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超级电容案例分享(2)——解决可穿戴设备的电源设计问题

2018-01-24
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我现在正在进行手表型可穿戴终端的设计研发。


和智能手机协作以及GPS功能自然不必说,检测运动状态的加速度传感器和陀螺仪传感器、心脏检测仪、钱包功能等安装多个功能,致力于可用于多种目的的产品。


但是,可穿戴终端小型且外观智能是很重要的,所以电源要尽可能的小,想尽可能地将其控制在1块纽扣电池大小。而如果这样做的话,同时使用多个功能时的负载变大,工作有可能变得不稳定,发生断电等。


目前,可穿戴终端有手表型、眼镜型、项链型等各种类型。用途也多种多样。听音乐发送接收信息的、为了检测健康状态和运动时的身体状态,安装传感器,甚至连隐藏电子货币结算终端也能支付的产品也不断出现。兼具多种功能和小型化早已成为可穿戴终端的必备条件,这是避开限制电源进行设计无法达到的距离。功能如果设计很多方面的话,会给电池施加很大的负载,使电源电压变得更不稳定。然后会使工作不稳定,也有可能突然发生断电。


在解决此类问题时,超级电容(EDLC/Supercapacitor)发挥巨大作用。将超级电容和电池并联,可在输出大时,抑制电压降低,稳定工作。也就是说,实现「峰值负载时的电源电压的稳定化(平均化)」。


超级电容是类属于电容器的蓄电装置。与其他电容器一样,能够储存放出电力。但与用于电源电路的陶瓷电容器和电解电容器相比容量大,且与一般电池相比功率高,寿命长。此外,村田超级电容的ESR(内部阻抗)仅是数十mΩ左右,极其小。与传统的圆柱型和纽扣型超级电容相比,小于1000分之一。
 
输出高峰值时之所以电压降低,就是内部阻抗(ESR)的原因。内部阻抗是电源和电表等内部包含的电气阻抗,电压降低与内部阻抗的大小、电流量成正比变大。高峰值时电流量变大,所以电压下降严重,如果内部阻抗(ESR)变小的话,就能够抑制它。如果将超低ESR的村田超级电容与电池并联的话,与仅有电池时相比,电源内部阻抗能够变得极小。因此,如上图所示抑制电压降低,即使是多功能的可穿戴终端也能稳定工作。此外,峰值负载时的电源电压稳定化与电池的长时间驱动和劣化降低也有关系。也很适合在室外长时间使用。
 
而且村田的超级电容薄2.2~3.7mm且尺寸也只有2.1cm×1.4cm左右。无论是手表型还是眼镜型,可穿戴终端的小型化和智能化是非常重要的,所以尺寸应该是最大的优势。


村田的超级电容在峰值负载时的电源电压稳定化,有效支持了可穿戴终端以外很多设备。例如,支持必须正常连续工作的安全设备、医疗以及医疗设备等。此外,还能稳定音响设备的电源输出,高输出化和改善音质。特别是在便携式扬声器、便携式音响设备等对电池和USB输出有限制的使用电源的设备中非常有效。


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