A tecnologia dos supercapacitores está nos levando ao dia em que esses componentes substituirão completamente as baterias como fontes de energia. Apresentando inúmeras vantagens em relação às baterias, os capacitores estão conseguindo cada vez maior densidade de energia com menor custo e maior confiabilidade. Neste artigo, com base na linha de supercapacitores ENYCAP da Vishay, abordamos as possibilidades de uso desses componentes como fonte de energia em inúmeras aplicações práticas.
O que diferencia um supercapacitor de um capacitor comum? O próprio nome já diz: trata-se de um capacitor com uma enorme quantidade de armazenamento, permitindo que ele seja usado como fonte de energia, tão ou mais eficiente que uma bateria comum.
Em nosso site temos dois artigos interessantes para os que desejam saber mais sobre esses componentes, antes de passarmos as especificações e aplicações específicas dos capacitores da série ENYCP da Vishay disponíveis na Mouser Electronics (*).: ART230 – Capacitores como fonte de energia, ART1441 – Novas aplicações para Supercapacitores.
A ideia de se usar Supercapacitores em lugar de baterias em algumas aplicações cresce a cada dia em função das vantagens que apresentam. Assim, antes de darmos algumas aplicações possíveis, será interessante analisar essas vantagens.
Como sabemos, a capacitância de um capacitor depende de três fatores: a área das armaduras, a distância entre as armaduras que basicamente é a espessura do dielétrico e a constante dielétrica do material isolante usado.
Nos capacitores eletrolíticos comuns são usadas finas capas de óxido como dielétrico e de modo a haver contato elétrico, é usado um eletrólito líquido.
Este tipo de construção permite a obtenção de capacitâncias elevadas, mas por outro lado faz com que esse componente apresente uma certa fragilidade. O eletrólito pode perder suas propriedades.
Com a utilização da nanotecnologia é possível reduzir a camada isolante (dielétrico) a espessura de poucos átomos e, além disso, usar materiais totalmente sólidos como, por exemplo, o carbono.
O resultado líquido é a obtenção de capacitâncias extremamente elevadas num componente de alta confiabilidade e tamanho reduzido. Obtém-se uma altíssima densidade de energia.
No entanto, a desvantagem está na espessura muito pequena do dielétrico que impede que as tensões de trabalho do componente sejam muito altas. Assim, os tipos comuns partem tipicamente de 1,4 V não passando de alguns volts.
Outra vantagem que os supercapacitores levam em relação às baterias é o tempo de carga. Enquanto um supercapacitor pode ser carregado em questão de segundos, dependendo apenas da fonte, a bateria não. Para a bateria o tempo mínimo de carga é medido em horas.
Temos finalmente a considerar que os supercapacitores podem suportar um número muito maior de ciclos de carga e descarga que as baterias comuns.
Os tipos
A Vishay possui uma amplia linha de supercapacitores com valores que podem ir de 47 000 uF a 90 F com tensões de trabalho de 1,4 VDC a 8,4 VDC em diversas séries, como a 196DLC, 196HDC. EDL, EDL-R. etc. Outras séries alcançam capacitâncias maiores.
Em espacial vamos tratar da série 196 HVC e, em seguida de aplicações dos supercapacitores como fontes de energia.
Os leitores interessados em mais informações sobre esta série de componentes podem acessar o datasheet em: https://br.mouser.com/Search/Refine?Keyword=196+HVC+Enycap e nela, escolher os tips apropriados para sua aplicação com compra pela Mouser Electronics.
As aplicações para estes supercapacitores incluem:
- Fonte de alimentação backup para memórias SRAM e DRAM
- Proteção de sistema de alimentação para SSD e HDD
- Fonte de clock em tempo real
- Back up para o caso de falhas em PCs industriais
- Sistema de iluminação de emergência em micro UPS
Aplicação prática
Gerenciamento de energia com carregador de supercapacitor integrado
Baseados em documentação da Vishay que o leitor pode acessar em https://br.mouser.com/datasheet/2/427/powmansolminichargfixsuppboa-1761878.pdf mostramos uma plataforma de demonstração de uma solução para gerenciamento de potência com supercapacitores.
Este circuito de demonstração tem uma saída de 2 W e um backup interno. Ele inclui um regulador de tensão com tensão de entrada de 4,0 a 20 V e saída ajustável de 3,3 e 5,0 V.
O dispositivo possui o circuito de carga do supercapacitor otimizado para empregar os capacitores da série ENYCAP da Vishay como fonte de energia. O carregador tem por base um LTC3355 como fonte de corrente constante de 35 mA a 600 mA e tensões de corte de 1,8 a 3,2 V.
Quando a alimentação de entrada falha, o circuito fornece tensão regulada a carga a partir da energia armazenada no supercapacitor.
Na figura 3 temos a placa desta plataforma de avaliação da Vishay.
No gráfico da figura 4 temos a visualização do funcionamento da placa num sistema de backup de 2,8 V para um tempo que supera os 10 minutos usando um supercapacitor de 90 F da série 196HVC da Vishay.
Na documentação da Vishay o leitor terá ainda todas as formas de programação através de jumper para diversas faixas de tensões de saída, de tensões de carga e outras características importantes para avaliação da aplicação.
Também convidamos os leitores a visitar o site da Vishay onde uma vasta documentação sobre o assunto pode ser encontrada.
