цикл неограничен. Температурный диапазон их работы широк, а эквивалентное последовательное сопротивление ESR при -40 C даже вдвое выше, чем при комнатной температуре. Суперконденсаторы демонстрируют высокую эффективность заряда / разряда, отлично подходят для функции буфера энергии и имеют низкие потери.

В случае схемы показанной на рисунке, в наихудшем сценарии суперконденсатор при питании модуля GSM разряжается током 2 А от начального напряжения 3,8 В до 3,2 В. Если его ESR = 100 мОм, эффективность разряда 95%. Когда фотоэлектрическая панель заряжает током 50 мА, что является максимальным током зарядки, эффективность составляет 99,9%.

Стоит помнить, что суперконденсаторы очень легко заряжаются в системе постоянного, а не постоянного напряжения, что требует защиты от перенапряжения.

Характеристики фотоэлектрической панели

Технические данные фотоэлементов обычно включают их вольт-амперные характеристики и пиковую мощность в условиях солнечного освещения 1 кВт / м2 или 100 000 люкс. Оценить мощность отдаваемую в текущих условиях освещения сложно, поэтому стоит убрать текущие характеристики ячейки, что несложно сделать в соответствии со схемой на рисунке.

Когда сопротивление потенциометра изменяется, напряжение и ток ячейки тоже меняются. Тут показаны характеристики тока и мощности в зависимости от напряжения небольшой фотоэлектрической панели, состоящей из 5 параллельно соединенных секций, при слабом внутреннем освещении примерно 100 люкс, в среднем примерно 600 люкс и сильном примерно 1500 люкс. Эта панель обеспечивает мощность 0,15 мВт при слабом освещении 100 люкс и 1500 люкс 1,5 мВт при ярком освещении.

Выбор емкости суперконденсатора

Конденсатор в анализируемом решении должен обеспечивать напряжение питания устройства от минимального до максимального значения, накапливать заряд, необходимый для излучения сигнала передачи требуемой мощности и длительности, и достаточный для поддержания работы приложения в течение всего периода отсутствия доступа к свету. Также существует потребность в дополнительной нагрузке на прогнозируемый период старения.

Эквивалентная принципиальная схема суперконденсатора, разряженного постоянной мощностью.

Допустимое рабочее напряжение суперконденсатора невелико, примерно до 2,7 В. Его можно увеличить вдвое, подключив 2 ионистора последовательно. Правда это увеличивает стоимость и занимаемый объем, а также требует сбалансированного распределения напряжения между двумя конденсаторами. Если минимальное напряжение составляет, например от 3 до 2 В, а модуль BLE работает при пониженном напряжении, скажем от 2,7 до 2,0 В, достаточно одного конденсатора. Если минимальное напряжение, например 3,2 В для модуля GSM / GPRS, выше допустимого напряжения конденсатора, ионистор должен состоять из двух частей.

ESR и ток утечки суперконденсатора

Часто суперконденсаторы выбираются на основе упрощенного энергетического баланса, игнорируя потери при передаче энергии, то есть наличие ESR, которое снижает эффективность зарядки и разрядки и снижает выходное напряжение.

Зависимость тока утечки суперконденсатора GA 109 при 2,5 В от времени.

Ток утечки должен быть намного ниже чем ток зарядки, обеспечиваемый солнечными элементами. В противном случае на его подзарядку уйдет много времени. Ток утечки суперконденсатора прямо пропорционален его емкости. Он также во многом зависит от материала электродной фольги и сепаратора. В небольших призматических суперконденсаторах он составляет около 1 мкА / Ф.

В этом случае ток утечки устанавливается на уровне примерно 1 мкА через неделю, как в большинстве электролитических суперконденсаторов, что значительно ниже силы тока зарядки фотоэлектрического элемента. Устройства с водным электролитом достигают равновесия сразу после зарядки, но их ток утечки на порядок выше чем у версии с органическим электролитом.

Старение ионисторов

Все суперконденсаторы со временем стареют с уменьшением емкости и увеличением ESR. Скорость старения зависит от их вольт-фарадных и температурных свойств.

Простейшая схема цепи зарядки суперконденсатора током фотоэлемента.

Требуемая мощность и значения ESR должны учитывать ожидаемую потерю мощности и увеличение ESR в течение ожидаемого срока службы. Поэтому зарядные устройства должны:

• начинать зарядку с 0 В. Разряженные суперконденсаторы сначала показывают симптомы короткого замыкания, которые зарядные устройства считают повреждением и не начинают зарядку,
• обеспечивать защиту от перенапряжения,
• предотвратить обратный разряд ионистора фотоэлектрическим элементом в случае уменьшения света,
• обеспечить максимальную эффективность зарядки.

На рисунке показана простейшая схема зарядки, в которой диод Шоттки BAT54 с низким прямым напряжением защищает плохо освещенный фотоэлемент от обратного тока. Схема очень проста, но когда напряжение ячейки меньше напряжения суперконденсатора, его нельзя зарядить. Поэтому необходимо использовать повышающую или понижающую схему зарядки.

Типы встроенных зарядных устройств

Напряжение холостого хода фотоэлектрической батареи зависит от количества последовательно включенных фотоэлектрических секций, а эффективность по току – от количества параллельных секций. Если напряжение фотоэлектрической матрицы выше напряжения нагрузки только при низком потреблении тока, зарядное устройство должно находиться в режиме пониженного энергопотребления. При увеличении количества параллельных секций можно использовать более простое решение.

Характеристики тока и напряжения в зависимости от времени сигналов, излучаемых модулем BLE.

Примером может служить фотоэлектрическая батарея KXOB22-4X3L, состоящая из трех последовательно соединенных ячеек. Напряжение холостого хода этой батареи составляет примерно 1,2 В в помещении и примерно 1,8 В при солнечном свете на улице. Следовательно в обеих случаях требуется повышающий преобразователь.

Схема зарядки с AEM10940.

Для испытаний использовалась небольшая фотоэлектрическая панель с низким внутренним освещением 100 лк, с суперконденсатором GA109 (180 мФ / 40 мОм) от CAP-XX и модулем BLE, который ежесекундно сообщает о температуре, относительной влажности и уровне освещенности. Напряжение питания модуля 2-3 В, поэтому использовался одинарный суперконденсатор с рабочим напряжением 2,5 В.

Далее показаны кривые напряжения и тока датчика во время сбора и передачи данных. Пиковый ток в импульсах длительностью 1 мс составляет около 22 мА, в более длительных импульсах длительностью 12 мс – 4,5 мА, а в последних 5 мА.

Зарядная характеристика суперконденсатора GA109 при освещении 100 лк как функция времени.

Как показано, эти интенсивности намного превышают 260 мкА тока фотоэлектрической панели, работающей в точке максимальной мощности. Напряжение USC на конденсаторе падает на 1 мВ после 1 мс импульса 22 мА. Напряжение USC на конденсаторе падает на 6 мВ после 12 мс импульса 4,5 мА, закончившегося импульсом 5 мА. Это падение незначительно, что позволяет осуществлять несколько передач.

На рисунке показана схема датчика, в котором зарядное устройство на микросхеме AM10940, питаемое от пяти тройных секций фотоэлементов KXOB22-4X3L, заряжает суперконденсатор GA109. Когда напряжение суперконденсатора достигает 2,4 В, включается полевой МОП-транзистор M1, который запускает модуль BLE. Это опосредуется контрольным компаратором U1 с гистерезисом.

Когда суперконденсатор разряжается до 2,2 В, M1 блокирует отключение модуля пока суперконденсатор перезаряжается, после чего модуль BLE повторно инициализируется. Инициализация требует тока 12 мА и занимает 2,1 с. За это время напряжение суперконденсатора GA109 падает на 117 мВ.

Зарядные характеристики суперконденсатора GA109 при освещении 650 лк в зависимости от времени.

Гистерезис в 200 милливольт позволяет GA109 инициализировать модуль и отправить ему несколько импульсов передачи.

При освещении 100 люкс, зарядка GA109 и последующая эффективность передачи показаны на рисунке. 100 люкс – это слабый свет, но обеспечивающий достаточную мощность для солнечной панели питания датчика.

На рисунке показано, что при такой низкой освещенности зарядка суперконденсатора от 0 В для отправки первого сигнала занимает около 45 часов, а зарядка для отправки следующего сигнала занимает всего около 2,6 часа. График показывает эффективность датчика в хорошо освещенной комнате (650 лк), когда мощность фотоэлектрической панели превышает 0,4 мВт, первая зарядка занимает всего 32 минуты, а передачи повторяются примерно каждые 2 минуты. Инициализация вместе с отправкой импульса занимает 2,9 с.

Форма кривой тока утечки двойного суперконденсатора 50 Ф во времени.

Эти тесты показывают что даже небольшая солнечная панель способна эффективно заряжать суперконденсатор, питающий маломощный датчик, который собирает и отправляет данные. Зарядное устройство AM10940 может заряжать ионистор мощностью всего 150 мкВт при слабом освещении и более эффективно с мощностью 400 мкВт при ярком солнечном свете. Небольшой суперконденсатор GA109 с низким ESR обладает достаточной емкостью для нужд таких датчиков.

Источник питания с фотоэлектрическими панелями, когда освещение недоступно, по-прежнему требует использования ионисторов с большей емкостью. Для тестирования такого случая использовалась та же фотоэлектрическая панель, что и раньше, но под солнечным светом, что позволяет отправлять SMS-сообщения каждые полчаса при 2-х секундной работе модуля GSM. Радиосигнал передается импульсами длительностью 1,1 мс с потребляемым током 2 А при рабочем цикле 25%. Диапазон напряжения на конденсаторе 3,8-3,0 В, время работы в темноте 12 часов.

Характеристики показывают, что фотопанель, используемая при солнечном освещении 83 000 люкс, выдает 62 мВт максимальной мощности при 1,26 В и 49 мА. Таким образом зарядное устройство с LTC3105 и КПД ~ 80% обеспечивает суперконденсатор зарядным током 13 мА, а средний ток нагрузки в этом включении составляет 0,56 мА.

Это означает, что в течение дня датчик является самодостаточным, потребляя ток со средней интенсивностью ниже, чем средний ток зарядки суперконденсатора. Даже в пасмурный день этот ток превышает 4 мА.

При выборе суперконденсатора необходимо одновременно учитывать его емкость, ESR и ток утечки. Высокий ток нагрузки и напряжение 3,8 В подсказывают выбор из двух при последовательном соединении, обеспечивая максимальный ток 2 А, что позволяет датчику работать без освещения в течение 12 часов. Следовательно емкость конденсатора должна быть больше, чем:

 

С запасом и с учетом ESR, необходимости использования балансировочной схемы, можно использовать две емкости по 100 F (всего 50 F). Вот показан ток утечки суперконденсатора 50 F. Последовательное соединение двух конденсаторов требует использования цепи выравнивания напряжения. Стандартный резистивный делитель, используемый для этой цели, сам потребляет ток, что вредно при отсутствии освещения. Используемая схема балансировки потребляет всего 3 мкА и включена в осциллограммы на рисунках.

Зарядные характеристики двойного суперконденсатора 50 Ф при освещении 83 000 лк как функция времени.

Распространенной ошибкой при оценке утечки конденсатора является предположение, что ток утечки постоянный или постоянно сопротивление нагрузки, которое в этом случае будет 3,8 В / 130 мкА = 29,2 кОм. Тем не менее утечка – это процесс диффузии, при котором ионы мигрируют из пор углеродного электрода, что также зависит от температуры.

Процесс зарядки суперконденсатора 50 Ф от напряжения 0 В.

В модельной системе используется активная схема выравнивания напряжения на суперконденсаторах, соединенных последовательно, с минимальным током утечки. Это повторитель напряжения устанавливающий напряжение между конденсаторами, определяемое делителем R3 / R5. Операционный усилитель MAX4470 потребляет 0,75 мкА в цепи повторителя, делитель 3,8 В / 2 МОм = 0,19 мкА, всего 0,94 мкА. Наряду с компенсированной разницей токов утечки обоих конденсаторов система выравнивающего повторителя заряжает конденсатор током в несколько микроампер.

На схеме показан процесс зарядки суперконденсатора при солнечном свете от 0 В. Солнечная панель во время холодного запуска LTC3105 подает на суперконденсатор 13 мА. Сила этого тока увеличивается до 20 мА, когда схема инициирует действие повышения, и падает до 13 мА после достижения 3,8 В. При солнечном освещении на это уходит около 3,5 часов.

Затем модуль передачи каждые полчаса излучает 2-х секундные импульсы GPRS (синий цвет). На вставке (зеленая) подробно показана последовательность импульсов GPRS с импульсами 2 А 1,15 мс каждые 4,6 мс.

• Очень слабо выраженные падения напряжения USC, вызванные импульсами тока, нагружающими суперконденсатор от модулей GSM (красная кривая),
• Повышенное потребление тока зарядки суперконденсатора от солнечной панели LTC3105 после импульсов передачи (зеленая кривая),
• Ток изоляции падает до нуля, когда суперконденсатор полностью заряжен и LTC3105 выключен (зеленая кривая).
• Поскольку суперконденсатор медленно разряжается в течение получаса между импульсами, гистерезисная функция LTC3105 запускает заряд, который продолжается до тех пор пока он не будет полностью заряжен (красная кривая).

На рисунке далее показано напряжение суперконденсатора 50F в течение 12 часов в темноте с поддержанием импульсов GPRS каждые полчаса. Измеренное напряжение систематически уменьшается от начального значения 3,8 В до конечного значения 3 В, что немного ниже ожидаемого для ESR = 30 мОм.

Процесс разряда суперконденсатора 50F импульсами GPRS в течение 12 часов без освещения.

Подведём итоги исследований

Эти тесты показывают как использовать суперконденсатор большой емкости с небольшой фотоэлектрической панелью для питания относительно мощного датчика, даже периодически совсем без освещения.

Преимущество ионисторного питания такого датчика перед аккумуляторным – это физическое хранение заряда, неограниченное время работы, низкий ESR обеспечивающий высокую мгновенную мощность, и отличные тепловые свойства во внешней среде даже зимой.

Результаты экспериментов предполагают необходимость выявления причины больших, чем ожидалось, потерь и, возможно, увеличения емкости суперконденсатора.

В любом случае будущее электропитания этих многочисленных устройств системы «умный дом» не в привязке к сети 220 В, и не в периодически выходящих из строя батареек или аккумуляторов, а ионисторах, как теоретически «вечных» перезаряжаемых источниках энергии.

   Форум по ИП

микроконтроллер — Резисторы в последовательной связи

\$\начало группы\$

За время своего еще относительно короткого путешествия в мир электроники я наткнулся на несколько схем, в которых используются резисторы для последовательной связи, и подозреваю, что они используются для какой-то защиты, но я никогда не был в этом уверен.

Я обнаружил, что эти резисторы варьируются от 27R до 1K или вообще отсутствуют, что, вероятно, является наиболее распространенным случаем. Вот изображение такого примера из схемы Arduino.

• микроконтроллер
• последовательный
• связь
• цифровая связь

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Что касается вашей схемы, я думаю, причина может заключаться в том, чтобы избежать столкновения или борьбы двух микросхем/систем передачи данных. Похоже, что если внешний контакт TX активен, то он выиграет битву, чтобы поговорить с чипом справа, то есть чип слева побежден.

Резисторы, включенные последовательно с выводами передачи данных, обычно используются для обеспечения согласования импедансов и предотвращения отражений — обычно они находятся в диапазоне от 10 до 33 Ом.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

В зависимости от импеданса кабелей и риска конфликтов на Tx (переход через шины питания), перерегулирование может быть сведено к минимуму, если источник, линия передачи и окончания согласованы. Тем не менее, я припоминаю, что выходы ARM (74ALCxx) Zout имеют перегрузку 25 Ом +/- 50%, а экранированные витые пары могут быть 50 ~ 100 Ом односторонним типом. и часто дифференциал 120 Ом. Соответствие зависит от разводки печатной платы с управляемым Z.

Я бы использовал 25 Ом на каждом источнике с дорожками 50 Ом и нагрузкой 100 Ом в качестве компромисса для размаха и выброса сигнала, но ваш выбор целостности сигнала может отличаться.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Вероятно, они пытаются защититься от короткого замыкания на открытом заголовке. Если вы посмотрите на внутренности чипов, то увидите, что они имеют очень маленькое сопротивление, соединив эти резисторы в линию, вы не повлияете на «нормальную» работу, но защитите выходы от перенапряжения.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Некоторые встраиваемые системы, которые должны пройти «тестирование на восприимчивость» и, таким образом, подвергаются во время тестирования воздействию высокой энергии радиочастотного поля, получат НАРУШЕНИЕ на определенных тестовых частотах. Я продиагностировал ряд этих систем, принесенных мне другими инженерами, которые задавались вопросом, что делать, и мой (успешный) подход заключается в том, чтобы найти длинные дорожки и вставить резисторы 10 кОм с одного или другого конца рядом с ИС, которая расстраивается.

Некоторые из этих систем имели нарезанные системы GND (даже не плоскости), а промежутки между областями заполнения печатной платы позволяли областям действовать как две половины дипольной антенны. Любой следовый кроссинговер становился уязвимым. Резисторы спасают проект. [редактировать: мы обсуждаем отдельные области GND как дипольные антенны, изучая, как ДОБАВИТЬ короткие дорожки в качестве перемычек на длинных дорожках, которые вызывают разрез GND. Другими словами, если вы ДОЛЖНЫ перерезать GND какой-либо длинной дорожкой, соедините части GND вместе в нескольких местах, используя короткие перемычки над плохой дорожкой.]

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

. Схемы серии

и последовательные схемы

Задать вопрос

спросил 2 года 11 месяцев назад

Изменено 2 года, 11 месяцев назад

Просмотрено 158 раз

\$\начало группы\$

Я уже не раз видел, как кто-то создает простую схему и при описании конфигурации компонентов говорит, что она либо параллельная, либо последовательная.

Я когда-либо слышал только о параллельном и последовательном соединении. Является ли слово «последовательный» ошибкой или компоненты, соединенные последовательно, также называются последовательными?

• схема-анализ
• серия

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

1. Резисторы R1 и R2 соединены последовательно
2. Последовательно соединенные резисторы R1 и R2 неравномерно делят входное напряжение
3. Ток через резисторы такой же, как и у последовательно.