我現在正在進行手表型可穿戴終端的設計研發。
和智能手機協作以及GPS功能自然不必說,檢測運動狀態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載變大,工作有可能變得不穩定,發生斷電等。
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。聽音樂發送接收信息的、為了檢測健康狀態和運動時的身體狀態,安裝傳感器,甚至連隱藏電子貨幣結算終端也能支付的產品也不斷出現。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行設計無法達到的距離。功能如果設計很多方面的話,會給電池施加很大的負載,使電源電壓變得更不穩定。然后會使工作不穩定,也有可能突然發生斷電。
在解決此類問題時,超級電容(EDLC/Supercapacitor)發揮巨大作用。將超級電容和電池并聯,可在輸出大時,抑制電壓降低,穩定工作。也就是說,實現「峰值負載時的電源電壓的穩定化(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(內部阻抗)僅是數十mΩ左右,極其小。與傳統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,就是內部阻抗(ESR)的原因。內部阻抗是電源和電表等內部包含的電氣阻抗,電壓降低與內部阻抗的大小、電流量成正比變大。高峰值時電流量變大,所以電壓下降嚴重,如果內部阻抗(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的話,與僅有電池時相比,電源內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定工作。此外,峰值負載時的電源電壓穩定化與電池的長時間驅動和劣化降低也有關系。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,所以尺寸應該是最大的優勢。
村田的超級電容在峰值負載時的電源電壓穩定化,有效支持了可穿戴終端以外很多設備。例如,支持必須正常連續工作的安全設備、醫療以及醫療設備等。此外,還能穩定音響設備的電源輸出,高輸出化和改善音質。特別是在便攜式揚聲器、便攜式音響設備等對電池和USB輸出有限制的使用電源的設備中非常有效。
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原文標題:超級電容案例分享(2)——解決可穿戴設備的電源設計問題
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