Was ist das Schaltbild des Farah-Kondensatorladegeräts?

Die Größe des Strombegrenzungswiderstands hängt hauptsächlich von der Leistung des Stromversorgungssystems des Benutzers ab. Wenn die Leistung des Stromversorgungssystems des Benutzers relativ groß ist, kann der Strombegrenzungswiderstand kleiner sein. Wenn die Leistung des Netzteils relativ klein ist, ist der Widerstand größer und die Leistung des Widerstands wird notiert. Die normale Leistung muss über 1 W liegen. Beispielsweise beträgt der maximale Betriebsstrom der Stromversorgung 1A und die Spannung 5V. Dann nimmt der Strombegrenzungswiderstand ungefähr 5 Ohm und die Leistung beträgt 5 W. Diese Ladeschaltung ist auf Superkondensatoren mit kleinem Innenwiderstand beschränkt, wie beispielsweise Säulensuperkondensatoren. Für Superkondensatoren mit großem Innenwiderstand sind keine Strombegrenzungswiderstände erforderlich, wie z. B. Superkondensatoren vom Knopftyp. Die Entladungsdiode kann eine Zenerdiode mit einem kleinen Durchlassspannungsabfall und einer bestimmten Leistung auswählen.

Der LTM8026 ist ein 36VIN, 5A Konstantspannung, Konstantstrom (CVCC) Abwärtsregler μ Module TM. Eine Schaltersteuerung, ein Netzschalter, eine Induktivität und Unterstützungskomponenten sind in das Paket integriert. Der LTM8026 arbeitet in einem Eingangsspannungsbereich von 6 V bis 36 V und unterstützt einen Ausgangsspannungsbereich von 1,2 V bis 24 V. Durch den CVCC-Betrieb kann der LTM8026 seinen Ausgangsstrom bis zu 5 A über den gesamten Ausgangsbereich genau regeln. Der Ausgangsstrom kann mit einer einzelnen Steuerspannung, einem einzelnen Widerstand oder einem Thermistor eingestellt werden. Ein vollständiges Design kann nur mit Widerständen erreicht werden, die für die Einstellung der Ausgangsspannung und -frequenz verantwortlich sind, sowie mit Eingangs- und Ausgangsfilterkondensatoren mit hoher Kapazität.

In dieser Anwendung werden zwei Superkondensatoren der Serie während des normalen Betriebs auf 5 V aufgeladen, um im Falle eines Hauptstromausfalls die erforderliche Notstromversorgung bereitzustellen. Solange die Hauptstromversorgung angeschlossen ist, arbeitet der LTC3536 in einem Burst-Modus mit sehr geringem Ruhestrom, wodurch der Stromverbrauch des Backup-Speicherkondensators minimiert wird.

Der LT3741 ist ein synchroner DC / DC-Abwärtsregler mit fester Frequenz, mit dem Ausgangsströme bis zu 20 A genau geregelt werden können. Der Durchschnittsstrommodusregler behält die Induktivitätsstromregelung über einen weiten Ausgangsspannungsbereich von 0 V bis (VIN-2 V) bei. Der geregelte Strom wird durch eine analoge Spannung am CTRL-Pin und einen externen Messwiderstand eingestellt. Der LT3741 verwendet eine einzigartige Topologie, um Strom zu liefern und abzusenken. Die geregelte Spannungs- und Überspannungsschutzschaltung wird über einen Spannungsteiler eingestellt, der zwischen dem Ausgang und dem FB-Pin angeschlossen ist. Die Schaltfrequenz kann mit einem externen Widerstand oder mit einem externen Taktsignal von 200 kHz bis 1 MHz eingestellt werden.

Der einfachste Weg, einen Superkondensator über eine Solarzelle aufzuladen, ist die Verwendung einer Diode. Unter normalen Lichtbedingungen kann der Superkondensator auch unter Berücksichtigung der durch die Diode verursachten Verluste auf die Leerlaufspannung der Solarzelle aufgeladen werden. Die meisten Systeme benötigen eine zusätzliche Überspannungsschutzschaltung, um den Superkondensator und die nachfolgende Lastelektronik zu schützen.

Die Einfachheit dieser Lösung macht sie häufig zu einem kostengünstigen Solarzubehör. Diese Methode weist jedoch viele Mängel auf. Erstens kann es nur in Mehrkörpersolarzellen verwendet werden, bei denen die Leerlaufspannung der Solarzelle höher ist als die Überspannungsgrenze des Superkondensators oder die erforderliche Lastspannung. Thermoelektrische Kollektoren, die niedrige Spannungen ausgeben, können diese Methode nicht zum Laden von Energiespeicherkomponenten verwenden.

Zusätzlich regelt die Schaltung die Solarzelle bei einem Diodenabfall über der Speichermittelspannung. Dies bedeutet, dass sich auch der Spannungsregelungspunkt der Solarzelle bewegt, wenn sich die Spannung auf dem Speichermedium entsprechend den Lastbedingungen ändert. Dies ist keine ideale Lösung für eine Batterie mit einer breiten Entladekurve oder einen Superkondensator, dessen Spannung je nach Lastanforderungen erheblich variieren kann, da die Spannung der Solarzelle von ihrem maximalen Leistungspunkt weg eingestellt wird. Die in den meisten elektronischen Systemen mit geringem Stromverbrauch erforderliche zusätzliche Überspannungsschutzschaltung verbraucht auch Ruhestrom, was die Systemeffizienz bei schlechten Lichtverhältnissen beeinträchtigen kann.

Eine unzureichende Diodenladung kann durch integrierte Schaltkreise überwunden werden, die speziell für die Verwendung mit Energiegewinnungsgeräten entwickelt wurden. Ein solches Gerät ist das bq25504. Dies ist ein Lade-IC mit extrem niedrigem Ruhestrom, der eine maximale Leistungspunktverfolgung (MPPT) für den angeschlossenen Energy Harvester bietet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur die erforderlichen Stifte dargestellt. Mit den Widerständen ROV1 und ROV2 wird die Überspannungsschwelle des Superkondensators eingestellt. Die Widerstände ROK1, ROK2 und ROK3 werden verwendet, um die oberen und unteren Schwellenwerte des VBAT_OK-Signals einzustellen, mit denen die Systemlast gesteuert werden kann, um eine Überentladung des Superkondensators zu verhindern. Die Solarzelle ist mit dem Pin VIN_DC verbunden.

Da der Superkondensator lange Zeit keinen Energieeintrag sammelt, entlädt er sich normalerweise auf 0 V, sodass das System ab dem Fall gestartet werden muss, in dem der Speicherkondensator vollständig entleert ist. Die meisten dedizierten Energy Harvesting-Ladegeräte-ICs verfügen über eine Kaltstartfunktion, mit der das Laden einer Energiespeicherkomponente in einem vollständig entladenen Zustand eingeleitet werden kann, solange die Eingangsversorgungsspannung über einem bestimmten Wert liegt. In diesem Beispiel beträgt der Spannungswert 330 mV.

Einer der Vorteile der Verwendung eines Boost-Ladegerät-IC zum Laden eines Superkondensators ist die Möglichkeit, eine Einzel- oder Zweikörpersolarzelle zu verwenden, die eine größere durchschnittliche Stromversorgung für dieselbe Solarzellenfläche bietet als eine Mehrkörpersolarzelle. Dieser IC mit integrierter Überspannungsschutzschaltung schützt Superkondensatoren und Lastelektronik. Der vom Benutzer programmierbare Pegel VBAT_OK kann verwendet werden, um den Lastkreis zu signalisieren. Darüber hinaus hilft die MPPT-Funktion des IC, sobald das Gerät in den normalen Lademodus wechselt, die Solarzelle am maximalen Leistungspunkt zu stabilisieren und so die optimale Stromquelle aus der Solarzelle zu extrahieren.

Inklusive Eingangsgleichrichterbrücke, Rücklauftransformator, primärseitig in Reihe geschalteter Schaltvorrichtung, sekundärseitiger Freilaufdiode, Stromsensor, sekundärseitiger Isolationsspannungserkennung und Steuerung der PWM-Signalerzeugungsschaltung. Im Vergleich zur herkömmlichen Rücklaufschaltung entfernt die Superkondensator-Schnellladeschaltung den Eingangsfilter-Elektrolytkondensator und erhöht die Zuverlässigkeit der Schaltung. Der Stromerfassungswiderstand wird auf Magnetkopplungserfassung geändert, um den Verlust zu verringern, und die Primärseite des Transformators kann gleichzeitig erfasst werden. Der Sekundärstrom wird verwendet, um den sekundärseitigen Ladestrom zu begrenzen. Die sekundärseitige Spannungsisolationserkennung wird verwendet, um die Abschaltspannung der Superkondensatorladung zu steuern. Das Arbeitsprinzip der Hauptschaltung ähnelt im Wesentlichen dem Prinzip der Rücklaufschaltung, aber die Steuerschaltung ist in Kombination mit den anfänglichen Ladeeigenschaften des Superkondensators so ausgelegt, dass sie die Anforderungen einer langfristigen Kurzschlussstrombegrenzungsladung erfüllt, wenn die Superkondensator wird zunächst aufgeladen.

Der Primärstrom und der Sekundärstrom des Transformators werden im gleichen Verhältnis wie der Transformator erfasst. Da die Primärseite des Transformators umgekehrt proportional zum Windungsverhältnis ist, wird der erfasste Strom zu einer kontinuierlichen Stromwellenform. Der Spannungskomparator (Spannungskomparator) vergleicht den erfassten Stromwert mit dem Grenzwert Limit1. Wenn der Primärstromwert der Grenzwert Limit1 ist, wird das Signal B erzeugt, um ein Ansteuersignal zum Ausschalten der Leistungsröhre zu erzeugen.

Steuerkreis

Wenn der Elektrolytkondensator an die gleichgerichtete Ausgangsseite angeschlossen ist, kann eine stabile DC-Eingangsspannung erhalten werden. Da der Aluminium-Elektrolytkondensator ein Ausfallproblem und eine Lebensdauerbegrenzung aufweisen kann, werden die Schaltungsstabilität und die Lebensdauer in gewissem Maße beeinflusst, so dass der eingegebene Aluminium-Elektrolytkondensator in der Schnellladeschaltung vermieden wird. Die pulsierende Gleichspannung nach der Gleichrichtung wird als Referenz für die obere Grenzamplitudengrenze1 verwendet, so dass der Eingangsstrom der Schwankung der Eingangsspannung folgt und der Eingangsleistungsfaktor verbessert werden kann. Wenn die untere Grenzamplitudengrenze2 auf 0 gesetzt ist, kann der Leistungsfaktor weiter verbessert werden, aber die Welligkeit des Ausgangsstroms wird erhöht.

Die Steuerschaltung besteht aus einem Operationsverstärker LM358, einem Komparator LM393, einem RS-Triggerchip CD4043 und dergleichen. Der Strom wird vom Transformator mit dem gleichen Übersetzungsverhältnis wie der Transformator erfasst, und das gleichnamige Ende des Transformators stimmt mit dem Rücklauftransformator überein. Das Stromerkennungssignal wird mit den Strombegrenzungswerten Limit1 und Limit2 verglichen, nachdem es vom LM358 konditioniert wurde. Die Ausgänge der beiden Komparatoren werden vom Flip-Flop RS4043 zwischengespeichert und wirken als MOSFET-Röhrenansteuersignal. Die ausgangsseitige Spannungserkennung wird als Ladungsabschlusssignal zur Steuerung des CD4043-Freigabeanschlusses verwendet.

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