设计一个简单的超级电容器充电器电路板（设计一个简单的超级电容器充电器电路）

欢迎您来到125生活网，我是小二，许多人对这个问题还不是很清楚，以下是我对设计一个简单的超级电容器充电器电路板，设计一个简单的超级电容器充电器电路精心的整理，预计阅读2分钟。

超级电容器一词及其在电动汽车、智能手机和物联网设备中的可能用途最近被广泛考虑，但超级电容器本身的想法可以追溯到1957年，当时通用电气首次尝试增加其存储容量的电容器。多年来，超级电容器的技术已经有了显著的提高，现在已经被用作备用电池、太阳能电池和其他需要短时间功率提升的应用。

在本文中，我们将通过设计一个简单的充电器电路来学习如何安全地为这种超级电容器充电，然后用它来为我们的超级电容器充电，以检查其保持能量的能力。与电芯类似，超级电容也可以组合成电容式移动电源，只是充电方式不同，不在本文讨论范围内。这里会用到一个简单常用的5.5V1纽扣超级电容，看起来和纽扣电池差不多。我们将学习如何给硬币超级电容器充电，并在适当的应用中使用它。

给超级电容器充电

通过对超级电容器和电池的模糊比较，超级电容器的充电密度较低，自放电特性较差，但在充电时间、保存期、充电周期等方面的性能都优于电池。根据充电电流的可用性，超级电容不到一分钟就可以充满电，处理得当的话可以使用十年以上。

与电池相比，超级电容器具有非常低的ESR(等效串联电阻)值，这允许更高值的电流流入或流出电容器，使其能够更快地充电或以高电流放电。然而，由于这种处理大电流的能力，超级电容器应该被安全地充电和放电以防止热失控。超级电容充电有两条黄金法则。电容器充电时，极性要正确，电压不能超过其总电压容量的90%。

现在市面上的超级电容的额定电压通常是2.5V、2.7V或者5.5V，就像锂电池一样，这些电容必须串并联在一起才能组成一个高压电池组。与电池不同的是，串联的电容会将它们的总恒压相互叠加，因此需要添加更多的电容才能形成一个像样的电池组。在我们的例子中，我们有一个5.5V1的电容器，因此充电电压应该是5.5的90%，即接近4.95V

储存在超级电容器中的能量

当使用电容器作为储能元件为我们的设备供电时，确定电容器中存储的能量以预测设备可以供电多长时间非常重要。计算存储在电容器中的能量的公式可以由E=1/2CV 2给出。因此，在我们的例子中，对于5.5V1的电容器，当完全充电时，存储的能量将是

E=(1/2)* 1 * 5.5 2

E=15焦耳

现在，利用这个值，我们可以计算电容可以为器件供电多长时间。例如，如果我们需要500mA的5V电流持续10秒钟。然后你可以用公式能量=功率x时间来计算这个设备需要的能量。这里功率按P=VI计算，所以500mA，5V功率是2.5瓦。

能量=2.5倍(10/60*60)

能量=0.00694瓦时或25焦耳

由此可以得出结论，我们至少需要两个电容(15 ^ 15=30)并联才能得到一个30焦耳的电源组，这个电源组足够给我们的设备供电10秒。

识别超级电容器的极性。

当谈到电容器和电池时，我们应该非常小心它们的极性。极性相反的电容很可能会发热熔化，最坏的情况下有时会爆裂。我们手里的电容是硬币形状的，用白色小箭头表示其极性，如下图所示。

我假设箭头的方向表示电流的方向。你可以这样想，电流总是从正极流向负极，所以箭头从正极指向负极。一旦你知道了极性，如果你想给它充电，你甚至可以使用RPS将其设置为5.5V(或4.95V，为了安全起见)，然后将RPS的正极引线连接到正极引线，负极引线连接到负极引线，然后你应该会看到电容器正在充电。

根据RPS的额定电流，你可以注意到电容会在几秒钟内充电，一旦达到5.5V，就会停止吸收更多的电流。这种完全充电的电容器现在可以在自放电之前用于合适的应用。

在本教程中，我们不会使用RPS，而是构建一个充电器，通过12V适配器调整5.5V，并使用它为超级电容器充电。电容器的电压将由运算放大器比较器监控。一旦电容器被充电，电路将自动将超级电容器从电压源断开。听起来很有趣，所以我们开始吧。

所需材料

12V适配器

LM317调节器IC

LM311

IRFZ44N

BC557 PNP晶体管

导致

电阻器

电容器

示意电路图

这种超级电容器充电器电路的完整电路图如下所示。这个电路是用Proteus软件画的，后面会展示同样的仿真。

该电路由12V适配器供电；然后我们用LM317调5.5V给我们的电容充电。但是这个5.5V电压将通过作为开关的MOSFET提供给电容器。只有当电容的电压低于4.86V时，开关才会闭合，因为电容充电，电压升高，开关就会打开，阻止电池进一步充电。这种电压比较是通过使用运算放大器完成的。我们还使用BC557 PNP晶体管在充电过程完成时点亮LED。上图所示的电路图分为几个部分，以供下文解释。

LM317电压调节：

电阻R1和R2用于根据公式Vout=1.25 x (1 R2/R1)确定LM317调节器的输出电压。这里我们用1k和3.3k的值来调整5.3V的输出电压，已经足够接近5.5v了，你可以用我们的在线计算器根据你提供的电阻值计算出需要的输出电压。

运算放大器比较器：

我们使用了LM311比较器IC来比较超级电容器的电压值和固定电压。使用分压器电路向引脚2提供该固定电压。电阻2.2k和1.5k从12V下降了4.86V。该4.86伏电压与连接到引脚3的参考电压(电容电压)进行比较。当参考电压小于4.86V时，通过上拉10k电阻，输出引脚7将达到12V的高电平。该电压将用于驱动MOSFET。

和MOSFET BC557:

IRFZ44N MOSFET用于根据运算放大器的信号将超级电容器连接到充电电压。当运算放大器变为高电平时，它在引脚7上输出12V，通过其基极引脚开启MOSFET。同样，当运算放大器变为低电平(0V)时，MOSFET将导通。我们还有一个PNP晶体管BC557，当MOSFET关闭时，它会打开LED，指示电容电压超过4.8V

超级电容器充电器的电路仿真

对于模拟电路，我用可变电阻代替了电池，为运算放大器的引脚3提供可变电压。超级电容器被LED取代，以显示它是否通电。模拟结果如下所示。

使用电压探针时可以看到，当反相引脚上的电压低于同相引脚上的电压时，运算放大器将在引脚7处上升12V，从而开启MOSFET并对电容(黄色LED)充电。12V电压还会触发BC557晶体管关闭绿色LED。随着电容(电位器)电压的升高，绿色LED会亮起，因为运算放大器会输出0V，如上图所示。

硬件上的超级电容器充电器

电路非常简单，可以构建在面包板上，但我决定使用Perf板，以便我将来每次尝试给超级电容器充电时可以重复使用该电路。我还打算将它与太阳能电池板一起用于便携式项目，因此我试图将它建造得尽可能小而坚固。焊接在虚线板上的完整电路如下所示。

可以用鳄鱼针轻敲两根母伯格棒给电容充电。黄色LED表示模块的电源，蓝色LED表示充电状态。充电过程完成后，LED会亮起，否则会保持熄灭。当电路准备好了，只要连接电容器，你应该会看到蓝色的发光二极管熄灭。过一会儿又会走高，表示充电过程已经完成。你可以在下面看到充电和充电状态的板子。

完整的作品可以在本页底部的文章中找到。如果你有任何问题，你可以在评论区发表，或者使用我们的论坛来解决其他技术问题。

设计改进

这里给出的电路设计很粗糙，能达到目的；以下是我在构建后注意到的一些强制性改进。BC557变热是因为它的基极和发射极之间的电压是12V，所以应该使用高压二极管而不是BC557。

其次，电容充电时，电压比较器会测量电压变化，但充电后MOSFET关断时，运算放大器会感应到低电压增益，再次导通FET。这个过程会重复几次，然后运算放大器会完全关闭。运算放大器输出端的锁存电路可以解决这个问题。

好了，对于上述问题的回答就结束了，希望能让你有所启发或者能所帮助，小二将再未来的文章更加努力，希望你喜欢！