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法拉电容在RAM数据保护中的应用
[导读]法拉电容也叫超级电容器，双电层电容，其体积小、容量大、电压记忆特性好、可靠性高。与充电电池相比,具有充电时间短、功率密度高、使用寿命长、低温特性好及无环境污染等优势[2]。在数据保护电路中采用法拉电容取代
法拉电容也叫超级电容器，双电层电容，其体积小、容量大、电压记忆特性好、可靠性高。与充电电池相比,具有充电时间短、功率密度高、使用寿命长、低温特性好及无环境污染等优势[2]。在数据保护电路中采用法拉电容取代电池作后备电源,在提高系统可靠性、延长寿命、降低设备成本和维护成本等方面，有十分重要的意义。本文引用地址:
　　本文将通过一个设计案例，具体介绍法拉电容在单片机系统的RAM数据保护中的应用，为嵌入式系统中RAM数据保护提供一种可行的参考方法。
　　某一采用UT6264C70LL作为RAM的单片机系统，在系统掉电后，要求RAM的数据后备时间达到5天。
　　1　 硬件设计
　　采用法拉电容作为RAM后备电源，法拉电容后备时间的典型计算公式为：
　　式中：C(F)为法拉电容的标称容量，Uwork(V)为电路中的正常工作电压，Umin(V)为电路能工作的最低电压， t(s)为电路中后备时间，I(A)为电路的负载电流。
　　UT6264CSC70LL的典型数据保持电流为1 &A，工作电压为5 V，数据保持所需电压最低为2 V。取0.1 F的法拉电容，计算得到RAM的数据后备时间为3.35天。而实际上，当RAM的电源电压降低时，其数据保持电流将减小，因而后备时间可以延长。
　　另外，电源出现波动时，RAM的片选引脚、写使能引脚及数据线端口也容易引入干扰或不正常的控制时序，从而破坏RAM中的数据。因此，需要通过电路设计，确保电源不正常时读写控制端口时序可控，从而增强RAM数据的安全。
　　电路原理图如图1所示。
　　当电源正常时，5 V电源VCC通过快速整流二极管D1给RAM(U2：UT6264)供电，并通过R1给法拉电容(C1：FM0H104Z)充电。掉电时，D1截止，法拉电容C1作为备份电源，通过R1为U2供电，保证RAM中数据不消失。
　　在掉电过程中或电源出现波动时，为了增强RAM数据的安全性，采用了专用电源监控芯片(U3：IMP706)，提供系统的监控功能。上电、掉电和电网电压过低时会输出复位信号，同时还能跟踪1.6 s的定时信号，为软件运行提供看门狗定时器(watchdog timer)防护。当电源电压掉至约4.74 V时，U3向CPU(U1：AT89S52)输出掉电信号(PW_DN)，CPU进行掉电应急处理和保护现场，不向RAM芯片进行任何读写操作。当电源电压进一步掉至4.4 V时，U3产生复位信号，CPU被复位，同时RAM芯片U2的片选引脚CE2也被置为低电平，确保U2不被读写操作。
　　图1　 电路原理图
　　2　 软件设计
　　本案例电路的地址定义是： RAM地址范围(8 KB)为0000H~1FFFH;看门狗定时器控制地址为E000H。
　　软件包括主控制程序、掉电中断处理程序、定时中断处理程序等。
　　图2　 主流程
　　(1) 主控制程序
　　上电进行必要的CPU初始化后，检查正常掉电标志和RAM Check Sum计算检查，以确认RAM中数据是否正常。如果正常，就进行掉电前的现场恢复。其主程序流程框图如图2所示。
　　(2) 掉电中断处理程序
　　CPU收到掉电信号(PW_DN)中断时，CPU进行掉电应急处理和保护现场，设置正常掉电标志，保存RAM Check Sum计算结果，以备上电时检查RAM数据是否被破坏。其流程框图如图3所示。
　　图3　 掉电中断处理流程
　　图4　 定时中断处理流程
　　(3) 定时中断处理程序
　　看门狗定时器电路需要在每1.6 s内清零，在定时中断处理程序中调用看门狗清零子程序。定时中断时间要设在1.6 s以内，例如100 ms。定时中断处理流程框图如图4所示。
　　在本应用实例中，经测试，掉电后RAM数据后备时间是10～14天，且数据可靠，系统运行稳定。显然，选择更大容值的法拉电容将有更长的后备时间。在控制系统的产品设计中，为提高产品的可靠性、降低成本、增强产品在市场上的竞争力，本文提供的方案具有参考价值。
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热门关键词#【超级法拉电容】个人使用感受
【超级法拉电容】个人使用感受
本文章主要表达的是本人对超级法拉电容的使用感受，本次测试没有任何数据支持，纯粹个人感觉，另外本人发帖可能会带有丰富的个人感情色彩，所以不能代表每个人都有同样的使用感受。
2：玩超级法拉电容需要有一定的电路知识，所以不推荐一般的车友随便跟风玩，否则出现的问题本人不负任何责任。
3：请不要私信问我法拉电容的购买地址，本人虽然使用过，但对此商品的质量和寿命以及安全性并不了解。
4：若有志同道合的发烧车友，有爱好玩法拉电容的我们可以弄个群，一起研究。
自从入手了四姨太，我一直对它的动力不太满意，所以一直都苦于改善它的动力系统，本来打算从进气，排气入手改进，但想了下，这样改动费用贵而且由于排气声音大家里人也不支持，所以我是先从最简单的入手。由于认识几个开修车店的师傅，我问他们新车怎么样保养，他们告诉我保养发动机最简单的两样就是，换好的火花塞+好的机油，我想想也是，这两个东东是发动机最重要的部分。所以首保后我就第一时间换了铱合金火花塞：
选了很久最终确定国产的AOV铱合金火花塞，在使用1万公里后告诉我，确实没选错。
这是首保后换下来的原车火花塞，点火极已经有两个开始黑了。对这个8块钱一个的东东不太放心。
换了火花塞后，虽然发动机声音和动力方面稍有改善，但远远没达到我的目标，一直想改另外一套动力系统，还发表了个人对动力改装的看法：【M4动力改装之南少版主浅谈】
&&&本来要下单入手了这套动力改装的配件，结果家人和领导强烈反对，说换排气后的声音有点像小混混开的车一样，确实，我对排气的声音也有点抗拒，所以最后没有入手，最近这几天一直苦恼这个问题，这是不知道怎么来的就和福州群的“蓝色的袋子”同学聊上了，问我有没兴趣玩超级法拉电容，刚开始我对这个东东很陌生，而且对它也并不了解，所以刚开始还没入手，但没想到袋子同学已经偷偷入手了，这家伙原来以前就玩过超级法拉，知道好处，所以早早入手，而且在群里不断的毒我，而这段时间我正好被他毒倒了，所以我也入手了一个来玩玩。
其实在我收到货之前袋子同学已经装车试用了，而且在群里把感受一说，我更是一度深度中毒，
还好我的解药很快就到货了
体积有点大，233F的容量不是盖的。是普通整流器的几千倍。
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下面先了解下法拉电容的知识：（内容来之百度）
法拉电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量
超级电容的特点：
（1）充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95%以上；
（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1~50万次，没有“记忆效应”，也不存在过度放电的问题；
（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；
（4）功率密度高，可达300W/KG~5000W/KG，相当于电池的5~10倍；
（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；
（6）充电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，长期使用免维护；
（7）超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃；
（8）检测方便，剩余电量可直接读出；
（9）容量范围通常0.01F--1000F ，而耐压往往偏低（几伏特到十多伏，新开发出的也不过二十多伏）。
超级电容可做成超级电容模组，适合高容量的需求。
（1）目前超级电容的耐压均不高。实际使用中过压保护电路必不可少。有人经常将二个到多个超级电容串接来接入大电压环境中。这种做法是不对的。因为随着电容的漏电，而电容的品质又不尽相同，在后期多次的充放电后容易造成局部单元过充而击穿的现象。
（2）超级电容毕竟不是电池，存在电压随着放电而逐渐下降的问题，所以需要较复杂的输出电路。
法拉电容的低阻抗对于当今许多高功率应用是必不可少的。对于快速充放电，法拉电容器小的ESR意味着更大的功率输出。[1]
◆ 瞬时功率脉冲应用，重要存储、记忆系统的短时间功率支持。
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由于法拉电容的特性是充电快，而且大电流放电速度而快，另外还起到滤波稳压的作用，所以我感觉用在我的小四上会起到我想要的效果。所以就入手了。
超级电容使用前注意事项：
为什么我文章开头说不推荐一般车友玩呢，因为玩超级电容真的要有一定的电子基础才行，比如超级电容刚买回来不能直接就并联上去电池的，否则产生大电流烧保险的。
安装前请先把超级法拉电容用充电器充电到12V
左右在并联在电池上就可以。不要用电池直接充电。电容0V直接接电池=短路【瞬间电流非常大几百A】用普通电瓶充电器充电到12V。
我是严格按照操作规程的呵呵，刚好家里也有电池充电器，所以我就接上去慢慢冲。
其实想小电流充电很简单的，中间串联一个12V的小灯泡上去，这样电流就会下来了，小电流慢慢冲，把超级法拉充满电，然后再放电，然后又充电，这样冲放几次后就可以把法拉电容重新激活。袋子同学教了我一个方法，就是先用小电流充电，冲到12V，然后超级电容放几个小时，然后看看电压掉下来多小，然后继续冲到13V，然后放几个小时，然后再冲，这样就可以保证真正的充满电。我是冲到13V，然后并联进去电池的。
对超级电容的充放电激活这个对以后装车后的使用效果有直接的关系，如果电容没充满就装车，效果就大打折扣的喔。所以袋子同学一再提醒我必须得多冲放几次电，把超级法拉冲到完美状态才装车。
超级法拉电容充电激活方法：
由于超级电容耐高温只有75度，所以超级电容是不可以放发动机舱的，我是从发动机舱直接引了两条8平方的线进来副驾驶下面，直通电池正负极。记得中间加一个60A的保险管喔。
把超级法拉安装在副驾驶座的下面，乖乖，这里安全温度又不高，我还加了一个60A的空气开关，这样接线也方便而且电路更安全，也方便我测试的时候可以开关。
个人使用感受：
&&&&&&&
经过几天的使用，我终于明白了袋子同学在群里说的感受了，刚开始装上去第一天，感觉不是很强烈，后来我才知道是为什么，因为我们原车的45AH电池由于太小了，而且我车上改装的电器又多，所以电池长期处于不饱和状态，所以超级法拉一上车后就开始慢慢的给电池充电，由于超级法拉自有的特性是充电很快，车一启动，发动机很快就把超级电池给充满电了，然后各种电器使用的时候由于超级电容放电比电池快N多，所以很大一部分电流是从超级电容那边给补偿过去的，所以电池就有空余的时间去给自身补充电量，而且发电机出来的电有14V，很快就可以把超级电容冲到13.5V以上，当我们关车后，超级电容就慢慢的给电池补充电量，所以在使用了两天后，我开始感觉到效果了，可能这是就时也刚好是原车电池电量恢复到饱和状态了。
在装车第三天后，感觉就基本可以提现出来了，
1：首先：发动机声音变得很沉，原来我们一档踩到3000转的时候，发动机干轰，声音很大很散，现在变成很沉，而且声音比之前小了很多，不在是干轰的声音。
2：第二个：踩油门的感觉变得轻松了，而且油门反应变快，一踩油门转速就上来了，以前踩下去还得等等，现在是一踩下去转速跟着就上来，第一感觉就好像装了电子油门加速器的感觉。
3：后劲给力了，以前我经常说，小四只适合跑下短途，为什么我这么说呢？原因是我跑过几次一百多公里一趟的长途，感觉车越跑越没后劲，感觉加了油车跑得很慢，就是后劲不足的感觉，我对它的评价就是就是肾虚呵呵。现在不一样，前几天跑了一趟小长途，发现一路到家后劲都很有力，而且超车时的感觉很好，一脚油门下去就可以了。
4：爬坡时给我的感觉，说到这里我之前有一段感受，在我们这边有个高速，要上跨海大桥，而且斜坡长度有点长，坡度有点大，我之前经常是这样，老远就开着100码上桥，然后老远就开始深踩油门，结果到上坡一半的时候我发现速度怎么不升返而且还降，一路是100码-95码-90码这样掉下来，这个就是我最大的感受，然后前几天我再次经过这个高速，我用同样的方法，老远就开100码，然后一直上桥一直深踩油门，结果给我的感受是速度居然会一路飙升，到桥上时已经是115码了，这就是我说的后劲给力的感觉。
5：冷车启动变得很轻松，这个是超级法拉电容的一个特点，由于超级法拉可以大电流快速放电，而汽车启动的时候是需要很大的电流，而且是瞬间大电流，这时超级法拉的作用完全发挥出来，我们袋子同学测试过，把电池拿掉，直接接上超级法拉，启动车完全没问题，可以看出这个超级法拉的威力了，另外我们装上超级法拉后，平时启动的时候电流都大部分冲法拉电容那边走，这样就可以减小对电池的伤害，另外一个就是装上法拉后，启动的声音变得有劲，钥匙一打，发动机快速的被启动了。这种感觉只有用过的才感觉到。
最后总结：
经过一路的改装，最终我觉得动力上最令我得到满意结果的改装组合是：AOV铱合金火花塞+超级法拉电容+壳牌HX6发动机机油。现在我对动力已经很满意了。
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最后还是那句，没有电子基础的车友，不建议你们玩超级法拉电容，因为安装和使用如果不当，可能会造成烧坏线路的危险，我这是再次声明啦啊。
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&注意：下面这段文字没理解清楚的车友请别随意动手改装
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免责声明：改装有风险，动手需谨慎，另外图片中出现的商品，虽然已经过本人试用或者我觉得挺好用，但不能确定所有人都适用，如车友有需要购买，请三思后结合自身所需情况及网上评价等自行判断，其间出现的任何问题本人不负任何责任。
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超级电容器法拉电容超级电容器在变配电站直流系统中的应用
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超级电容器/法拉电容/超级电容器简介
超级电容器是近几年才发展起来的一种专门用于储能的特种电容器，有着法拉级的超大电容量，比传统的电解电容器的积能密度高上百倍，漏电流小近千倍，它的放电比功率较蓄电池高近十倍，不需要任何维护和保养，寿命长达十年以上，是一种理想的大功率物理二次电源，已成功的用作内燃发动机的启动电源；电动车的起步、加速、爬坡电源；高压开关的分合闸操作电源及用于电传动装甲车和大型充磁设备中。
　　目前我国只有有限公司生产的超级电容单体容量达到 3000F，并有许多产品应用于电力设备。
我国六十~八十年代建设的35KV变电站及10KV开关站，绝大多数高压开关（断路器）操动机构是CDX型电磁操动机构。在这些站的配电室中专门配有相应的直流系统，作为分、合闸操作、控制、保护用的直流电源。这些直流电源设备，主要是电容储能式硅整流分合闸装置和部分由蓄电池组构成的直流屏。
　　由于电容储能式硅整流分、合闸装置具有结构简单、成本低、维护量小的特点，因此在当时的这些末端站得到了广泛的应用，但是这些装置在实际使用中暴露出一个致命的令用户不可容忍的缺陷：事故分闸的可靠性差，其原因是使用的储能电解电容器组的容量有限（只有几千个微法），漏电流较大。有限的储能及停电后较大的漏电，使其无法在任何情况下保证事故分闸所需要的能量，由此造成的严重事故时有发生。不得已有些用户将其换成小容量的蓄电池组，其目的就是为了能保障分闸的能量，然而先抛开蓄电池组价格昂贵、寿命有限不说，单就从必须按规定对其进行维护保养才能正常工作这一点来说，就是让人头疼的问题，因为这里的蓄电池组不承担合闸任务，长时间处于备用状态，有些问题（如单个电池不良，记忆效应）不象蓄电池组直流屏那样从合闸操作中发现，这就要求工作人员主动定期的对蓄电池进行维护保养，由于工作量大，实际上这些工作在现场很难做到百分之百落实，甚至有些工作人员编造工作记录蒙哄过关，因此蓄电池组的内部状态是否时刻正常已很难保证，比如不及时发现蓄电池组中有问题的蓄电池进行更换，以及不定期消除镉镍电池的记忆效应。一旦供电线路出现事故需迅速分闸时，就有可能提供不了足够的能量，有可能造成更大的事故。这些现象在有些站特别是大行业的用户站，已不止一次发生过。
　　由蓄电池组成的直流屏，能存储很大的电能而实现停电后的长时间的直流供给，在一些重要站（如110KV及以上级别的变电站）这是必要的功能，然而象有些不重要的末端站及用户站，实际上并不需要停电后长时间的直流供给。考虑到要保证事故分闸的可靠性而使用了这样的设备，然而带来的却是很高的运营成本。经常的维护保养以及不长的使用寿命。另外故障率也因其电池的多节串联而增加，任何一节电池有问题，都将影响整个蓄电池组的照常工作。
　　对上述设备不尽如人意的问题，人们迫切希望有较好的办法来解决，超级电容器的出现及其具备的优良性能为解决这一问题带来了希望。
　　/法拉电容/超级电容器的应用方案之一
本方案适用于在用电容储能（或已更换蓄电池组）式硅整流分合闸装置。在原电路上改造的电路原理如图一所示：其中图中虚线框内所包含的线路图右上角打叉的为改造要去掉的电解电容器组或蓄电池组。图中虚线框内所包含的线路图右上角打勾为为需加入的超级电容器及电路，每只超级电容器参数为0.85F/280V，（85万微法）两只超级电容器采用同时工作，互为热备的工作方式。R1R2为充电限流电阻，根据所需充电速度的大小可选择500W或1000W卤钨灯（或100W~200W白炽灯）其冷态电阻较热态电阻小5~6倍，比较适合电容器电压建立后宜减小限流电阻的要求。这一方案的优势为：
　　1. 在保留了原设备结构简单，成本低，维护量小的特点的同时，保证了分闸能量供应的绝对可靠，这是因为超级电容器的储能较原电解电容器组大了几百倍，在停电后可保证数百次的分闸，安全余量非常大。
　　2. 极小的漏电使其荷电保持能力非常强，停电数天后应有上百次的分闸能力。
　　3. 一旦其中一只电容出现问题不会影响另一只的独立工作，其检查功能，在不影响另一只正常投入工作的情况下可在例行的检查中发现故障超级电容而更换掉。
　　超级电容应用方案之二
　　本方案主要适用于生产厂改型的电容储能式分合闸装置。本方案是将原电容储能式分合闸装置的大功率合闸整流电源部分换成小功率电源，只供超级电容器充电和一些经常负荷，去掉原装置中的电压补偿电解电容器组，由超级电容器负责高压开关的合闸及事故失电分闸。在这里合闸一次电压只降低3V左右，而这一电压降将很快被充电补充，适合连续合闸，这一方案的成本将低于原电容储能式硅整流分合闸装置，有着同方案一同样的优势，还可以在停电后有数分钟的经常负荷供电能力，较原装置是一个进步。C1、C2、R1、R2的选择同方案一。
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用法拉电容从容实现单片机掉电数据保存
电路见下这里首先用供电如为什么用不用是显而易见的这里的二极管们一般都起两个作用一是利用单向导电性保证向储能电容单向冲电二是起钳位作用钳去保证使大多数系列的单片机都能在之间的标称工作电压下工作而间这电压在电容的电荷流失时间就是我们将来在掉电报警后我们可以规划的预警回旋时间两只欧电阻也有两个作用和和电容一起用于加强电源滤波对单片机供电限流
一般电子工程师都喜欢把单片机电源直接接上这是个非常不好的习惯为什么可提供高达的供电电流异常时足够把单片机芯片内部烧毁有这个电阻欧姆电阻挡作及时把芯片或者极性插反也不会烧单片机和三端稳压器但这电阻也不能太大上限不要超过欧否则对单片机内部编程时会编程失败其实是电源不足对储能电容串入的这只欧电阻消除巨量法拉电容的上电浪涌实现冲电电流削峰
大家算一算要充满电容到即使用恒流对电容冲电也需要秒才能冲到既然知道了这个问题大家就清楚
如果没有欧姆电阻限流上电瞬间三端稳压器必然因强大过电流而进入自保长达秒如果真有恒流充电的话缓慢上电如此缓慢的上电速率将使得以微分电路为复位电路的单片机因为上电太慢无法实现上电复位其实要充满电容常常需要几分种正因为上电时间太慢将无法和今天大多数主流型以在线写入类单片机与写片上位计算机软件上预留的等待应答时间严重不匹配一般都不大于从而造成应答失步故总是提示通信失败知道这个道理你就不难理解这个电路最上面的二极管和电阻串联起来就是必须要有上电加速电路这里还用了一只内部空心不带蓝色的肖特基二极管从法拉电容向单片机放电还同时阻断法拉电容对上电加速电路的旁路作用用肖特基二极管是基于其在小电流下导通电压只有左右考虑的目的是尽量减少法拉电容在掉电时的电压损失多留掉点维持时间三极管和钳制位二极管分压电阻垫位电阻欧姆等构成基极上发射极双端输入比较器实现掉电检测和发出最高优先级的掉电中断这部分电路相当于半只比较器但电路更简单耗电更省掉电时耗电小于电阻和欧姆二极管一道构成嵌位电路保证基极电位大约在左右可这样计算二极管导通电压这样如果发射极电压为此时就是外部掉电三极管正好导通而且因为单片机高电平为弱上拉大约此时一定是导通且弱电流饱和的这样就向单片机内部发出最高硬件优先级的掉电中断而在平时正常供电时因发射极上也大约有电压上顶不难发现三极管一定处于截止状态而使维持高电平的下面还有两个重要软硬件要点和建议硬件要点凡是驱动单片机外部口线等的以输出高电平驱动外部设备其电源不能和电片机的供电电压去争抢例如上拉电阻供电不取自单片机而应直接接在电源前方图中电阻和口线就是一个典型示例接其它口线和负载也雷同这里与上拉电阻相串联二极管也有两个作用钳去电压以便与单片机工作电压相匹配防止口线向单片机内部反推电造成单片机口线功能紊乱利用二极管单向供电特性防止掉电后单片机通过口线向电源和外部设备反供电上面的硬件设计在与软件结合起来见下面叙述就可以保证在掉电期间不会因法拉电容上的积累电荷为已经掉电的外部电路无谓供电和向电源反供电造成电容能量泄放缩短掉电维持时间软件要点首先在硬件上设计是处于最高优先级的这里还必须要在软件保证最高级别的优先从而确保掉电时外部中断能打断其他任何进程最高优先地被检测和执行其次在的中断程序入口还要用掉电保存
来阻断法拉电容的电荷通过单片机口线外泄和随后跳转掉电写入子程序模块见硬件要点有了上面的预备和细节处理下面我们信心百倍地一道来计算的电容从跌落到甚至可以下到所能维持的单片机掉电工作时间这里设单片机工作电流为外设驱动电流已经被屏蔽不难算出是因为工作电流为豪安秒天这个对单片机而言相当于从原始社会到共产主义社会的历史慢长休说是写内部就是从新写片子本身都能写
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