- సూపర్ కెపాసిటర్ ఛార్జింగ్
- సూపర్ కెపాసిటర్‌లో శక్తి నిల్వ చేయబడింది
- సూపర్ కెపాసిటర్‌పై ధ్రువణతను గుర్తించడం
- పదార్థాలు అవసరం
- సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రం
- సూపర్ కెపాసిటర్ ఛార్జర్ సర్క్యూట్ యొక్క అనుకరణ
- హార్డ్‌వేర్‌పై సూపర్ కెపాసిటర్ ఛార్జర్
- డిజైన్ మెరుగుదలలు
పదం సూపర్కెపాసిటర్లు మరియు ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు, స్మార్ట్ఫోన్ మరియు IOT పరికరాల్లో దాని సాధ్యం వాడుక ఇటీవలి కాలంలో విపరీతమైన అభిప్రాయము చేస్తున్నారు, కానీ అది మొదటి యొక్క నిల్వ సామర్థ్యం పెంచడానికి జనరల్ ఎలక్ట్రిక్ సంస్థ ప్రయోగం చేశాడు ఉన్నప్పుడు సూపర్ కెపాసిటర్ కూడా ఆలోచన 1957 నాటిది దాని కెపాసిటర్లు. సంవత్సరాలుగా సూపర్ కెపాసిటర్ టెక్నాలజీ గణనీయంగా మెరుగుపడింది, ఈ రోజు దీనిని బ్యాటరీ బ్యాక్-అప్‌లు, సౌర విద్యుత్ బ్యాంకులు మరియు స్వల్ప విద్యుత్ బూస్ట్ అవసరమయ్యే ఇతర అనువర్తనాలుగా ఉపయోగిస్తున్నారు. సూపర్ క్యాప్‌లను బ్యాటరీకి బదులుగా దీర్ఘకాలంలో పరిగణించాలనే దురభిప్రాయం చాలా మందికి ఉంది, కాని కనీసం నేటి సాంకేతిక పరిజ్ఞానంతో సూపర్ కెపాసిటర్లు అధిక ఛార్జ్ సామర్థ్యం కలిగిన కెపాసిటర్లు తప్ప మరేమీ కాదు, మీరు మా మునుపటి వ్యాసాల నుండి సూపర్ కెపాసిటర్ల గురించి మరింత తెలుసుకోవచ్చు.
ఈ వ్యాసంలో, సాధారణ ఛార్జర్ సర్క్యూట్‌ను రూపొందించడం ద్వారా అటువంటి సూపర్ కెపాసిటర్లను ఎలా సురక్షితంగా ఛార్జ్ చేయాలో నేర్చుకుంటాము మరియు శక్తిని పట్టుకోవడంలో ఎంత మంచిదో తనిఖీ చేయడానికి మా సూపర్ కెపాసిటర్ను ఛార్జ్ చేయడానికి దాన్ని ఉపయోగిస్తాము. బ్యాటరీ కణాల మాదిరిగానే సూపర్ కెపాసిటర్ను కూడా కలిపి కెపాసిటర్ పవర్ బ్యాంకుల ఏర్పాటు చేయవచ్చు, కెపాసిటర్ పవర్ బ్యాంక్‌ను ఛార్జ్ చేసే విధానం భిన్నంగా ఉంటుంది మరియు ఈ వ్యాసం యొక్క పరిధికి వెలుపల ఉంటుంది. ఇక్కడ సరళమైన మరియు సాధారణంగా లభించే 5.5V 1F కాయిన్ సూపర్-కెపాసిటర్ను కాయిన్ సెల్ మాదిరిగానే కనిపిస్తుంది. కాయిన్ రకం సూపర్ కెపాసిటర్ను ఎలా ఛార్జ్ చేయాలో మరియు తగిన అనువర్తనాల్లో ఎలా ఉపయోగించాలో నేర్చుకుంటాము.
సూపర్ కెపాసిటర్ ఛార్జింగ్
సూపర్ కెపాసిటర్ను బ్యాటరీతో అస్పష్టంగా పోల్చి చూస్తే, సూపర్ కెపాసిటర్లు తక్కువ ఛార్జ్ సాంద్రత మరియు అధ్వాన్నమైన స్వీయ-ఉత్సర్గ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, అయితే ఛార్జింగ్ సమయం, షెల్ఫ్ లైఫ్ మరియు ఛార్జ్ సైకిల్ సూపర్ కెపాసిటర్లు బ్యాటరీలను అధిగమిస్తాయి. ఛార్జింగ్ ప్రస్తుత లభ్యత ఆధారంగా సూపర్ కెపాసిటర్లను ఒక నిమిషం లోపు ఛార్జ్ చేయవచ్చు మరియు సరిగ్గా నిర్వహిస్తే అది ఒక దశాబ్దం కంటే ఎక్కువ కాలం ఉంటుంది.
బ్యాటరీలతో పోలిస్తే సూపర్ కెపాసిటర్లు చాలా తక్కువ ESR (ఈక్వివలెంట్ సిరీస్ రెసిస్టెన్స్) విలువను కలిగి ఉంటాయి, ఇది కెపాసిటర్‌లోకి లేదా వెలుపలికి ప్రవహించే అధిక విద్యుత్తు విలువను అనుమతిస్తుంది, ఇది వేగంగా ఛార్జ్ అవ్వడానికి లేదా అధిక కరెంట్‌తో విడుదలయ్యేలా చేస్తుంది. అధిక కరెంట్‌ను నిర్వహించగల ఈ సామర్ధ్యం కారణంగా, థర్మల్ రన్‌అవేను నివారించడానికి సూపర్ కెపాసిటర్ను ఛార్జ్ చేసి సురక్షితంగా విడుదల చేయాలి. సూపర్-కెపాసిటర్ను ఛార్జ్ చేసేటప్పుడు రెండు బంగారు నియమాలు ఉన్నాయి, కెపాసిటర్ సరైన ధ్రువణతతో మరియు దాని మొత్తం వోల్టేజ్ సామర్థ్యంలో 90% మించని వోల్టేజ్‌తో ఛార్జ్ చేయాలి.
నేడు మార్కెట్లో సూపర్-కెపాసిటర్లు సాధారణంగా 2.5 వి, 2.7 వి లేదా 5.5 వికి రేట్ చేయబడతాయి. లిథియం సెల్ మాదిరిగానే ఈ కెపాసిటర్లను అధిక వోల్టేజ్ బ్యాటరీ ప్యాక్‌లను రూపొందించడానికి సిరీస్ మరియు సమాంతర కలయికలో అనుసంధానించాలి. బ్యాటరీల మాదిరిగా కాకుండా, కెపాసిటర్ సిరీస్‌లో కనెక్ట్ అయినప్పుడు దాని మొత్తం వోల్టేజ్ రేటింగ్‌ను పరస్పరం సంకలనం చేస్తుంది, మంచి విలువ కలిగిన బ్యాటరీ ప్యాక్‌లను రూపొందించడానికి ఎక్కువ కెపాసిటర్లను జోడించడం అవసరం. మా విషయంలో మనకు 5.5 వి 1 ఎఫ్ కెపాసిటర్ ఉంది కాబట్టి ఛార్జింగ్ వోల్టేజ్ 5.5 లో 90% ఉండాలి, అది ఎక్కడో 4.95 వి దగ్గర ఉంటుంది.
సూపర్ కెపాసిటర్‌లో శక్తి నిల్వ చేయబడింది
మా పరికరాలకు శక్తినిచ్చే కెపాసిటర్లను శక్తి నిల్వ మూలకాలుగా ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు, పరికరం ఎంతసేపు శక్తినివ్వగలదో to హించడానికి కెపాసిటర్‌లో నిల్వ చేసిన శక్తిని నిర్ణయించడం చాలా ముఖ్యం. కెపాసిటర్‌లో నిల్వ చేసిన శక్తిని లెక్కించే సూత్రాలను E = 1/2CV 2 ద్వారా ఇవ్వవచ్చు . కాబట్టి 5.5 వి 1 ఎఫ్ కెపాసిటర్ కోసం మా విషయంలో పూర్తిగా ఛార్జ్ చేసినప్పుడు నిల్వ చేయబడిన శక్తి ఉంటుంది
E = (1/2) * 1 * 5.5 2 E = 15 జూల్స్
ఇప్పుడు, ఈ విలువను ఉపయోగించి మనం కెపాసిటర్ వస్తువులను ఎంతకాలం శక్తివంతం చేయగలదో లెక్కించవచ్చు, ఉదాహరణకు 5V వద్ద 10m సెకన్ల పాటు 500mA అవసరమైతే చెప్పండి. అప్పుడు ఈ పరికరానికి అవసరమైన శక్తిని ఎనర్జీ = పవర్ ఎక్స్ టైమ్ సూత్రాలను ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు. ఇక్కడ శక్తిని P = VI చేత లెక్కిస్తారు , కాబట్టి 500mA మరియు 5V శక్తి 2.5 వాట్స్.
శక్తి = 2.5 x (10/60 * 60) శక్తి = 0.00694 వాట్-గంట లేదా 25 జూల్స్
దీని నుండి మనకు 30 జూల్స్ పవర్ ప్యాక్ పొందడానికి సమాంతరంగా (15 + 15 = 30) ఈ కెపాసిటర్లలో కనీసం రెండు అవసరమని తేల్చవచ్చు, ఇది మా పరికరానికి 10 సెకన్ల పాటు శక్తినివ్వడానికి సరిపోతుంది.
సూపర్ కెపాసిటర్‌పై ధ్రువణతను గుర్తించడం
కెపాసిటర్ మరియు బ్యాటరీల విషయానికి వస్తే దాని ధ్రువణతతో మనం చాలా జాగ్రత్తగా ఉండాలి. విలోమ ధ్రువణత కలిగిన కెపాసిటర్ చాలావరకు వేడి మరియు కరుగుతుంది మరియు కొన్నిసార్లు చెత్త పరిస్థితులలో పేలుతుంది. మన వద్ద ఉన్న కెపాసిటర్ నాణెం రకానికి చెందినది, దీని ధ్రువణత క్రింద చూపిన విధంగా చిన్న తెల్ల బాణంతో సూచించబడుతుంది.
బాణం యొక్క దిశ ప్రస్తుత దిశను సూచిస్తుందని నేను అనుకుంటాను. కరెంట్ ఎల్లప్పుడూ పాజిటివ్ నుండి నెగెటివ్ వరకు ప్రవహిస్తుంది మరియు అందువల్ల బాణం సానుకూల వైపు నుండి మొదలై ప్రతికూల వైపు వైపు వెళుతుంది. మీరు ధ్రువణత తెలుసుకున్న తర్వాత మరియు దాన్ని ఛార్జ్ చేయడానికి మీకు ఆసక్తి ఉంటే, మీరు దానిని 5.5V (లేదా భద్రత కోసం 4.95V) కు సెట్ చేసిన RPS ను కూడా ఉపయోగించవచ్చు, ఆపై RPS యొక్క పాజిటివ్ లీడ్‌ను పాజిటివ్ పిన్‌కు మరియు నెగటివ్ పిన్‌కు నెగటివ్ పిన్‌కు కనెక్ట్ చేయండి మరియు కెపాసిటర్ ఛార్జ్ చేయడాన్ని మీరు చూడాలి.
RPS యొక్క ప్రస్తుత రేటింగ్ ఆధారంగా, కెపాసిటర్ సెకన్లలో ఛార్జ్ చేయబడుతుందని మరియు అది 5.5V కి చేరుకున్న తర్వాత అది ఇకపై కరెంట్ గీయడం ఆపివేస్తుందని మీరు గమనించవచ్చు. పూర్తిగా ఛార్జ్ చేయబడిన ఈ కెపాసిటర్ ఇప్పుడు స్వీయ-ఉత్సర్గకు ముందు తగిన అనువర్తనంలో ఉపయోగించబడుతుంది.
ఈ ట్యుటోరియల్‌లో ఆర్‌పిఎస్‌ను ఉపయోగించకుండా, 5.5 విని నియంత్రించే ఛార్జర్‌ను 12 వి అడాప్టర్‌గా రూపొందించి, సూపర్ కెపాసిటర్ను ఛార్జ్ చేయడానికి ఉపయోగిస్తాము. కెపాసిటర్ యొక్క వోల్టేజ్ ఆప్-ఆంప్ కంపారిటర్ ఉపయోగించి పర్యవేక్షించబడుతుంది మరియు కెపాసిటర్ ఛార్జ్ అయిన తర్వాత సర్క్యూట్ స్వయంచాలకంగా వోల్టేజ్ మూలం నుండి సూపర్-కెపాసిటర్ను డిస్కనెక్ట్ చేస్తుంది. ఆసక్తికరంగా అనిపిస్తుంది కాబట్టి ప్రారంభిద్దాం.
పదార్థాలు అవసరం
- 12 వి అడాప్టర్
- LM317 వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్ IC
- LM311
- IRFZ44N
- BC557 PNP ట్రాన్సిస్టర్
- LED
- రెసిస్టర్
- కెపాసిటర్
సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రం
ఈ సూపర్ కెపాసిటర్ ఛార్జర్ సర్క్యూట్ కోసం పూర్తి సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రం క్రింద ఇవ్వబడింది. ప్రోటీయస్ సాఫ్ట్‌వేర్‌ను ఉపయోగించి సర్క్యూట్ డ్రా చేయబడింది, దాని అనుకరణ తరువాత చూపబడుతుంది.
సర్క్యూట్ 12V అడాప్టర్ ద్వారా శక్తిని పొందుతుంది; అప్పుడు మేము మా కెపాసిటర్ను ఛార్జ్ చేయడానికి 5.5V ని నియంత్రించడానికి LM317 ను ఉపయోగిస్తాము. కానీ ఈ 5.5 వి స్విచ్ వలె పనిచేసే మోస్ఫెట్ ద్వారా కెపాసిటర్‌కు అందించబడుతుంది. కెపాసిటర్ యొక్క వోల్టేజ్ 4.86V కన్నా తక్కువ ఉంటేనే ఈ స్విచ్ మూసివేయబడుతుంది, ఎందుకంటే కెపాసిటర్ ఛార్జీలు పొందుతుంది మరియు వోల్టేజ్ పెరుగుదల స్విచ్ తెరుచుకుంటుంది మరియు బ్యాటరీ మరింత ఛార్జ్ కాకుండా నిరోధిస్తుంది. ఈ వోల్టేజ్ పోలిక ఒక ఆప్-ఆంప్ ఉపయోగించి జరుగుతుంది మరియు ఛార్జింగ్ ప్రక్రియ పూర్తయినప్పుడు LED ని మెరుస్తూ BC557 PNP ట్రాన్సిస్టర్‌ని కూడా ఉపయోగిస్తాము. పైన చూపిన సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రం వివరణ కోసం క్రింది విభాగాలుగా విభజించబడింది.
LM317 వోల్టేజ్ నియంత్రణ:
Vout = 1.25 x (1 + R2 / R1) సూత్రాల ఆధారంగా LM317 రెగ్యులేటర్ యొక్క అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ను నిర్ణయించడానికి రెసిస్టర్ R1 మరియు R2 ఉపయోగించబడతాయి. 5.3V యొక్క అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ను నియంత్రించడానికి ఇక్కడ 1k మరియు 3.3k విలువను ఉపయోగించాము, ఇది 5.5V కి దగ్గరగా ఉంటుంది. మీతో లభించే రెసిస్టర్ విలువ ఆధారంగా కావలసిన అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ను లెక్కించడానికి మీరు మా ఆన్‌లైన్ కాలిక్యులేటర్‌ను ఉపయోగించవచ్చు.
Op-Amp కంపారిటర్:
సూపర్ కెపాసిటర్ యొక్క వోల్టేజ్ విలువను స్థిర వోల్టేజ్‌తో పోల్చడానికి మేము LM311 కంపారిటర్ IC ని ఉపయోగించాము. వోల్టేజ్ డివైడర్ సర్క్యూట్ ఉపయోగించి పిన్ నంబర్ 2 కు ఈ స్థిర వోల్టేజ్ అందించబడుతుంది. రెసిస్టర్లు 2.2 కె మరియు 1.5 కె 4.86 వి యొక్క వోల్టేజ్ డ్రాప్ 12 వి. ఈ 4.86 వోల్ట్‌ను పిన్ 3 కి అనుసంధానించబడిన రెఫ్ వోల్టేజ్ (కెపాసిటర్ యొక్క వోల్టేజ్) తో పోల్చారు. ఈ వోల్టేజ్ MOSFET ను నడపడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.
మోస్ఫెట్ మరియు బిసి 557:
IRFZ44N MOSFET వోల్టేజ్ ఛార్జింగ్ op-amp నుండి సిగ్నల్ ఆధారంగా సూపర్ కెపాసిటర్ కనెక్ట్ ఉపయోగిస్తారు. ఆప్-ఆంప్ అధికంగా ఉన్నప్పుడు పిన్ 7 పై 12 వి అవుట్పుట్ చేస్తుంది, ఇది మోస్ఫెట్ను దాని బేస్ పిన్ ద్వారా ఆన్ చేస్తుంది, అదేవిధంగా ఆప్-ఆంప్ తక్కువగా ఉన్నప్పుడు (0 వి) మోస్ఫెట్ తెరవబడుతుంది. మనకు పిఎన్‌పి ట్రాన్సిస్టర్ బిసి 557 కూడా ఉంది, ఇది కెపాసిటర్ వోల్టేజ్ 4.8 వి కంటే ఎక్కువ అని సూచిస్తూ మోస్ఫెట్ ఆఫ్‌లో ఉన్నప్పుడు ఎల్‌ఇడిని ఆన్ చేస్తుంది.
సూపర్ కెపాసిటర్ ఛార్జర్ సర్క్యూట్ యొక్క అనుకరణ
సర్క్యూట్‌ను అనుకరించటానికి నేను ఆప్-ఆంప్ యొక్క పిన్ 3 కు వేరియబుల్ వోల్టేజ్ను అందించడానికి బ్యాటరీని వేరియబుల్ రెసిస్టర్‌తో భర్తీ చేసాను. సూపర్ కెపాసిటర్ ఎల్‌ఈడీతో భర్తీ చేయబడితే అది శక్తితో ఉందో లేదో చూపిస్తుంది. అనుకరణ ఫలితం క్రింద చూడవచ్చు.
వోల్టేజ్ ప్రోబ్స్‌ను ఉపయోగిస్తున్నట్లు మీరు చూడగలిగినట్లుగా, ఇన్వర్టింగ్ పిన్‌పై వోల్టేజ్ నాన్-ఇన్వర్టింగ్ పిన్ కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, ఆప్-ఆంప్ పిన్ 7 పై 12 వితో అధికంగా వెళుతుంది, ఇది మోస్ఫెట్ను ఆన్ చేస్తుంది మరియు తద్వారా కెపాసిటర్ (పసుపు ఎల్‌ఇడి) ను ఛార్జ్ చేస్తుంది. ఈ 12V ఆకుపచ్చ LED ని ఆపివేయడానికి BC557 ట్రాన్సిస్టర్‌ను కూడా ప్రేరేపిస్తుంది. కెపాసిటర్ (పొటెన్షియోమీటర్) యొక్క వోల్టేజ్ పెరిగేకొద్దీ ఆకుపచ్చ LED ఆన్ అవుతుంది, ఎందుకంటే పైన చూపిన విధంగా op-amp 0V ను అవుట్పుట్ చేస్తుంది.
హార్డ్‌వేర్‌పై సూపర్ కెపాసిటర్ ఛార్జర్
సర్క్యూట్ చాలా సులభం మరియు బ్రెడ్‌బోర్డుపై నిర్మించవచ్చు, కాని నేను పెర్ఫ్ బోర్డ్‌ను ఉపయోగించాలని నిర్ణయించుకున్నాను, తద్వారా భవిష్యత్తులో నా సూపర్ కెపాసిటర్ను ఛార్జ్ చేసే ప్రతి ప్రయత్నంలోనూ సర్క్యూట్‌ను తిరిగి ఉపయోగించుకోవచ్చు. పోర్టబుల్ ప్రాజెక్టుల కోసం సౌర ఫలకంతో పాటు ఉపయోగించాలని కూడా నేను అనుకుంటున్నాను, అందువల్ల వీలైనంత చిన్నదిగా మరియు దృ g ంగా నిర్మించడానికి ప్రయత్నించాను. నా పూర్తి సర్క్యూట్ ఒకసారి చుక్కల బోర్డులో కరిగించబడుతుంది.
కెపాసిటర్ను ఛార్జ్ చేయడానికి రెండు ఆడ బెర్గ్ కర్రలను ఎలిగేటర్ పిన్‌లను ఉపయోగించి నొక్కవచ్చు. పసుపు LED మాడ్యూల్‌కు శక్తిని సూచిస్తుంది మరియు నీలం LED ఛార్జింగ్ స్థితిని సూచిస్తుంది. ఛార్జింగ్ ప్రక్రియ పూర్తయిన తర్వాత LED వెలిగిపోతుంది, లేకపోతే ఆపివేయబడుతుంది. సర్క్యూట్ సిద్ధమైన తర్వాత కెపాసిటర్ను కనెక్ట్ చేయండి మరియు నీలిరంగు ఎల్‌ఈడీ ఆగిపోవడాన్ని మీరు చూడాలి మరియు కొంతకాలం తర్వాత ఛార్జింగ్ ప్రక్రియ పూర్తయిందని సూచించడానికి ఇది మళ్లీ అధికంగా ఉంటుంది. మీరు ఛార్జింగ్ మరియు ఛార్జ్ చేసిన స్థితిలో బోర్డుని చూడవచ్చు.
ఈ పేజీ దిగువన ఇచ్చిన వీడియోలో పూర్తి పని చూడవచ్చు, మీకు ఇది పని చేయడంలో ఏమైనా సమస్య ఉంటే వాటిని వ్యాఖ్య విభాగంలో పోస్ట్ చేయండి లేదా ఇతర సాంకేతిక ప్రశ్నల కోసం మా ఫోరమ్‌లను ఉపయోగించండి.
డిజైన్ మెరుగుదలలు
ఇక్కడ ఇచ్చిన సర్క్యూట్ డిజైన్ ముడి మరియు దాని ప్రయోజనం కోసం పనిచేస్తుంది; నిర్మించిన తర్వాత నేను గమనించిన కొన్ని తప్పనిసరి మెరుగుదలలు ఇక్కడ చర్చించబడ్డాయి. BC557 దాని బేస్ మరియు ఉద్గారిణి అంతటా 12V కారణంగా వేడిగా ఉంటుంది కాబట్టి BC557 స్థానంలో అధిక వోల్టేజ్ డయోడ్ వాడాలి.
రెండవది కెపాసిటర్ ఛార్జర్లు వోల్టేజ్ కంపారిటర్ వోల్టేజ్ యొక్క మార్పును కొలుస్తుంది, అయితే మోస్ఫెట్ ఛార్జ్ అయిన తర్వాత ఆపివేసినప్పుడు ఆప్-ఆంప్ తక్కువ వోల్టేజ్ లాభాలను గ్రహించి, మళ్ళీ FET ను ఆన్ చేస్తుంది, ఆప్-ఆంప్ పూర్తిగా ఆపివేయడానికి ముందు ఈ ప్రక్రియ కొన్ని సార్లు పునరావృతమవుతుంది. Op-amp అవుట్పుట్లో లాచింగ్ సర్క్యూట్ సమస్యను పరిష్కరిస్తుంది.