超级电容器均压解决方案

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1、超级电容器串联应用中的均压问题及解决方案摘要：本文详尽的分析了超级电容器串联应用中影响各单体电容器上电压的一致性的原因，对不同的电压均衡的方法及存在的问题，提出使用的电压均衡电路单元，最后给出了实验结果。　　关键词：超级电容器电压均衡温度系数　　Abstract:Inthispapperthereasonhasbeenanalysedthatsitheultracapacitorinseriesinfkuencetheconsistencyofthevoltageofeachunitcapacitorindetailed.Fordifferent

2、methodsofthevoltagebalanceandthequestionsexisting,thevoltagebalancecitcuitunitandthetestresulthasbeenprovided.　　Keywords:UltraCapacitor VoltageBalance TemperatureCoeffcient　　1. 问题的提出　　超级电容器的额定电压很低（不到3V），在应用中需要大量的串联。由于应用中常需要大电流充放电，因此串联中的各个单体电容器上电压是否一致是至关重要的。如果不采取必要的均压措施，会引起各个单

3、体电容器上电压较大，采取更多的串联数来解决问题是不可取的。影响均压的因素主要有：　　1.1容量的偏差对电容器组的影响　　通常超级电容器容量偏差为-10%--+30%，上下偏差1.44。当电容器组中出现容量偏差较大时，在充电时容量最小的电容器首先到达额定电压而电容量偏差最大的仅充到69%的额定电压，其储能为最小容量电容器的0.69%。如式（1）　　　　　　　　　　（1）　　其中Cmin为最大负偏差电容量。电容器组的平均储能为：　　　　　　　　　　　（2）　　比全部由下偏容量超级电容器构成的电容器组还小，为标称值电容器的76%，即　　，其中Ccom为

4、标称电容量。由（1），（2）可得　　　　　　　　（3）　　在批量生产电容器组时精选电容量在很小的偏差内对提高电容器组的储能是有意义的，但将提高生产成本。1.2漏电流对超级电容器组的影响　　超级电容器多为储能用。充有电荷后静置状态下的电荷（或电压）保持能力取决于漏电流，经过相对长的静置时间后，漏电流大的超级电容器保持的电荷（或电压）明显低于漏电流小的。因此放电时，漏电流大的首先达到放电终了，而漏电流小的仍保持较多的电荷，充电时漏电流小的首先达到充电终了。因此，这时超级电容器组的各单体的充放电能量为：　　　　　　　　　　（4）　　其中ΔU为充放电前漏

5、电流最小和漏电流最大的超级电容器电压差值。　　1.3ESR的影响　　由于超级电容器的ESR相对较大，而且反复充电后ESR逐渐变大，ESR大的将越来越大，在充放电时ESR大的将先于ESR小的先到达充放电终了电压，使其他ESR相对小的充放电不充分。　　综上所述，超级电容器串联应用中必须考虑并解决均压问题。　　2.解决方案　　2.1无源元件解决方案图1 超级电容器的阻容均压　　通常两个以上电容器串联可以采用并联电阻均压方式，通常应用于较高电压的整流滤波，电路如图1，图中C1=C2、R1=R2由于电容器工作时有电源供电，电容的作用为滤波，故均压电阻的电流

6、与功耗可以接受，不会影响滤波作用，如果用于储能的超级电容器，如果仅漏电流的差异，此法还可以，但与均衡高幅值充放电电流，则需非常小的阻值的均压电阻，这个分压电流将由超级电容器提供，使超级电容器储能变低，在多只大容量超级电容器串联时是不实用的方法。图2 超级电容器的二极管均压　　用稳压二极管箝位或适当数量普通整流二极管串联后并于超级电容，如图2，在理论上行得通，但在实际上会因稳压二极管的稳压值及二级管导通电压随温度变化，而且其伏安特性相对较软，因而不符合超级电容器的均压要求，不能使用。　　2.2实用的超级电容器电压均衡电路由于超级电容器电压均衡电路仅

7、限制超级电容器端电压在额定电压值或以下，而且，通常不希望在额定电压值以下有较大的漏电流，因此：实现可使用的超级电容器电压均衡电路的基本要求为：端电压达到设定值（稳压值）后，端电压的微小变化将导致很大的端电流变化，即稳压二极管的反向击穿特性，如图3，能承受较大的电流，稳压值应是稳定的，不随时间温度及其他因素变化。图3 超级电容器均压电路的伏安特性　　按照上述基本要求，简要原理如图4图4 实用的超级电容器均压电路　　基本原理为：超级电容器电压经R5、R6分压送到U1的R端，这个分压值在2.5V以下时，U1的K端相当于开路（有约400uA的漏电流）在R

8、1上基本不产生附加压降，这样，由R1、R2、R3在Q1基极上的分压不是以使Q1导通，因此Q2不导通，电路处于静止（高阻）状态；当R5，R