当超级电容充电时,泄漏电流会跟着时间而衰减,因为碳电极中的离子会扩散进入孔隙中。泄漏电流会稳定在一个均衡值,该值取决于电容、电压和时间。泄漏电流与电容芯成正比。超级电容均衡泄漏电流的经验估计算法为室温下1μA/F。图6中的150mF电容,在160小时后的泄漏电流为0.2μA和0.3μA。泄漏电流随温度上升而呈指数上升。
当温度升高时,稳定到均衡值的时间会减小,因为离子扩散的速度更快。因此,这些电容从0V充电需要的时间最小。根据不同的超级电容,这个电流范围从5μA~50μA。设计者在为能量采集电路挑选超级电容时,应考虑测试这个最小充电电流。
一个放电的超级电容就像一个与能量源短接的电路。所幸,很多能量采集源(如太阳能电池和微发电机)都可以驱动一个短接的电路,从0V起为一只超级电容直接充电。与各种能量源(如压电或热电能)接口的IC一定要能驱动一个短接的电路,从而为超级电容充电。
业界在MPPT(最大峰值功率追踪)方面做了很大努力,以从能量采集源最有效地获得功率。当必须用恒压方式为电池充电时,这种方案是可行的。电池充电器通常是一个dc/dc转换器,它对能量源是一个恒定功率的负载,因此,采用MPPT在最高效点获得能量就是有意义的。
与电池相反,超级电容不需要以恒压充电,而以电源能够给大家提供的最大电流充电时效率最高。一个简单而有效的充电电路,用于太阳能电池阵列的开路电压小于超级电容标称电压的情况。二极管可防止超级电容在太阳能电池无光照情况下对其反充电。如果能源的开路电压大于超级电容的电压,则超级电容需要采用分流稳压器做过压保护。分流稳压器是过压保护一种廉价而简单的方案,一旦超级电容充满电,就无所谓是否消耗了过多的能量。
能量采集器就像一根能无限供水的水管,为一个水槽注水(好比一只超级电容)。如果水槽满了,水管仍开着,水就会溢出。这与电池不同,电池供给能量有限,因此就需要串联稳压器。
在电路里,超级电容为0V,从一块太阳能电池芯获取短路电流。随着超级电容的充电,电流下降,这取决于太阳电池芯的电压/电流特性。但超级电容总是要获取可能的最大电流,因此它以尽可能大的速率充电。中的电路采取了TLV3011太阳能电池芯,因为它内含了一个电压基准,只需要约3μA的静态电流,并且它是一种漏极开路电池芯,当稳压器关断时,输出就是开路的。电路采取了BAT54二极管,因为它在小电流时有低的正向压降,即在正向电流小于10μA时,正向电压小于0.1V。
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