CAP-XX超级电容在定位装置中的应用优势

    2012年8月16日至18日在成都世纪城新国际会展中心即将举办2012年中国（成都）电子展。本届展会上，盟凯贸易有限公司（展位号：D152）将带来CAP公司的一款超级电容。

    · 适用于汽车、卡车、公交、火车、轮船、飞机、集装箱、货盘、仓库库存等资产跟踪和驱动/系统管理设备的定位装置中。

    ·适用于老年人、儿童、病人、罪犯、宠物、牲畜、野生动物等人或动物的定位装置中

    据CAP-XX 公司应用工程总监 Pierre Mars介绍，对于现代社会来说，采用GPS技术的定位装置已经是非常普遍的现象了。当把GPS技术和通讯技术相结合后，不管是超大的物体或者小巧的人，我们都能精确而及时的追踪到他们，这种方式非常的简单同时成本低。加入环境监控传感器，或接入既有的数据源后，基本的定位器可以变成一种极为强大的装置，能够提供关于被监控对象的实际情况的广泛和极具价值的信息。从持续监测病人的身体状况，到监测司机长时间的驾驶行为，大物体下水的深度，以及醉酒者血液中的酒精含量，智能跟踪器在确保任何移动物体的安全上能够发挥极大的作用。

CAP-XX 公司应用工程总监 Pierre Mars

    考虑到这些应用常常极为关键，且故障成本非常高昂，因此定位装置需要在千变万化的环境条件下满足严格的性能指标，很多应用环境是对电池不利的。对于把这类设备和外界能量采集器如太阳能电池和震动换能器等结合起来很多尝试和应用，也许就是对于“始终在线”的需求的部分反映。苛刻的环境状况，现场维护的高成本，加之能量源的不可靠，在装置上加入高功率的超级电容能够极大改善装置的性能和使用寿命。

    ·脉冲

    超级电容能够提供所有高功率应用所需的峰值电流。

    在电池供电的设备里，超级电容通过消除深度放电周期和大电流负载，通过最小化电压降延长设备的使用寿命。超级电容允许采用电量优化而非功率优化的长效电池。此外，电池和DC-DC稳压器如升降压变换器只需调整以提供为超级电容充电的平均电流，而无需考虑负载需要的峰值电流。

    ·电源保护

    超级电容也可用作板载的不间断电源（UPS），在短期电压波动（通常由震动和冲击引起）或更致命的主电源故障，包括主动移除主电源时对设备提供保护。超级电容可完美取代分离的备份电池或在关机时用于维持实时时钟的低功率超级电容。

    临时断电可导致数据损失或意外关机。主电源失效（或移除）也会导致设备停机，并向主机显示丢失或损坏。超级电容在电压瞬变时提供功率支持或在永久电源失效后“从容关机”，从而避免上述后果。超级电容为关键运行如把缓存数据存入安全内存，以有序的方式关闭关键内部系统，并在电源失效时向基地进行最后一次位置和状态汇报等提供动力。

    ·支持低温运行

    许多定位装置用于户外环境，必须在低温环境中支持大电流负载。电池本身无法提供这样的功能——它们的内阻在低温下会变大，并会因负载电流造成电压下降。超级电容的内阻远低于电池的内阻，且在低温下不会显著增大，所以超级电容在低至-40摄氏度时仍然能够支持设备的所有高功率应用。

    ·提高电池的使用时间和寿命

    在采用超级电容后，因为在给定负载下电池电压降低的减缓，电池的使用时间和寿命将得到显著的提高。如果没有超级电容，大电流应用时电池的电压降将最终引发低压保护，并关闭应用甚至设备，尽管电池里仍留有大量的电量。

    · ……更小，更经济，更轻和更有效率的电池/电源

    利用超级电容支持设备的峰值功率需求，电源能够为电量和所需平均功率做优化。这可以允许我们使用更小，更经济，更轻的电池，一个长寿命的主电池，或一个环境能量采集变能器，同时仍然能够随时提供所需的功率。

    建议的电源系统结构 :

    超级电容在用于改善定位装置的功能和性能时有多种应用方式。以下方框图展示了能够获得上列所有优点的的一个电源结构：

    说明：

    1．用1颗3V – 4.2V的电池和5V的高功率轨，DC-DC变换器用作升压。当电路首次上电时，需要用一个限流保护来管理超级电容的输入电流。一些升压变换器整合了这个特性，包括TPS61200, TPS61202, TPS61020-8和 LTC3625。

    2．如果电源电压低于或高于高功率轨的电压，DC-DC变换器将作为升降压变换器。另外，有限流功能的电源管理IC如LTC3442a或TPS6300将控制超级电容的输入电流。上列TI升压调节器也可用于这个结构，因为它们在Vin > Vo时可用作低压差线性稳压器（LDO）。

    3．如果RF模组必须在比其它高功率负载较低的电压启动，如3.8V，可考虑在高功率轨和RF模组之间加入一个调节器（Regulator ）。

    4．如果主电源失效，超级电容要支持整个系统——直接通过高功率轨，并间接通过功率转换开关支持低功率和稳态负载。这个开关应该在输入电压降到设定的临界值后设置用超级电容作为所有负载的电源。ON Semiconductor的CAT6500，VISHAY的Si4700DY，AnalogicTech的AAT4674都提供这一功能。

    5．另一结构舍弃功率转换开关，支持用超级电容驱动多通道升压变换器，但因为DC-DC转换的损失效率较低。

    6．双单元超级电容模块需要平衡电路来确保不发生一个单元过压的情况。简单的平衡电路是用一对电阻，每个单元串联一颗。电阻值取决于超级电容的电压和典型工作温度。电阻值通常在10KΩ到39KΩ之间。如果这些电阻的损耗对运行时间的影响不可接受，那就要采用主动平衡电路。主动平衡电路含超级电容的泄露电流约为2 - 3µA。 Linear Technology有很多具备板载主动平衡电路的超级电容充电IC，包括上面提到的LTC3625 升压转换器。

    CAP-XX超级电容因为以下特性而具备前述的所有功能上的优势：

    l 高功率（低ESR）能够使负载下的电阻性电压降降到最小

    l 高能量密度（大电容量）能够使负载下的电压降降到最小

    l 超薄的扁平封装可用于更小和更薄的外壳

    l 低泄漏电流（~1µA）可减少不必要的电能损失

    l 低充电电流（~20µA）能够用于低电流的能量采集源

    l 对低电流和多种电压环境优化的灵活的充电电压/电流

    l 低温运行特性，户外/冷库应用无忧

    l 高单元电压能够最大化能量空间

    l 长寿命（超低内阻上升率和容量降低率，超长平均无故障时间，无限循环寿命）

    l 高耐温等级满足工业级性能和标准

    l 操作和处理安全：通过UL 810A认证；ROHS认证；符合欧盟关于报废电子电气设备的指令和REACH法令；无卤素，无冲突金属，满足环保要求。<