tải w88 Để đánh giá ESR của siêu tụ điệnSử dụng Phân tích tải w88 MFIA
MFIA 5MHz Phân tích tải w88 / Máy đo LCR chính xác cao
Giới thiệu
SuperCapacitors là những thiết bị cực kỳ hữu ích cung cấp năng lượng cho một loạt các ứng dụng, từ SRAM đến các tàu cao tốc Mật độ năng lượng gấp 10-100 lần so với tụ điện tiêu chuẩn (điện phân) Và mặc dù chúng có mật độ năng lượng thấp hơn pin lithium-ion, nhưng chúng có mật độ công suất cao hơn nhiều, rất hữu ích khi cần phải có nguồn điện, xem Hình 1 Thêm vào đó, chúng có thể được sạc lại hơn một triệu lần
Hình 1: Biểu đồ tương phản về mật độ năng lượng và năng lượng cho các thiết bị lưu trữ năng lượng khác nhau bao gồm cả siêu tụ điện Trích dẫn từ Wikipedia
Khi xác định các đặc tính của tụ điện, ba tham số quan trọng là điện dung, dòng rò và điện trở chuỗi tương đương (ESR) Blog này sẽ tập trung vào ESR của siêu tụ điện 3000 F Kiến thức đáng tin cậy về tụ điện ESR là chìa khóa để thiết kế các mạch hiệu quả, chẳng hạn như các ứng dụng năng lượng RF Các quy trình đo tiêu chuẩn như quy trình 6 bước Maxwell Tìm giá trị của ESR là giá trị tĩnh Trái ngược với kỹ thuật này, chúng tôi trình bày một kỹ thuật phụ thuộc tần số đặc trưng cho ESR từ MHZ đến KHZ Tối ưu hóa các bộ phận dựa trên ESR có thể làm giảm đáng kể việc tạo nhiệt bên trong ESR cũng có thể được sử dụng làm tham số để xác định "tính quy phạm" của siêu tụ điện Sự gia tăng ESR cho thấy sự kết thúc của cuộc sống Supercapacitor có tải w88 thấp và cần được đo ở tần số thấp, đặt ra những thách thức duy nhất cho các máy phân tích tải w88 Như thể hiện trong bài đăng trên blog này, đây là sức mạnh của máy phân tích tải w88 MFIA Trái ngược với các máy phân tích tải w88 khác, MFIAS suy ra điện áp và tín hiệu hiện tại trực tiếp mà không cần các vòng phản hồi như mạch cầu Điều này có nghĩa là MFIA có thể đo được tần số MHz
Cài đặt thử nghiệm
Đối tượng được đo (DUT) là một siêu tụ điện Eaton 3000 F, 27 V (30 w/h) Nó được hàn vào chất mang 4 đầu cực qua lỗ bằng cách sử dụng phích cắm 8 chân (Sullins PPPC081LFBN-RC) Kết nối chất giải trí cố định thử nghiệm với vật cố thử nghiệm tải w88 MFIA (MFITF) như trong Hình 2 Cáp bốn đầu có độ dài phù hợp để đảm bảo pha 0 thích hợp giữa điện áp và dòng điện, điều này rất cần thiết khi đo ESR trong phạm vi tần số cao
Hình 2: Supercapacitor được kết nối với MFIA thông qua vật cố kiểm tra tải w88 (MF-ITF)
Sử dụng công nghệ khóa để đo tải w88
MFIA dựa trên công nghệ khóa đã được chứng minh của MFLI Để đo lường tải w88, những lợi thế quan trọng của công nghệ khóa được áp dụng, cũng như điện áp nhạy cảm pha đồng thời và các phép đo hiện tại tại DUT Giá trị tải w88 là điện áp đo được chia cho dòng điện đo được trong khi xem xét pha MFIA sử dụng một trong hai mạch đo cơ bản cho nhiệm vụ này Đây là một cấu hình hai đầu cuối có lợi cho tải w88 cao và một mạch bốn đầu có lợi thế cho tải w88 thấp, phù hợp cho hầu hết các tình huống Phương pháp đo bốn đầu cuối là sự lựa chọn đúng đắn vì các siêu tụ điện cung cấp các giá trị tải w88 thấp trong khu vực thống trị ESR Một sơ đồ của các cài đặt đo được hiển thị trong Hình 3 Nó là một sơ đồ hiển thị cấu trúc sơ đồ DUT được điều khiển bởi điện áp tín hiệu sóng hình sin ở bên phải và điện áp rơi trên DUT được đo và dòng điện được theo dõi ở bên trái Hai khách hàng tiềm năng bổ sung được kết nối với mỗi bên của DUT để đo mức giảm điện áp trên nó Tất cả các luồng hiện tại thông qua các đầu nối LCUR và HCUR, nhưng LPOT và HPOT không có dòng điện và hoạt động như các đầu dò không xâm lấn của tiềm năng Cấu hình bốn đầu cuối này là lợi thế để đo các tải w88 nhỏ, vì nó ít có khả năng bị ảnh hưởng bởi các tải w88 loạt như cáp, đầu nối và các điểm hàn
Hình 3: Sơ đồ cấu hình bốn đầu để đo tải w88 tải w88 là điện áp đo được chia cho dòng điện đo có tính đến pha
Tuy nhiên, các phép đo khóa này không đủ vì các thành phần bên trong của bản thân MFIA góp phần vào các phép đo tải w88 dưới dạng các thành phần ký sinh Để loại bỏ các hiệu ứng này, MFIA được hiệu chỉnh nhà máy để bù cho ký sinh trùng bên trong và phù hợp với các phạm vi đầu vào khác nhau Ngoài ra, ký sinh trùng bổ sung từ đồ đạc thử nghiệm người dùng và cáp được kết nối với DUT có thể được xóa bằng cách tạo bồi thường người dùng bằng tính năng Cố vấn bù Ký sinh trùng chung của cài đặt tụ điện có thể được giải thích trong mô hình sau đây được hiển thị trong Hình 4: Điều này bao gồm độ tự cảm và điện trở chì, cũng như các yếu tố đại diện cho điện dung đi lạc và dòng rò ở cả hai bên của DUT
Hình 4: Sơ đồ phác thảo một mô hình cho hiệu chỉnh cố định của người dùng Mô hình này bao gồm các yếu tố đại diện cho sự tự cảm và điện trở của các khách hàng tiềm năng, cũng như điện dung đi lạc và dòng rò giữa cả hai phía của DUT
Sau khi ký sinh trùng được bù, các giá trị tải w88 như abs (z), img (z), pha có thể được đọc trực tiếp Để truy cập các tham số tải w88 khác như điện dung, ESR, độ tự cảm và tiếp tuyến mất, người dùng chọn mô hình từ danh sách các mô hình mạch tương đương Biểu đồ trong Hình 5 cho thấy luồng quy trình từ tín hiệu khóa ban đầu đến các tham số tải w88 cần thiết
Hình 5: Dòng chảy trong MFIA để cho phép dòng điện đo và điện áp đạt được các tham số cần thiết như điện dung, hệ số Q và điện trở
Điểm cuối cùng trong thiết lập thử nghiệm: Bởi vì siêu tụ điện là đơn cực, điện áp thiên vị DC phải được áp dụng cho điện áp truyền động để đảm bảo siêu nhiệt chỉ hiển thị ở điện áp dương để tránh bị hỏng Trong trường hợp này, một phần bù 200 mV đã được áp dụng cho điện áp AC ổ đĩa 200 mV
Kết quả
Biểu đồ trong Hình 6 cho thấy ba dấu vết khác nhau Dấu vết màu xanh cho thấy ba vùng khác nhau có giá trị tải w88 tuyệt đối Trong phạm vi 1-100 MHz, phản ứng điện dung có thể được quan sát rõ ràng là một gradient âm trong ABS (Z) Vùng thứ hai có dấu vết màu xanh ngang từ 100 MHz đến 1000 Hz Đây là vùng thống trị ESR và có thể được đo ở 0,33 mohm ở 46 Hz (xem vòng tròn màu xanh đứt nét) Vùng thứ ba có thể được quan sát ở tần số trên 1 kHz, trong đó độ dốc của ABS (Z) là dương, vì phản ứng cảm ứng trở nên chiếm ưu thế
Hình 6: Một ảnh chụp màn hình của người quét Labone hiển thị dữ liệu thực tế cho tụ điện 3000 f Biểu đồ cho thấy điện dung (dấu vết màu đỏ) và tải w88 tuyệt đối (dấu vết màu xanh) là một hàm của tần số Giới hạn thấp hơn của tải w88 tuyệt đối đại diện cho ESR Dấu vết màu xanh nhạt là pha giữa RE (Z) và IMG (Z)
Pha giữa điện trở và phản ứng có thể được quan sát như một dấu vết màu xanh nhạt trong Hình 6 Trong miền tần số thấp, nó bắt đầu ở -90 độ (phản ứng điện dung) và từ từ tăng lên +90 độ khi phản ứng được thống trị bởi sự tự do tải w88 và pha tuyệt đối là các giá trị cơ bản dựa trên điện áp và dòng điện nhạy cảm pha Bằng cách cung cấp một mô hình cho tải w88, bạn có thể xác định các tham số có nguồn gốc từ mô hình, chẳng hạn như điện dung (dấu vết đỏ) Dấu vết màu đỏ trong Hình 4 cho thấy nó là 2863 F ở điện áp sai lệch 200 mV, được đo ở tần số thấp (1 MHz) Để so sánh, công suất danh nghĩa là 2,7 V và là 3000 F Nếu chúng ta đào sâu hơn một chút, ESR, phần thực của tải w88 tuyệt đối, có thể được vẽ với giá trị tuyệt đối của Z, như trong Hình 7 Biểu đồ trong Hình 7 cho thấy ESR trên phạm vi tần số rộng hơn trong Hình 7 Hình 6 đã được mở rộng trong 10 năm Điều này có nghĩa là ESR có thể được đo đáng tin cậy trong khoảng từ 10 MHz đến 10 kHz
Hình 7: Biểu đồ xử lý hậu kỳ hiển thị các giá trị tuyệt đối của z (đường màu xanh đậm) và các phần thực của z (đường màu xanh nhạt)Z tương đương với ESR
Kết luận
Máy phân tích tải w88 MFIA đã được sử dụng để đo điện trở chuỗi tương đương (ESR) của siêu tụ điện 3000 f ESR có thể được đo một cách đáng tin cậy và chính xác từ 10 MHz đến 10 kHz, với giá trị ESR ví dụ ở 46 Hz là 0,33 MΩ Điều này cho thấy một trong nhiều khía cạnh mạnh mẽ của MFIA