在日常生活中,電子產(chǎn)品隨處可見,如手機、電腦、電視機等。我們在享受電子產(chǎn)品帶來的方便、舒適的同時,也為環(huán)境制造了電子垃圾。這些電子垃圾會對環(huán)境、對人類造成的危害。
超級電容器又稱為雙電層電容器、電化學電容器,是電化學性能介于傳統(tǒng)電容器和電池的一種新型的電化學儲能裝置。它主要是通過雙電層電容和氧化還原反應產(chǎn)生的法拉第準電容存儲能量。一般說來,超級電容器的儲能方式是可逆的,因此可用來解決電池記憶等問題。當前,超級電容器的應用范圍非常廣泛,尤其是在混合動力汽車方面。其作為混合動力汽車的電源,可以很好地滿足汽車在啟動、爬坡和加速時對高功率的需求,從而有效地節(jié)約能源并提高電池的使用壽命。
對于超級電容器來說,依據(jù)不同的內(nèi)容可有不同的分類方法。,根據(jù)不同的儲能機理,可將超級電容器分為雙電層電容器和法拉第準電容器兩大類。其中,雙電層電容器主要是通過純靜電電荷在電極表面進行吸附來產(chǎn)生存儲能量。法拉第準電容器主要是通過法拉第準電容活性電極材料(如過渡金屬氧化物和高分子聚合物)表面及表面附近發(fā)生可逆的氧化還原反應產(chǎn)生法拉第準電容,從而實現(xiàn)對能量的存儲與轉(zhuǎn)換。其次,根據(jù)電解液種類可分為水系超級電容器和有機系超級電容器兩大類。此外,根據(jù)活性材料的類型是否相同,可分為對稱超級電容器和非對稱超級電容器。后,根據(jù)電解液的狀態(tài)形式,又可將超級電容器分為固體電解質(zhì)超級電容器和液體電解質(zhì)超級電容器兩大類。
電容的作用
1)旁路
旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件,它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化,降低負載需求。就像小型可充電電池一樣,旁路電容能夠被充電,并向器件進行放電。為盡量減少阻抗,旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過大而導致的地電位抬高和噪聲。地電位是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。
2)去耦
去耦,又稱解耦。從電路來說, 總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負載。如果負載電容比較大, 驅(qū)動電路要把電容充電、放電, 才能完成信號的跳變,在上升沿比較陡峭的時候, 電流比較大, 這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感)會產(chǎn)生反彈,這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲,會影響前級的正常工作,這就是所謂的“耦合”。
去耦電容就是起到一個“電池”的作用,滿足驅(qū)動電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾,在電路中進一步減小電源與參考地之間的高頻干擾阻抗。
將旁路電容和去耦電容結(jié)合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去耦合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開關噪聲提供一條低阻抗泄放途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據(jù)諧振頻率一般取0.1μF、0.01μF 等;而去耦合電容的容量一般較大,可能是10μF 或者更大,依據(jù)電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象,而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象,防止干擾信號返回電源。這應該是他們的本質(zhì)區(qū)別。
3)濾波
從理論上(即假設電容為純電容)說,電容越大,阻抗越小,通過的頻率也越高。但實際上超過1μF 的電容大多為電解電容,有很大的電感成份,所以頻率高后反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電容,這時大電容濾低頻,小電容濾高頻。電容的作用就是通交流隔直流,通高頻阻低頻。電容越大高頻越容易通過。具體用在濾波中,大電容(1000μF)濾低頻,小電容(20pF)濾高頻。曾有網(wǎng)友形象地將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會突變,由此可知,信號頻率越高則衰減越大,可很形象的說電容像個水塘,不會因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動轉(zhuǎn)化為電流的變化,頻率越高,峰值電流就越大,從而緩沖了電壓。濾波就是充電,放電的過程。
4)儲能
儲能型電容器通過整流器收集電荷,并將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。電壓額定值為40~450VDC、電容值在220~150 000μF 之間的鋁電解電容器是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求,器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式, 對于功率級超過10KW 的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。
兩個相互靠近的導體,中間夾一層不導電的絕緣介質(zhì),這就構成了電容器。當電容器的兩個板之間加上電壓時,電容器就會儲存電荷。電容器的電容量在數(shù)值于一個導電板上的電荷量與兩個板之間的電壓之比。電容器的電容量的基本單位是法拉(F)。在電路圖中通常用字母C表示電容元件。
電容器在調(diào)諧、旁路、耦合、濾波等電路中起著重要的作用。晶體管收音機的調(diào)諧電路要用到它,彩色電視機的耦合電路、旁路電路等也要用到它。
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