La tecnología de supercapacitores nos está llevando al día en que estos componentes reemplazarán completamente las baterías como fuentes de energía. Con innumerables ventajas sobre las baterías, los capacitores están logrando una mayor densidad de energía con menor costo y mayor confiabilidad. En este artículo, basado en la línea de supercapacitores ENYCAP de Vishay, discutimos las posibilidades de usar estos componentes como fuente de energía en numerosas aplicaciones prácticas.
¿Qué diferencia a un supercapacitor de un capacitor común? El nombre en sí dice: es un capacitor con una enorme cantidad de almacenamiento, lo que le permite ser utilizado como fuente de energía, como o más eficiente que una batería normal.
En nuestro sitio web tenemos dos artículos interesantes para aquellos que desean saber más sobre estos componentes, antes de pasar las especificaciones y aplicaciones específicas de los capacitores de la serie Vishay ENYCP disponibles de Mouser Electronics (*).:
La idea de usar Supercapacitores en lugar de baterías en algunas aplicaciones crece cada día debido a las ventajas que presentan. Entonces, antes de dar algunas posibles aplicaciones, será interesante analizar estas ventajas.
Como sabemos, la capacitancia de un capacitor depende de tres factores: el área de las armaduras, la distancia entre las armaduras, que es básicamente el grosor del dieléctrico y la constante dieléctrica del material aislante utilizado.
En los capacitores electrolíticos comunes se usan capas delgadas de óxido como dieléctrico y para tener contacto eléctrico, se usa un electrolito líquido.
Este tipo de construcción permite obtener altas capacidades, pero por otro lado hace que este componente muestre cierta fragilidad. El electrolito puede perder sus propiedades.
Con el uso de la nanotecnología es posible reducir la capa aislante (dieléctrico) del grosor de unos pocos átomos y, además, utilizar materiales totalmente sólidos, como el carbono.
El resultado neto es obtener capacidades extremadamente altas en un componente altamente confiable y de tamaño pequeño. Se obtiene una densidad de energía muy alta.
Sin embargo, la desventaja radica en el grosor muy pequeño del dieléctrico que evita que las tensiones de trabajo del componente sean demasiado altas. Por lo tanto, los tipos comunes suelen comenzar a 1,4 V y no más de unos pocos voltios.
Otra ventaja que los supercapacitores tienen sobre las baterías es el tiempo de carga. Mientras que un supercapacitor se puede cargar en cuestión de segundos, dependiendo de la fuente, la batería no. Para la batería, el tiempo mínimo de carga se mide en horas.
Finalmente, tenemos que considerar que los supercapacitores pueden soportar una cantidad mucho mayor de ciclos de carga y descarga que las baterías comunes.
Los tipos
Vishay tiene una amplia gama de supercapacitores con valores que van desde 47,000 uF a 90 F con tensiones de trabajo de 1.4 VDC a 8.4 VDC en varias series, como el 196DLC, 196HDC. EDL, EDL-R. etc. Otras series alcanzan capacidades más altas.
En el espacio nos ocuparemos de la serie 196 HVC y, posteriormente, las aplicaciones de supercapacitores como fuentes de energía.
Los lectores interesados en obtener más información sobre esta serie de componentes pueden acceder a la hoja de datos en: https://br.mouser.com/Search/Refine?Keyword=196+HVC+Enycap y elegir los consejos adecuados para su aplicación con la compra. por Mouser Electronics.
Las aplicaciones para estos supercapacitores incluyen:
- Fuente de alimentación de respaldo para memorias SRAM y DRAM
- Protección del sistema de alimentación para SSD y HDD
- Fuente de reloj en tiempo real
- Copia de seguridad en caso de fallas en PC industriales
- Sistema de iluminación de emergencia en micro UPS
Aplicación práctica
Administración de energía con cargador de supercapacitor integrado
Según la documentación de Vishay a la que puede acceder el lector en https://br.mouser.com/datasheet/2/427/powmansolminichargfixsuppboa-1761878.pdf , mostramos una plataforma de demostración para una solución de administración de energía de supercapacitor.
Este circuito de demostración tiene una salida de 2 W y una copia de seguridad interna. Incluye un regulador de tensión con tensión de entrada de 4.0 a 20 V y salida ajustable de 3.3 y 5.0 V.
El dispositivo tiene el circuito de carga del supercapacitor optimizado para emplear Los capacitores de la serie ENYCAP de Vishay como fuente de energía. El cargador se basa en un LTC3355 como fuente de corriente constante de 35 mA a 600 mA y tensiones de corte de 1,8 a 3,2 V.
Cuando falla la energía de entrada, el circuito suministra tensión regulada a la carga desde la energía almacenada en el supercapacitor.
En la figura 3 tenemos la placa para esta plataforma de evaluación de Vishay.
En el gráfico de la figura 4 tenemos la visualización del funcionamiento de la tarjeta en un sistema de backup de 2.8 V por un tiempo que excede los 10 minutos usando un supercapacitor de 90 F de la serie Vishay 196HVC.
En la documentación de Vishay, el lector también tendrá todas las formas de programación a través de un puente para diferentes rangos de voltajes de salida, voltajes de carga y otras características importantes para evaluar la aplicación.
También invitamos a los lectores a visitar el sitio web de Vishay, donde se puede encontrar una amplia documentación sobre el tema.