RM2020超級電容

• 超級電容簡單背景
• 電容比賽要求
• • 電容基本要求
  • 底盤超功率限制
• 電容設(shè)計
• • 電容設(shè)計要求
  • 電容設(shè)計思路
  • • 電容充電模塊設(shè)計
    • 電容放電電路設(shè)計
• 總結(jié)

超級電容具有廣闊的應(yīng)用和市場前景，本文用于記錄學(xué)習(xí)設(shè)計2020RM超級電容。

超級電容簡單背景

1、 掉電保護(hù)數(shù)據(jù)(手表、GPS)。當(dāng)設(shè)備掉電后超級電容內(nèi)的電量可以作為備用電源維持器件的時鐘運行，從而使數(shù)據(jù)能夠保留或不被丟失，下次上電不用重新加載可以快速讀取上次數(shù)據(jù)。（國網(wǎng)單相表也要求使用超級電容進(jìn)行?RTC?維持，要求電池可更換，RTC?保持的時間在?48?小時以上。）

2、 作為需電量小的器件的電源，快速充放電的特點

3、提供高的瞬間電流，瞬間功率特性好可以瞬間放出大電流，瞬間提供大功率供電

電容比賽要求

電容基本要求

底盤超功率限制

機(jī)器人的底盤功率會被裁判系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)控，超出功率限制后，裁判系統(tǒng)會觸發(fā)懲罰機(jī)制。不同類型的機(jī)器人判罰情況不同。考慮到機(jī)器人在運動過程中很難做到瞬時輸出功率的控制，因此官方在裁判系統(tǒng)服務(wù)器上限定了一個緩沖能量 W。步兵機(jī)器人或英雄機(jī)器人的 W 值有以下兩種情況：

1、 步兵機(jī)器人或英雄機(jī)器人未飛躍公路飛坡時，其 W 值等于 60J。 2、 步兵機(jī)器人或英雄機(jī)器人飛躍公路飛坡后，其 W 值從當(dāng)前值增加至 250J。后續(xù)若消耗至 60J 以下，W 值最高可恢復(fù)至 60J

裁判系統(tǒng)做底盤功率檢測的頻率是 10Hz。
超限比例：K = (Pr－Pl) / Pl * 100%，其中 Pr 為瞬時底盤輸出功率，Pl 為上限功率。

KN%

K ≤ 10%	10%
10% < K ≤ 20%	20%
K > 20%	K > 20%

電容設(shè)計

電容設(shè)計要求

電容設(shè)計的要求： （1）充電：恒流給超級電容充電并且做出保護(hù)模塊防止電容破壞 （2）放電：放電時讓超級電容提供大部分的功率，而不是由電池來提供 （3）MOS保護(hù)：MOS管作為控制電路，防止 MOS 管被擊穿；防止功率過大的產(chǎn)熱影響MOS管特性 （4）電機(jī)電流：電機(jī)減速或突然停止會產(chǎn)生強(qiáng)大的反電動勢，怎樣吸收倒灌的電流或者將其安全消耗掉 （5）精簡化：由于空間有限，將各種模塊整合設(shè)計

電容設(shè)計思路

電容過壓保護(hù)模塊、恒壓恒流模塊、電源切換模塊。

電容充電模塊設(shè)計

電容組采用電容串聯(lián)的方式
1、首先對電容模塊進(jìn)行過壓保護(hù)，利用BW6101模塊對并聯(lián)的每個電容進(jìn)行保護(hù)
典型電路如下

2、對電容進(jìn)行充電電路

通過控制A1、A2來控制電容充電放電，功率不易控制所以用恒壓與恒流模塊來給電容充電。恒功率充電太過刻板，因此有個新想法：通過PWM波控制A1電壓，改變電壓占空比從而控制電流的占空比（由于裁判系統(tǒng)10HZ檢測一次即100ms），100ms時間較為充裕在100ms內(nèi)可以控制恒流模塊電流的占空比來達(dá)到改變平均電流的效果，從而間接實現(xiàn)了可控的功率充電，更靈活地分配給電容和電機(jī)的功率。
（想法還需實驗驗證）

電容放電電路設(shè)計

通過電壓比較器信號實現(xiàn)電池和電容較高電壓者來供電，快速實現(xiàn)切換電路。
在放電的過程中要考慮到電機(jī)線圈會有反向電動勢，此時會有電流倒灌的現(xiàn)象，因此要妥善處理這部分電流。
這里借鑒港科的思路：
用兩路背對背MOS管來實現(xiàn)控制

用LTC1473芯片和Si9926DY芯片來實現(xiàn)電容和電池的開關(guān)來對底盤供電。
MOS管的寄生二極管能互相抵銷，解決電流倒灌問題。

總結(jié)

初次設(shè)計超級電容，方案還有多不成熟地方。歡迎交流學(xué)習(xí)，希望能夠迭代出更好的方案。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的超级电容第一版的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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