無電池電子設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法

　　雙層電容器技術(shù)的最新發(fā)展已使它能夠代替特定二次電力存儲應(yīng)用中的再充電電池（參考文獻(xiàn) 1）。電容器提供了相對于再充電電池的明顯優(yōu)勢，其中包括實(shí)際無限次數(shù)的充電/放電周期、短路情況下的生存能力、只需要過壓保護(hù)的簡單充電電路。另外，存儲電容器可快速充電，并且當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)工作壽命終點(diǎn)時(shí)，不會(huì)引起有毒廢物處理問題。

　　本設(shè)計(jì)實(shí)例通過描述一種強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)電容器充電器，由此延伸了早先的思路。強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)式發(fā)電機(jī)和高值電容器的組合為應(yīng)急設(shè)備和生存工具包提供了一種高度自主和保持環(huán)境清潔的供電方法。這種另類的“可更新”能源的應(yīng)用涵蓋了多種現(xiàn)代便攜式電氣和電子設(shè)備，其中包括手機(jī)、MP3 播放器、調(diào)幅/調(diào)頻收音機(jī)、PDA、手持式 PC、閃光燈。

　　強(qiáng)力供電的電容充電器只包含幾個(gè)元件：存儲電容器、橋式整流器、保護(hù)電容器不受過高電壓影響的限壓齊納二極管（圖 1）。對于實(shí)際的儲能實(shí)驗(yàn)，你可使用最高額定電壓為 5.5 V的 1F 或 0.47 F電容器，比如 NEC-Tokin America 公司（www.nec-tokin.com）的產(chǎn)品（圖2）。如需要更大的存儲容量，你可使用電容量更高的電容器，比如 Elna 公司 (www.elna.co.jp) 的 100 F 2.5 V Dynacap（圖3）。

　　你可把燈泡從廉價(jià)的人工供電的閃光燈中取出，并把它的發(fā)電機(jī)當(dāng)作電容充電器（圖4）。另外，目前市場上出現(xiàn)的各種人工供電的產(chǎn)品提供了做實(shí)驗(yàn)的可能性。對于更高的輸出，你可使用一臺固定的自行車驅(qū)動(dòng)式發(fā)電機(jī)。根據(jù)個(gè)人提供的踏板力量的不同，這些發(fā)電機(jī)能提供20W至100W的平均功率。圖4中的曲柄啟動(dòng)式閃光燈最初是點(diǎn)亮一支2.5V、0.15A鎢絲燈泡，它在全亮度時(shí)消耗大約0.4W。但是，測量結(jié)果表明：該發(fā)電機(jī)可以提供更多電力，并能在大約10秒內(nèi)把1F電容器充到5V。以下公式可計(jì)算存儲在電容器（電容值為 C）中的能量：E=1/2CV_MAX2=12.5J，而以下公式則可計(jì)算各種時(shí)間的平均最大強(qiáng)力發(fā)電量 T：T_MAX=E/T=12.5/10=1.25 W。

　　你可使用以下公式來計(jì)算電容器的端子電壓在從最高變?yōu)樽畹偷耐瑫r(shí)，電容器在放電周期內(nèi)能夠提供的有效能量E_EFF：E_EFF=1/2C(V_MAX2-V_MIN2)，其中V_MAX2和V_MIN2分別代表了施加到被供電設(shè)備的最高和最低工作電壓。你可串聯(lián)或并聯(lián)存儲電容器。在這兩種情況下，都應(yīng)確保電路為電容器包含適當(dāng)?shù)倪^壓保護(hù)。為了獲得增添的電壓，你可添加一個(gè)直流/直流開關(guān)穩(wěn)壓器來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓。

　　一些重要的設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)是關(guān)于二極管橋式整流器和齊納二極管D_Z 的最高電壓和電流額定值。對曲柄啟動(dòng)式發(fā)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)測量得到了其開路電壓的以下近似值：最高電壓10 Vrms、峰值電壓14 V、最高短路電流 200 mArms。對于這種應(yīng)用，一種具有20V最低峰值反向電壓和0.5 A最低正向電流的廉價(jià)橋式整流器提供了足夠的余量。D_Z的擊穿電壓額定值應(yīng)該略低于存儲電容器的最高工作電壓，而二極管的額定功率――在本應(yīng)用中是 2 W――應(yīng)超過發(fā)電機(jī)的最大輸出電流和齊納二極管的傳導(dǎo)電壓的乘積。

參考文獻(xiàn)
Bell, Alexander, "Single capacitor powers audio mixer," EDN, March 14, 1997, pg 80.