什么是隱蔽電容問題,該如何解決?
一臺(tái)21電視機(jī)用戶反映開機(jī)困難,有時(shí)候需要等半小時(shí),最近等幾小時(shí)都難開。 試驗(yàn)果然如此。開蓋后測(cè)電源電壓明顯不夠才89伏,斷行接假負(fù)載通電還是不行,檢查待機(jī)電路高電平正常,直接短接開關(guān)機(jī)控制三級(jí)管CE極無效,說明與待機(jī)電路無關(guān)。在路開路反復(fù)測(cè)量取樣電阻都正常,沒辦法準(zhǔn)備代換法直接代換TL431,通電燈泡點(diǎn)亮但有明顯的嘯叫聲。通電時(shí)間長(zhǎng)點(diǎn)后嘯叫減小。
測(cè)量主電源電壓正常了,心中暗喜修復(fù)成功,但是不放心關(guān)機(jī)等待一會(huì)兒后,通電又開不了了,多次試驗(yàn)熱機(jī)后可以連續(xù)正常開關(guān)機(jī)。哎瞬間失落,看來毛病不簡(jiǎn)單,又代換光耦無效,用鑷子碰觸光耦2腳可以開機(jī)怪了。無奈檢測(cè)代換主電源電路二極管電容無效,逐一檢查各電壓負(fù)載阻值均正常,逐一檢測(cè)各電壓的電容均正常,用的是指針萬用表。所測(cè)電容均能正常充放電,按照以往經(jīng)驗(yàn)好的電容都是隨著充電指針回落到無窮大。
維修陷入困境,無奈地毯式查詢找不到壞件。 冷機(jī)用烙鐵加熱可疑元件均無效,偶爾開機(jī)后測(cè)量光耦1腳2腳電壓在0.55伏左右,查詢資料表明兩腳電位差在1伏多,看來差值太大。隨后仔細(xì)觀察光耦的1腳接12伏端,隨后斷開12伏端所接的負(fù)載后通電竟然一次性成功,而且嘯叫聲沒有了,這讓我以為故障一定在12伏負(fù)載上,地毯式搜索沒找到壞件。 其間用了很多辦法甚至胡亂檢測(cè)開始了。忽然突發(fā)靈感用并聯(lián)電容法查看故障,直接用22微法電容并聯(lián)在12伏端電容上故障竟然排出 。
因?yàn)槲抑八须娙荻贾鹨粰z測(cè)過,不可思議。說明萬用表檢測(cè)電容不準(zhǔn)確,為了充分驗(yàn)證12伏電容損壞,拆掉它上22微法電容正常的很,嘯叫聲沒了,圖像清晰。由此說明12伏電容內(nèi)部不良引起待負(fù)載差,因?yàn)?2伏電壓低供給光耦的1腳電位降低,使光耦發(fā)光降低致使光耦3 4腳導(dǎo)通程度減小,引起次級(jí)電源電壓降低。 因?yàn)榇穗娙莶涣寂紶柨砷_機(jī),開機(jī)后嘯叫嚴(yán)重,圖像有波浪紋。
下面我畫出了電路圖和故障圖像,正常圖像。
電路圖
故障圖像有波浪紋
正常電容后的圖像
電容不能代替電池的根本原因是什么?
做過一些項(xiàng)目和超級(jí)電容相關(guān),所以對(duì)此略知一些。不完全同意匿名用戶和@Fan關(guān)于電容無法穩(wěn)定放電的說法。
電容的儲(chǔ)電量確實(shí)和電壓平方成正比,
。所以均衡功率輸出的時(shí)候,放電曲線會(huì)是這樣子。前一階段電壓下降比較慢,后面逐漸加速越來越快,直到降低到某個(gè)不可用的電壓
之下。這個(gè)曲線確實(shí)沒有電池放電曲線平緩
不過非常成熟的DC-DC電路早就解決了這個(gè)問題。比如這個(gè)TI的芯片BQ25504 不過非常成熟的DC-DC電路早就解決了這個(gè)問題。比如這個(gè)TI的芯片BQ25504 Battery Management Products,在輸入電壓為80mV到3V之間的時(shí)候,能產(chǎn)生3V恒定的直流輸出。這種芯片大量購(gòu)買只有1美元左右——技術(shù)完全不是問題。
電容特別是超級(jí)電容沒有能廣泛地替代電池作為儲(chǔ)能工具,前面答題的各位知友提到一些能量密度和價(jià)格,但是還有很多更重要的原因在 “儲(chǔ)能”之外。我在這里總結(jié)一下:
前面知友提到的:
電容的能量密度太小,一般電解質(zhì)電容只有每公斤不到1Wh,即使是超級(jí)電容每公斤也只能存儲(chǔ)最多10Wh,而鋰電池可以達(dá)到前者的幾百倍,后者的10~30倍。單位體積的儲(chǔ)能也有類似的比例——顯然電容不適合需要輕便小巧電源的應(yīng)用。
成本太高,每千瓦時(shí)需要2000~5000美元,相比之下鋰電池的成本只有500~1000美元。即使是不在乎體積和重量的應(yīng)用,初期在超級(jí)電容上的投資也是相當(dāng)大的負(fù)擔(dān)。
還有沒有提到的:
超級(jí)電容的最高電壓太低,雖然超級(jí)電容能量密度比較高,但是最高充電電壓非常低,通常只有2.5V左右。這就意味著有的應(yīng)用如果需要高達(dá)100V的電壓(比如電動(dòng)汽車),需要相當(dāng)多這樣的電容串聯(lián)起來。給10個(gè)同型號(hào)串聯(lián)電容加上25V電壓,由于個(gè)體差異每個(gè)電容上的電壓都會(huì)略高或略低于3V。那些高于2.5V的電容會(huì)更早失效,降低整個(gè)供電系統(tǒng)的壽命。可以改進(jìn)的是對(duì)每個(gè)電容單獨(dú)做充放電電路,但這會(huì)顯著增加整個(gè)系統(tǒng)的成本。
自放電太快,電容通常在一兩小時(shí)到半個(gè)月內(nèi)會(huì)通過自放電漏光50%電能,所以作為長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能的應(yīng)用電容是不合適的。
安全性不高,電容由于內(nèi)阻非常低,在短路時(shí)候會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)的放電電流,甚至引起強(qiáng)烈爆炸。大量對(duì)可靠性安全性要求高的應(yīng)用無法考慮大電容。比如有防爆安全認(rèn)證的設(shè)備通常都需要改造電路中過大的電容。
雖然超級(jí)電容有這么多缺點(diǎn),仍然有許多合適的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛使用了超級(jí)電容,特別是超級(jí)電容和電池的結(jié)合。目前除了大量用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品替代電解質(zhì)電容(更小更輕),其他最大的市場(chǎng)在下面幾個(gè)領(lǐng)域:
交通:比如這個(gè)電動(dòng)公交車,車頂?shù)某?jí)電容能夠在加速時(shí)快速放電,在剎車時(shí)回收能量。這樣即使頻繁加速、剎車也不會(huì)影響電池壽命。
新能源:大部分綠色能源如風(fēng)能、潮汐能、太陽(yáng)能等等都有劇烈變化的特點(diǎn)。不僅一天之內(nèi)各個(gè)時(shí)間段差別巨大,而且前一分鐘和后一分鐘也差別巨大。由于這種變化太過頻繁(如下圖),用一般的充電電池做儲(chǔ)能設(shè)備幾天就報(bào)廢了,而超級(jí)電容則可以通過暫時(shí)存儲(chǔ)幾分鐘的能量,讓整個(gè)曲線變得非常平滑。
除此以外在工業(yè)上也有廣泛的用途,主要用來平滑短暫的功耗波動(dòng),比如用于啟動(dòng)大功率電機(jī)。
所有這些應(yīng)用都不是我們?nèi)粘D芸吹降模詴?huì)給人印象超級(jí)電容好像很少用于能量存儲(chǔ)。實(shí)際上上述領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模比消費(fèi)電子要大得多。
特別要指出的是,電池技術(shù)進(jìn)步的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比超級(jí)電容要慢,一個(gè)3000F的超級(jí)電容,從2000年的5000美元已經(jīng)降低到現(xiàn)在的50美元,降低了100倍;而同樣時(shí)間內(nèi)的相同容量的電池價(jià)格只降低5~6倍。所以隨著技術(shù)的進(jìn)步,超級(jí)電容將會(huì)有越來越多的應(yīng)用。下圖是IDTech給出的市場(chǎng)預(yù)測(cè),單位是十億美元。
所有技術(shù)都有一定的局限性,發(fā)明一樣新技術(shù)當(dāng)然是創(chuàng)新,但是要讓一個(gè)新技術(shù)成長(zhǎng)成熟,需要首先要找到那些合適的應(yīng)用,并用合適的商業(yè)模式開始掙錢。超級(jí)電容走的路,其實(shí)和電動(dòng)汽車一樣,先在小眾應(yīng)用中尋求突破,再逐漸擴(kuò)展到大眾市場(chǎng)。