超级电容作为备用电源使用及其注意点
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) | 0 | 12.75 | 25.5 | 38.25 | 51 | 63.75 | 76.5 | 90 |
电压(V) | 0.248 | 2.231 | 2.732 | 2.943 | 3.038 | 3.087 | 3.115 | 3.135 |
理论计算电压(Vcharge=3.1V)(V) | 0 | 1.953 | 2.666 | 2.945 | 3.038 | 3.069 |
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 8:30 | 7.23 13:30 | 7.23 16:30 | 7.23 19:30 |
电压(V) | 3.106 | 3.063 | 3.047 | |
时间 | 7.24 8:30 | 7.24 13:30 | 7.24 16:30 | 7.24 19:30 |
电压(V) | 2.95 | 2.92 | 2.9 | |
时间 | 7.25 8:30 | 7.25 13:30 | 7.25 16:30 | 7.25 19:30 |
电压(V) | ||||
时间 | 7.26 8:30 | 7.26 13:30 | 7.26 16:30 | 7.26 19:30 |
电压(V) | 2.706 | 2.675 | 2.661 | |
时间 | 7.27 8:30 | 7.27 13:30 | 7.27 16:30 | 7.27 19:30 |
电压(V) | 2.595 | 2.57 | 2.557 | 2.543 |
时间 | 7.28 8:30 | 7.28 13:30 | 7.28 16:30 | 7.28 19:30 |
电压(V) | 2.49 | 2.468 | 2.458 | |
时间 | 7.29 8:30 | 7.29 13:30 | 7.29 16:30 | 7.29 19:30 |
电压(V) | 2.39 | 2.367 | 2.357 | 2.346 |
时间 | 7.30 8:30 | 7.30 13:30 | 7.30 16:30 | 7.30 19:30 |
电压(V) | 2.292 | 2.276 | 2.262 |
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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