《超级电容在摆式陀螺寻北仪的应用设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超级电容在摆式陀螺寻北仪的应用设计（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 超级电容应用设计 曾经提出将超级电容安装在摆式陀螺寻北仪的陀螺房内以代替电池从而彻底解决定期返厂更换电池的问题。这里就超级电容的选择和充放电问题做进一步说明。 为了实现上述设想，需要考虑的有：1）电容容量选择，电容的尺寸和重量、电容的老化和温度系数，2）电容串联方式和均压,3）充电和放电电流和电压以及充电时间以及,4）充电和放电电路。1.已知条件设计之前首先确定已知条件也是设计前提1)所需超级电容的充电功耗 陀螺马达启动过程是在陀螺房锁定条件下完成的直到陀螺马达进入同步转速之后陀螺房开锁，转为电容供电。开锁之后除去为陀螺马达供电之外有些寻北仪还需要为陀螺摆力矩器激励线圈的恒流驱动供电(光机系
2、统的供电无需陀螺房内的电容提供)。根据经验假设：a)直流陀螺马达同步转速之下的功率为1W(德国Gyromat2000寻北仪的马达功耗为0.7W)。b)马达驱动电路的自身功耗为0.1W。c)如果属于加矩寻北测量系统，假设力矩器恒流激励电流为0.1A*5V=0.5W。实际上,根据寻北过程的要求,激励电流可能需要高低两档，高档的工作时间只占1/3。抵挡工作时激励电流要小得多因此这里假设平均功耗为0.15W。d)力矩器恒流电路本身的功耗为0.1W。e)与超级电容的均压电阻的功耗为。f)升压DC/DC的功耗假设为0.1Wg）陀螺房与外部通讯所需功耗计入电路本身的工作功耗。总功耗为：1W+0.15W+0.
3、1W+0.1W+0.01W+0.1W 上述估值偏高，因此不再考虑电容的老化问题了。2)放电时间 假设陀螺房开锁之后直到寻北完成的时间 ，则总的能耗为, 说明：寻北完成之后，陀螺房锁定，陀螺马达采用能耗制动，超级电容基本上不再提供电能。3)电容的储能量为电容量的估算如果采用8只耐压2.7V的超级电容串联，最高充点电压为21.6V,如果放电终止电压为5V则所需电容值为 式中 储能量，量纲为“瓦小时” 串联之后的电容量，法拉 串联组的电压3600 量纲换算常数上式指出，储能量与电压的平方成正比，可见提高单体耐压的意义。 根据目前市场上常见的超级电容外形尺寸选用8只35F的超级电容串联可以满足安装要求
4、。4）关于充电时间t 为了节省寻北操作时间，建议在陀螺马达上电启动直到同步的这段时间之内同时完成超级电容的充电。这样，电容充电过程不单独占用时间寻北。假设则充电电流为 5）陀螺房允许的尺寸和重量 此条件决定了所需电容能否能安装在陀螺房内。所需电容的尺寸和重量过大将无法安装到陀螺房内则此方案将无法实现。除此之外还要考虑陀螺马达驱动电路和升压DC/DC电路板的尺寸、重量等。6）允许的最大充电电流 电容充电需要通过机械触点完成，假设7）其他条件工作环境温度、振动条件等 安装在陀螺房内的电容的温度系数、老化速度以及电容的安装方式可参考超级电容性能参数。3.电容的连接 目前单体超级电容的低耐压(2.7到
5、V3V)问题尚未得到解决，这也是阻碍其更广泛应用的一个原因，为提高充电利用率需要将电容进行串联使用。由于电容之间存在容差因此串联之后需要考虑均压。因此尽可能选择电容量相近的电容进行串联这就需要进行选配。通常需要在同一批次的电容中进行选配,这样可以保证(1)容量更为接近,(2)温度系数和老化特性更为一致才能保证在长期使用过程中,其容量的变化也是同步的。串联均压8)单体超级电容的允许最高充点电压为2.7V,这样就需要8个电容串联使用。由于电容值存在差异因此串联之后需要采用均压。建议采用简单的电阻均压方法，即将串联的电容旁边并联一个电阻。虽然均衡电阻越小均压效果越好,但是其分流损耗也越大。因此均压电
6、阻的分流损耗需要分析,希望在短时间之内分流损耗可以接受，例如之间。选择小的分流电阻的另一个好处是有利于在一次工作完成后尽可能的释放残余电量以保证下次充电是在全放电状态下进行。缩短寻北时间、降低DC/DC的最低工作电压和提高单体电容的耐压是减小超级电容的主要途径。4.关于电容的选配方法 由于电容量极大,难以用电容值直接测量方法进行选配,建议采用多个电容串联并且配有均压电阻条件下进行充电，然后测量每个电容上的端电压的选配方法。1)首先选配均压电阻的 假设电容量为35F,均压电阻为,保证其电阻值离散在0.1%之内。2)串联试验 每8到10只电容(35F)串联为一路,每个电容并联上经过选配的均压电阻，
7、然后分别进行电容的短路放电。将每只电容的两端短路10秒钟，进行充分放电。然后在串联起来，统一用25V稳压电源通过一只限流电阻进行充电。 3)充电和测量在充满时（例如每个电容的端电压接近）停止充电,等待10s之后用数字电压表测量每只电容的电压。按其电压排列和分组。为了统一测试条件,只能在同一次统一充电试验中分组,分组余下的电容只能放在另一批充电试验中进行再次分组。 根据目前估算, 8只25F的电容串联其容量和体积可以满足摆式陀螺寻北仪的供电和安装的要求.通过上述分组在同一批次内电容值保证在98%至99%是可能的。5.关于充电电路设计在陀螺房内，陀螺马达的启动和超级电容器充应该同时进行，前者为稳压
8、供电而后者为快速恒流充电。这样,陀螺房与外部电路之间需要3个接点。陀螺马达供电和超级电容充电采用(理想)二极管进行隔离和自动切换6.关于过压保护由于目前超级电容器额定充电电压(安全电压)仅为2.7V,需要考虑过压保护措施。充电时在串联电容的两端取样进行总体过压保护。如果采用8只25F电容串联,最高允许充电至21.6V,现假设充至21V,则以此电压采样值作为强制停止充电的条件进行断电保护. 为了电压安全和降低恒流充电电流值希望尽可能多的串联以便降低充电电压和降低充电电流。7.关于前次不同残余电压的处理 每次工作结束时各电容的残余电压不同，再次充电时将出现电压不均衡，当仅仅进行总体充电电压保护时将
9、会造成个别电容过压损害！是否考虑在一次工作结束时立即充分放电，使得每次充电全是在0电压条件下开始。8.关于便携电源和二次寻北时的供电问题2.5A-20V,50W的普通电源可能需要工频供电但是通常在野战条件下无法得到满足.采用大容量电池可能增加电源的体积难以做到便携.为此考虑采用更大的超级电容器作为辅助充电电源，在空闲时间经过普通电池预充电,用以短时间提供大电流将陀螺房内的超级电容器充满。在二次寻北测量时,由于辅助超级电容器电源已经充满代用因此可以为陀螺房内的超级电容进行瞬时大电流充电。为了减小陀螺房内的发热,充电限流电阻不安装在陀螺房内,为此可能需要增加一个接触点.外部电源陀螺马达驱动和力矩器
10、激励电路超级电容升压DC/DC陀螺房陀螺马达锂电池恒流充电电路锂电池充电器DC/DC稳压器理想二极管过压保护元件光电接收器光电通讯力矩器激励线圈预充超级电容陀螺房以外的电路限流电阻缩短寻北时间、降低DC/DC的最低工作电压和提高单体电容的耐压是减小超级电容的主要途径。凌力尔特推出同步升压型 DC/DC 控制器 LTC3786凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出同步升压型 DC/DC 控制器 LTC3786，该器件以一个高效率 N 沟道 MOSFET 取代了升压二极管。这样就可以去掉通常在中高功率升压型转换器中所需的散热器。在输入电压可能超过稳定输出
11、电压的应用中，LTC3786 能保持同步 MOSFET 连续接通，以便输出电压以最低功耗跟随输入电压。LTC3786 的 55uA 低静态电流延长了电池供电应用在备用模式时的运行时间。这个控制器能以高达 98% 的效率从 12V 输入产生 24V/5A 输出，从而非常适用于汽车、工业和医疗应用，在这类应用中，升压型 DC/DC 转换器必须具有小的解决方案尺寸并产生很少的热量。启动时，LTC3786 在 4.5V 至 38V 的输入电压范围内工作，启动后直至 2.5V 都保持工作，并可调节高达 60V 的输出电压。强大的 1.2 内置 N 沟道 MOSFET 栅极驱动器能快速转换大的 MOSFE
12、T 栅极，从而最大限度地降低转换损耗，并允许高达 10A 的输出电流。LTC3786 具有可调的逐周期限流保护，并运用一个检测电阻器或通过监视电感器 (DCR) 两端的压降来检测电流。LTC3786 具有 75kHz 至 850kHz 的相位可锁定开关频率范围以及 50kHz 至 900kHz 的固定工作频率范围。此外，LTC3786 具有可调软启动，并在 -40C 至 125C 的工作温度范围内保持 1% 的基准电压准确度。LTC3786 采用耐热增强型 MSOP-16 封装和 3mm x 3mm QFN 封装。千片批购价为每片 2.80 美元，有现货供应。如需更多信息，请登录 凌力尔特
13、DC/DC控制器 LTC3786资讯版权声明：凡本网注明“来源：电子产品世界”的所有作品，版权均属于电子产品世界，转载请注明“来源：电子产品世界”。违反上述声明者，本网将追究其相关法律责任。 本网转载自其它媒体的信息，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。Linear推出同步降压升压型DC/DC转换器提供 2.7V 至 40V 的输入和输出范围作者： 时间：2011-11-22 来源:电子产品世界浏览评论 我有问题 个性化定制 字号：小 中 大关键词： Linear 转换器 LTC3115-1 凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出同步降压-升压型转换器 LTC3115-1 ，该器件可使用从单节锂离子电池、24V/28V工业电源轨到 40V 汽车输入的多种电源，提供高达 2A 的连续输出电流。LTC3115-1 具 2.7V 至 40V 的输入和输出范围，
