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CSC的超级电容功率与VSTK的函数关系

发布时间:2020/11/1 22:09:41 访问次数:711

使用最初推测的25 F电容,通过电子表格工具可得出结果

基于最初推测的25 F电容,我们使用标称值得出了所需的4秒备份时间(具有25%的额外裕量)。但是,如果我们考虑ESR和电容的EOL值,我们的备份时间几乎缩短一半。若要使用电容的EOL值获得4秒备份时间,我们必须至少修改其中一个输入参数。由于它们大多是固定值,电容是最容易增加的参数。

将电容增加至45 F,通过电子表格工具得出结果。

使用45 F时,由于标称值提供了长达9秒的备份时间,增加的幅度似乎很大。但是,通过添加CAPEOL和ESREOL参数,并得出6.2 V最低堆栈电压之后,考虑EOL时的备份时间骤降一半。但是,这仍然满足我们需要4秒备份时间的要求,并且具有5%的额外裕量。

根据前面介绍的概念和计算说明,超级电容备份系统设计方法总结如下:

确定PBackup和tBackup的备份要求。

针对所需的电容使用寿命确定最大电池电压VSTK(MAX)。

选择堆叠电容数量(n)。

为超级电容选择所需的利用率αB(例如,80%到90%)。

求解得出电容CSC:

找到具有足够CSC的超级电容,并检验是否满足最低RSC公式:

采用25 F电容的36 W、4秒保持时间系统和LTC3350/LTC3351的计算结果

采用45 F电容系统和LTC3350/ LTC3351的计算结果

显示某些输出功率所需最小VIN的推导过程,可用功率与VSTK的函数关系,假设最优电阻与负载匹配,备用功率为25 W。此图也可以视为无单位时基:当超级电容满足所需的25 W备份功率时,超级电容向负载放电,堆栈电压随之降低。

在3 V时,存在一个拐点,此时负载电流高于最优水平,导致负载的可用备用功率降低。这是系统的最大输出功率点,就在这个点,超级电容的ESR损失增加。在这个示例中,3 V明显高于DC-DC转换器的压差,所以不可用电能完全由超级电容引起,导致调节器未得到充分利用。理想情况下,超级电容达到压差,使得系统供电能力达到最高。

在确定备份时间时,不仅超级电容的电容值至关重要,电容的ESR也同样重要。超级电容的ESR决定了有多少堆栈电压可用于备份负载,也就是利用率。


(素材来源:eccn.如涉版权请联系删除。特别感谢)


使用最初推测的25 F电容,通过电子表格工具可得出结果

基于最初推测的25 F电容,我们使用标称值得出了所需的4秒备份时间(具有25%的额外裕量)。但是,如果我们考虑ESR和电容的EOL值,我们的备份时间几乎缩短一半。若要使用电容的EOL值获得4秒备份时间,我们必须至少修改其中一个输入参数。由于它们大多是固定值,电容是最容易增加的参数。

将电容增加至45 F,通过电子表格工具得出结果。

使用45 F时,由于标称值提供了长达9秒的备份时间,增加的幅度似乎很大。但是,通过添加CAPEOL和ESREOL参数,并得出6.2 V最低堆栈电压之后,考虑EOL时的备份时间骤降一半。但是,这仍然满足我们需要4秒备份时间的要求,并且具有5%的额外裕量。

根据前面介绍的概念和计算说明,超级电容备份系统设计方法总结如下:

确定PBackup和tBackup的备份要求。

针对所需的电容使用寿命确定最大电池电压VSTK(MAX)。

选择堆叠电容数量(n)。

为超级电容选择所需的利用率αB(例如,80%到90%)。

求解得出电容CSC:

找到具有足够CSC的超级电容,并检验是否满足最低RSC公式:

采用25 F电容的36 W、4秒保持时间系统和LTC3350/LTC3351的计算结果

采用45 F电容系统和LTC3350/ LTC3351的计算结果

显示某些输出功率所需最小VIN的推导过程,可用功率与VSTK的函数关系,假设最优电阻与负载匹配,备用功率为25 W。此图也可以视为无单位时基:当超级电容满足所需的25 W备份功率时,超级电容向负载放电,堆栈电压随之降低。

在3 V时,存在一个拐点,此时负载电流高于最优水平,导致负载的可用备用功率降低。这是系统的最大输出功率点,就在这个点,超级电容的ESR损失增加。在这个示例中,3 V明显高于DC-DC转换器的压差,所以不可用电能完全由超级电容引起,导致调节器未得到充分利用。理想情况下,超级电容达到压差,使得系统供电能力达到最高。

在确定备份时间时,不仅超级电容的电容值至关重要,电容的ESR也同样重要。超级电容的ESR决定了有多少堆栈电压可用于备份负载,也就是利用率。


(素材来源:eccn.如涉版权请联系删除。特别感谢)


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