电源设计问题

2023-11-01

 

目录

一.电源器件

1.法拉电容

二.充电规则

1.充电限制:

2.充电时间计算:

三.有线充电

四.无线充电


一.电源器件

1.法拉电容

      超级电容具有功率密度高,充放电时间短,循环寿命长,工作温度范围宽等显著的优点,适合应用在大功率能量流动的场合。超级电容容值通常达到几千法拉,但是可耐受的电压低,在实际使用时必须大量串联使用。

      超级电容自漏电速率大大超过锂电池等传统的化学储能元件,无法长期保存能量,这要求超级电容在初次使用,或者长期静置再次投入电气设备使用之前需要进行快速的初充电,使超级电容内部维持一定的能量。

二.充电规则

1.充电限制:

  • 电容(符号C)与电容两端电压无关,只与绝缘介质厚度、导电材料表面积等有关。
  • 电容不能无限充电,因为电容有耐压值(额定电压),如果电容充满电后,充电电压仍然大于耐压值,电容会被击穿爆炸。
  • 充电时,充电器提供的最高电压应有限制,6V电池的充电电压为7.2—7.5V,12V电池充电电压为14.4—15V,充电最大电流不大于额定容量值的30%(比如2000mAH的蓄电池最大充电电流不能大于2000×0.3=600mA);以10小时充电率为宜(比如2000mAH的蓄电池以200mA为宜),若充电电流过大,则蓄电池易发热,造成极板脱落、断裂、短路以致造成爆炸、燃烧等事故。

2.充电时间计算:

  • 从电路原理上讲,充电时间t=R*C*ln(Uo/(Uo-U)),Uo为耐压值,当某电容的实时充电越小,耐压值越大,电容越小,则充电越快。
  • 从宏观上讲,充电时间=(电源容量/充电电流)*(1.2~1.4)

假如电池的容量是1000mah,充电器的充电电流时300mah,则充电时间T=(1000/300)*(1.2~1.4)

PS:充电效率并不是100%,所以1.2~1.4是为了延长时间确保冲饱电池。

容量单位是mAh,电流单位是mA,所以用容量除以电流mAh/mA=h,h就是时间(小时),当然这个只是理论值,真实数据肯定要长一些,因为电流快充满电源的时候会变的,不会一直是计算值。

三.无线充电

1.提高无线充电效率措施        

(1)增加耦合线圈的匝数

在相同的电流下,发送线圈的匝数越多,则产生的磁场就会越大。同样,在相同的交变磁场中,接收线圈匝数越多,所产生的感应打压也就越大。这样,在相同的线路电流下,发送和接收线圈的匝数越多,所传送的功率就可以越大。

(2)提高线圈之间的耦合程度

同时由于发送和接收线圈之间的电磁耦合无法做到像变压器那样的紧密,这些散漏的磁场会引起额外的能量损耗。因此可尽量将两个线圈做的一样大小,并且靠的很近,这样就可以避免磁场的散漏。                                                                                           同时为了能够对磁场像海绵那样进行吸附和浓缩作用的,可以采用铁磁材料作为线圈的磁芯。这样利用铁氧体的高的磁导率,可以小的电流下产生大的磁场。这不仅可以降低工作电流,减少线路损耗,同时也可以将磁场约束在铁氧体的表面,提高发射与接收线圈之间磁场耦合程度。

(3)提高工作信号的频率

对于交变频率来说,对于相同的电流所产生的相同大小的磁场,如果交变磁场的频率越高,根据电磁感应原理,所产生的感应电动势就会越大,进而传递的电能功率就会增加。                                                                                                                                由于器件损耗中大多与系统中电流成正比。因此,在传输相同电功率的时候,频率越高,对应的激发电流就会越小,进而降低线路中电阻中的损耗。                                                                                                                                                                            但不是频率越高越好。其它一些损耗(器件损耗、辐射损耗、杂散损耗等)都是随着频率增加而显著增加。因此,在选择工作频率时需要根据实际器件的情况进行折中。现在常用到小功率无线传输所使用的频率大都在100kHz到1MHz之间。

四.有线充电

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