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EDLC超级电容故障,拆开看看问题出在哪

2023-02-14 15:35:59 TechEkspert 阅读:
与电池和一次性电池相比,超级电容器的充电速度更快,寿命也更长,例如 CR2032。但近日,EDN电子技术设计波兰姐妹网站有位作者表示,他一个1F/5.5V超级电容支持的内置RTC控制器出现故障,但他不确定问题出在哪。

与电池和一次性电池相比,超级电容器的充电速度更快,寿命也更长,例如 CR2032。NCbednc

但近日,EDN电子技术设计波兰姐妹网站有位作者表示,他一个1F/5.5V超级电容支持的内置RTC控制器出现故障,但他不确定问题出在哪:NCbednc

我拆开控制器,取出超级电容,测量电容上的电压,大约2V。我以为是控制器放置几天没电了,所以电容放电了。NCbednc

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我接上电源,过了一会儿,我测量了电容器上的电压,它是 5V,我认为它充电正常。NCbednc

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然而,驱动程序无法保存设置,内置RTC无法工作。我在断电后测量了电压,结果大约为2V。该控制器基于ATMega微控制器,因此我认为电压降到~2V会触发内置复位电路。处于复位状态的微控制器停止耗电,因此电容器上的电压保持在~2V。NCbednc

执行系统、晶体管、收发器或微控制器输出、外围系统(可能是LCD显示器),这些当电容器工作时,从电容器中取电并放电的东西,都有可能是被怀疑的对象。NCbednc

最后,我发现是电容损坏了。。。表现为将电容器的等效串联电阻ESR增加到几十千欧,充电时,端子上的电压立即增加到 5V。然而,电容的短路电流为 37µA,电容缓慢放电。内部电阻上的电压和端子上的电压降至 2V 会导致微控制器复位。NCbednc

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电容器损耗是电子设备故障的一个非常常见的原因,然而超级电容器损坏对我而言却是第一次遇到。NCbednc

你遇到过支持单片机或RTC供电的超级电容损坏情况吗?NCbednc


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文章发布后,有很多波兰网友在评论区留言,作者阅读评论后,他表示从@bestler了解到这是一个标准故障,他高估了支持 RTC 系统运行的超级电容器相对于传统电池和一次性电池(例如 CR2032)的耐用性:NCbednc

Klasyka jednak. Są takie sterowniki np. temperatury, czy klimaty, gdzie uszkodzony sc w obwodzie rtc powodował niewłączanie się całego urządzenia.(很经典的故障,例如温度或气候,rtc电路中损坏的sc导致整个设备无法打开。)NCbednc

@tmf指出 EDLC 会溢出并损坏 PCB:NCbednc

Co ciekawe, widziałem, że taki kondensator tak samo jak bateria może wylać elektrolit, w efekcie być może może dojść do korozji ścieżek, a przynajmniej stworzenia jakiś niewielkich rezystancji pomiędzy ścieżkami.NCbednc

Pytanie oczywiście jak często pada superkondensator w stosunku do baterii? Ja używam superkondensatorów, bo je lubie i w urządzeniach pracujących non stop od ponad 10 lat nie widzę jakichkolwiek problemów. W układzie mam proste rozwiązanie - dioda Schottkiego z Vcc do superkondensatora i to na dedykowany pin zasilający RTC.NCbednc

 (有趣的是,我看到这样的电容器,就像电池一样,可能会泄漏电解液,因此走线可能会腐蚀,或者至少会在走线之间产生一些小电阻。NCbednc

当然,问题是,相对于电池,超级电容器多久会耗尽一次?我使用超级电容器是因为我喜欢它们,而且在已经连续工作 10 多年的设备中,我没有发现任何问题。在系统中,我有一个简单的解决方案 - 从 Vcc 到超级电容器和专用 RTC 电源引脚的肖特基二极管。)NCbednc

@RitterX指出超级电容内部有两个串联电容器。NCbednc

To jest kondensator dwuwarstwowy zbudowany w oparciu w węgiel aktywny i aluminiowe elektrody. Patent odkupiony od Amerykanów przez NEC-a w połowie lat '70. Żywotność 5...10 lat czyli jak jest w magnetowidzie to raczej jest do wymiany. Napięcie pojedynczego kondensatora nie przekracza 3V czyli tutaj najprawdopodobniej uszkodzeniu uległ jeden z dwóch połączonych szeregowo.NCbednc

ESR tych kondensatorów jest spore bo to nie są kondensatory energetyczne. Także maksymalny prąd ładowania i rozładowania jest niewielki. Z zaleceń katalogu NEC albo Muraty, przypominam sobie schemat gdzie nawet w układzie z diodą zwrotną podłączoną do 5V szeregowo jest rezystor ograniczający.NCbednc

Diagnoza usterki wydaje się pewniejsza nie tyle poprzez pomiar ESR a zmierzenie prądu ładowania w funkcji napięcia. Jeżeli jeden z kondensatorów jest uszkodzony to przechodząc przez przedział 2V...3V powinien popłynąć zdecydowanie większy prąd informując nas o tym, że i sprawna część kondensatora właśnie się poddał napięciu.NCbednc

(这是一种基于活性炭和铝电极的双层电容器。NEC 在 20 世纪 70 年代中期从美国人手中购买了专利。5…10年的使用寿命,或者像在录像机里一样,宁可更换。单个电容的电压不超过3V,所以这里串联的两个中有一个极有可能损坏。NCbednc

这些电容器的 ESR 很高,因为它们不是能量电容器。最大充放电电流也较小。根据 NEC 或 Murata 产品目录的建议,我记得一张图表,其中即使在一个串联连接到 5V 的反向二极管的系统中也有一个限流电阻。NCbednc

故障诊断似乎更可靠,与其说是通过测量 ESR,不如说是通过测量作为电压函数的充电电流。如果其中一个电容器损坏,一个更大的电流应该流过 2V...3V 范围,告诉我们电容器的有效部分刚刚受到电压影响。)NCbednc

对此,作者表示他想拆开这个损坏的超级电容,看看里面有什么。NCbednc

作者取下带引线的插头,可以看到电解液和电容器的触点插入金属外壳,这是一种“推入式”连接,无需额外焊接或焊接。NCbednc

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另一侧的接口连接到金属外壳。NCbednc

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在外壳中,塑料盖中还有另一个元件。NCbednc

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它们是两个串联的电容器。外壳类似于纽扣电池。电容器之间有一个弹簧加载的导电垫。NCbednc

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果然如评论区RitterX所料,里面有两个电容漏液了,但好在并没有溢出电容器外部。NCbednc

原文发表于AspenCore旗下EDN姐妹网站elektroda,参考链接:Uszkodzenie superkondensatora EDLC (podtrzymanie RTC)Wnętrze superkondensatora EDLC;Demi Xia编译NCbednc

责编:Demi
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