¿Cuál es el diagrama del circuito de carga del condensador de Farah?

El tamaño de la resistencia limitadora de corriente depende principalmente de la potencia del sistema de energía del usuario. Si la potencia del sistema de energía del usuario es relativamente grande, la resistencia limitadora de corriente puede ser menor. Si la potencia de la fuente de alimentación es relativamente pequeña, entonces la resistencia es mayor y se anota la potencia de la resistencia. La potencia normal debe ser superior a 1 W. Por ejemplo, la corriente de funcionamiento máxima de la fuente de alimentación es de 1 A y el voltaje es de 5 V. Entonces, la resistencia limitadora de corriente toma alrededor de 5 ohmios y la potencia es de 5 W. Este circuito de carga está limitado a supercondensadores con pequeña resistencia interna, como supercondensadores de columna. Para supercondensadores con gran resistencia interna, no hay necesidad de resistencias limitadoras de corriente, como los supercondensadores tipo botón. El diodo de descarga puede seleccionar un diodo Zener con una pequeña caída de tensión directa y una determinada potencia.

El LTM8026 es un regulador reductor μ Module TM de voltaje constante y corriente constante (CVCC) de 36VIN, 5A. Un controlador de interruptor, interruptor de encendido, inductor y componentes de soporte están integrados en el paquete. El LTM8026 opera desde un rango de voltaje de entrada de 6V a 36V y admite un rango de voltaje de salida de 1.2V a 24V. La operación CVCC permite que el LTM8026 regule con precisión su corriente de salida hasta 5A en todo el rango de salida. La corriente de salida se puede configurar con un solo voltaje de control, una sola resistencia o un termistor. Se puede lograr un diseño completo con solo resistencias responsables de configurar el voltaje y la frecuencia de salida, así como capacitores de filtro de entrada y salida de alta capacidad.

En esta aplicación, dos supercondensadores de la serie se cargan a 5 V durante el funcionamiento normal para proporcionar la energía de respaldo requerida en caso de un corte de energía principal. Siempre que la fuente de alimentación principal esté conectada, el LTC3536 funcionará en un modo de ráfaga de corriente de reposo muy baja, lo que minimiza el consumo de energía del condensador de almacenamiento de respaldo.

El LT3741 es un controlador DC / DC reductor síncrono de frecuencia fija diseñado para regular con precisión corrientes de salida de hasta 20A. El controlador de modo de corriente promedio mantendrá la regulación de la corriente del inductor en un amplio rango de voltaje de salida de 0V a (VIN-2V). La corriente regulada se establece mediante un voltaje analógico en el pin CTRL y una resistencia de detección externa. El LT3741 utiliza una topología única para suministrar y absorber corriente. El circuito de protección de voltaje regulado y sobrevoltaje se configura mediante un divisor de voltaje conectado entre la salida y el pin FB. La frecuencia de conmutación se puede configurar de 200 KHZ a 1 MHz con una resistencia externa o con una señal de reloj externa.

La forma más sencilla de cargar un supercondensador a través de una célula solar es utilizar un diodo. En condiciones normales de iluminación, el supercondensador se puede cargar al voltaje de circuito abierto de la celda solar incluso considerando las pérdidas causadas por el diodo. La mayoría de los sistemas requieren un circuito de protección de sobretensión auxiliar para proteger el supercondensador y la electrónica de carga posterior.

La simplicidad de esta solución la convierte a menudo en un accesorio solar de bajo coste. Pero este método tiene muchas deficiencias. Primero, solo se puede usar en celdas solares de varios cuerpos, donde el voltaje de circuito abierto de la celda solar es mayor que el límite de sobrevoltaje del supercondensador o el voltaje de carga requerido. Los colectores termoeléctricos que emiten bajos voltajes no pueden utilizar este método para cargar componentes de almacenamiento de energía.

Además, el circuito regula la celda solar con una caída de diodo por encima del voltaje del medio de almacenamiento. Esto significa que cuando el voltaje en el medio de almacenamiento cambia de acuerdo con las condiciones de carga, el punto de regulación de voltaje de la celda solar también se moverá. Esta no es una solución ideal para una batería con una curva de descarga amplia o un supercondensador cuyo voltaje puede variar significativamente con los requisitos de carga, ya que el voltaje de la celda solar se ajusta lejos de su punto de máxima potencia. El circuito de protección de sobrevoltaje auxiliar requerido en la mayoría de los sistemas electrónicos de baja potencia también consume corriente de reposo, lo que puede afectar la eficiencia del sistema durante períodos de poca luz.

La carga insuficiente de diodos se puede superar utilizando circuitos integrados diseñados específicamente para su uso con equipos de recolección de energía. Uno de esos dispositivos es el bq25504. Se trata de un cargador IC de corriente inactiva ultrabaja que proporciona seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) al recolector de energía conectado. En aras de la claridad, solo se muestran los pines necesarios. Las resistencias ROV1 y ROV2 se utilizan para establecer el umbral de sobretensión del supercondensador. Las resistencias ROK1, ROK2 y ROK3 se utilizan para establecer los umbrales superior e inferior de la señal VBAT_OK, que se pueden utilizar para controlar la carga del sistema para evitar la sobredescarga del supercondensador. La celda solar está conectada al pin VIN_DC.

Dado que el supercondensador no recoge la entrada de energía durante mucho tiempo, generalmente se descarga a 0 V, por lo que el sistema debe iniciarse desde el caso donde el condensador de almacenamiento está completamente vacío. La mayoría de los circuitos integrados de cargadores dedicados a la recolección de energía tienen una función de arranque en frío que puede iniciar la carga de un componente de almacenamiento de energía en un estado completamente descargado siempre que el voltaje de suministro de entrada esté por encima de un cierto nivel. En este ejemplo, el valor de voltaje es 330 mV.

Una de las ventajas de usar un IC de cargador de refuerzo para cargar un supercondensador es la capacidad de usar una celda solar de uno o dos cuerpos que proporciona una mayor fuente de alimentación promedio para la misma área de celda solar que una celda solar de varios cuerpos. Este IC con circuito integrado de protección contra sobretensiones ayuda a proteger los supercondensadores y la electrónica de carga. El nivel VBAT_OK programable por el usuario se puede utilizar para señalar el circuito de carga. Además, una vez que el dispositivo ingresa al modo de cargador normal, la función MPPT del IC ayuda a estabilizar la celda solar en el punto de máxima potencia, extrayendo así la fuente de energía óptima de la celda solar.

Incluye puente rectificador de entrada, transformador flyback, dispositivo de conmutación conectado en serie en el lado primario, diodo de rueda libre del lado secundario, sensor de corriente, detección de voltaje de aislamiento del lado secundario y circuito de generación de señal PWM de control. En comparación con el circuito de retorno tradicional, el circuito de carga rápida del supercondensador elimina el condensador electrolítico del filtro de entrada y aumenta la confiabilidad del circuito; la resistencia de detección de corriente se cambia a detección de acoplamiento magnético para reducir la pérdida, y el lado primario del transformador se puede detectar simultáneamente. Y la corriente secundaria se utiliza para limitar la corriente de carga del lado secundario; La detección de aislamiento de voltaje del lado secundario se utiliza para controlar el voltaje de corte de carga del supercondensador. El principio de funcionamiento del circuito principal es básicamente similar al principio del circuito de retorno, pero el circuito de control está diseñado en combinación con las características de carga inicial del supercondensador para cumplir con los requisitos de carga de limitación de corriente de cortocircuito a largo plazo cuando el El supercondensador se carga inicialmente.

La corriente primaria y la corriente secundaria del transformador se detectan en la misma relación que el transformador. Dado que el lado primario del transformador es inversamente proporcional a la relación de giro, la corriente detectada se convierte en una forma de onda de corriente continua. El comparador de voltaje (Comparador de voltaje) compara el valor de corriente detectado con el valor límite Limit1. Cuando el valor de la corriente primaria es el valor límite Limit1, se genera la señal B para generar una señal de excitación para apagar el tubo de potencia.

Circuito de control

Si el condensador electrolítico está conectado al lado de salida rectificado, se puede obtener un voltaje de entrada de CC estable. Dado que el condensador electrolítico de aluminio puede tener un problema de falla y un límite de vida útil, la estabilidad del circuito y la vida útil se ven afectadas en cierta medida, por lo que el condensador electrolítico de aluminio de entrada se evita en el circuito de carga rápida. El voltaje de CC pulsante después de la rectificación se utiliza como referencia para el límite superior de amplitud Limit1 para que la corriente de entrada siga la fluctuación del voltaje de entrada y el factor de potencia de entrada pueda mejorarse. Si el límite inferior de amplitud Limit2 se establece en 0, el factor de potencia se puede mejorar aún más, pero la cantidad de ondulación de la corriente de salida aumenta.

El circuito de control está compuesto por un amplificador operacional LM358, un comparador LM393, un chip disparador RS CD4043 y similares. La corriente es detectada por el transformador con la misma relación de giro que el transformador, y el extremo del transformador con el mismo nombre es consistente con el transformador de retorno. La señal de detección de corriente se compara con los valores límite de corriente Limit1 y Limit2 después de haber sido acondicionada por el LM358. Las salidas de los dos comparadores están bloqueadas por el flip-flop RS4043 y actúan como una señal de activación del tubo MOSFET. La detección de voltaje del lado de salida se utiliza como una señal de terminación de carga para controlar el terminal de habilitación CD4043.

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