我現(xiàn)在正在進(jìn)行手表型可穿戴終端的設(shè)計研發(fā)。
和智能手機協(xié)作以及GPS功能自然不必說,檢測運動狀態(tài)的加速度傳感器和陀螺儀傳感器、心臟檢測儀、錢包功能等安裝多個功能,致力于可用于多種目的的產(chǎn)品。
但是,可穿戴終端小型且外觀智能是很重要的,所以電源要盡可能的小,想盡可能地將其控制在1塊紐扣電池大小。而如果這樣做的話,同時使用多個功能時的負(fù)載變大,工作有可能變得不穩(wěn)定,發(fā)生斷電等。
目前,可穿戴終端有手表型、眼鏡型、項鏈型等各種類型。用途也多種多樣。聽音樂發(fā)送接收信息的、為了檢測健康狀態(tài)和運動時的身體狀態(tài),安裝傳感器,甚至連隱藏電子貨幣結(jié)算終端也能支付的產(chǎn)品也不斷出現(xiàn)。兼具多種功能和小型化早已成為可穿戴終端的必備條件,這是避開限制電源進(jìn)行設(shè)計無法達(dá)到的距離。功能如果設(shè)計很多方面的話,會給電池施加很大的負(fù)載,使電源電壓變得更不穩(wěn)定。然后會使工作不穩(wěn)定,也有可能突然發(fā)生斷電。
在解決此類問題時,超級電容(EDLC/Supercapacitor)發(fā)揮巨大作用。將超級電容和電池并聯(lián),可在輸出大時,抑制電壓降低,穩(wěn)定工作。也就是說,實現(xiàn)「峰值負(fù)載時的電源電壓的穩(wěn)定化(平均化)」。
超級電容是類屬于電容器的蓄電裝置。與其他電容器一樣,能夠儲存放出電力。但與用于電源電路的陶瓷電容器和電解電容器相比容量大,且與一般電池相比功率高,壽命長。此外,村田超級電容的ESR(內(nèi)部阻抗)僅是數(shù)十mΩ左右,極其小。與傳統(tǒng)的圓柱型和紐扣型超級電容相比,小于1000分之一。輸出高峰值時之所以電壓降低,就是內(nèi)部阻抗(ESR)的原因。內(nèi)部阻抗是電源和電表等內(nèi)部包含的電氣阻抗,電壓降低與內(nèi)部阻抗的大小、電流量成正比變大。高峰值時電流量變大,所以電壓下降嚴(yán)重,如果內(nèi)部阻抗(ESR)變小的話,就能夠抑制它。如果將超低ESR的村田超級電容與電池并聯(lián)的話,與僅有電池時相比,電源內(nèi)部阻抗能夠變得極小。因此,如上圖所示抑制電壓降低,即使是多功能的可穿戴終端也能穩(wěn)定工作。此外,峰值負(fù)載時的電源電壓穩(wěn)定化與電池的長時間驅(qū)動和劣化降低也有關(guān)系。也很適合在室外長時間使用。而且村田的超級電容薄2.2~3.7mm且尺寸也只有2.1cm×1.4cm左右。無論是手表型還是眼鏡型,可穿戴終端的小型化和智能化是非常重要的,所以尺寸應(yīng)該是最大的優(yōu)勢。
村田的超級電容在峰值負(fù)載時的電源電壓穩(wěn)定化,有效支持了可穿戴終端以外很多設(shè)備。例如,支持必須正常連續(xù)工作的安全設(shè)備、醫(yī)療以及醫(yī)療設(shè)備等。此外,還能穩(wěn)定音響設(shè)備的電源輸出,高輸出化和改善音質(zhì)。特別是在便攜式揚聲器、便攜式音響設(shè)備等對電池和USB輸出有限制的使用電源的設(shè)備中非常有效。
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原文標(biāo)題:超級電容案例分享(2)——解決可穿戴設(shè)備的電源設(shè)計問題
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