「2019」「RM圆桌」第四期 超级电容哪家强？

1、  超级电容要在备赛的哪个阶段去做呢？最应该避免犯的错误是什么呢？

a)      超级电容最好从备赛开始时就开始设计，并且在第一代机器人投入测试前就应该具有较为完备的功能，这是为了有足够的时间验证方案的稳定性，和对超级电容的性能的进行改善。

b)     最应该避免放的错误（没有之一）：千万不要把电容组极性接错（电解电容的话我相信你会毕生难忘的，毕竟这么大的电容，爆炸也很有排面是吧。）

c)      此外，电容组一定要设计过充保护，事关安全。。

d)     硬件设计时一定要认真阅读器件手册，不要全照搬照抄典型应用。。

5、        一般做超级电容有什么工作流程？（包括需求分析、元器件选型等内容）
一、        需求分析
功能需求：
1、        限制输入功率，超级电容在没电时对直流的阻抗很小，这就意味着一开始给电容的充电功率会非常大，需要增加一些额外的硬件来限制输入功率，以避免机器人在一上电时因为给超级电容充电而导致超功率暴毙。。。。

2、        需要稳压输出，随着超级电容的放电，电容组电压会大幅度下降，如果直接把电容组电压供给底盘，轻则造成底盘电机效率降低，特性变软，影响底盘控制；重则导致电调欠压重启，造成致命问题。。
3、        能存储足够多的能量，一方面这涉及到电容组的选型，和机械尺寸，重量的限制，需要在设计时综合机器人的实际情况考虑，另一方面涉及到超级电容的方案中是否对电容电压进行升压，这直接关系到你能使用你电容组总容量的多少。
4、        功率路径的管理和切换：一般情况下电容迟早会没电，电容充电需要时间，而赛场上没有人会给你时间回复自己的电容能量。这就需要能够控制什么时候用电容作为底盘电源，什么时候用裁判系统输出作为底盘电源。而对于这个问题，我粗略的把它划分为主动式功率路径管理和被动式功率路径管理，他们的区别会在之后提到。
5、        当裁判系统切断底盘供电，不论超级电容有电与否，超级电容模块必须停止底 盘供电。
6、        底盘输出功率不足80W时，剩余功率对超级电容充电，并且当底盘功率大于80W且超级电容有电时，输入功率恒定为80W左右。。

性能需求：
1、        稳定，啥都不用说了，这是重中之重。比赛功率出问题了，设计者是要谢罪的！！！(玩笑归玩笑，但后果非常严重，平时测试绝对不能凑合，不行就是不行!!)
2、        超级电容自身损耗小，这之中有MOS的开关损耗（buck和boost）、传导损耗（Powerpath管理），功率二极管的损耗（视具体方案而定，如果你的功率路径上串联有大功率二极管的话，需要考虑），电容组冲放电的损耗，和控制电路正常工作消耗掉的功率。

一、结构框图：

我给出一个超级电容的结构框图，比较简单，省略了一万个可能遇到现实问题，重在帮助大家理清思路，明确各部分存在的意义，其中各个黄色模块会分开详细叙述。

                               
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1、        输入功率（输出功率）的检测：采集输入电压和输入电流得到，输入电压的采集可以分压之后直接ADC采集，但我建议加上一级有源RC滤波后再用ADC采集。关于电流的采集可以在低侧（其实高侧也完全可以，不在乎成本的话。。）串联采样电阻再用运放放大得到，另一种可以采用基于霍尔原理的电流传感器。就目前的需求来说低侧串联采样电阻就完全够用。

1、  降压：这一部分可以采用一些降压恒流恒压模块，某宝上很多，很多都可以设置输出电压、电流，稍微改动一下就可以用stm32实现闭环。另外肝比较健壮的也可以自己设计这一部分电路，可以大幅提高整个超级电容模块的集成度。采用降压模块的目的是为了限制给电容的充电功率。

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3、        功率二极管：可以采用大功率二极管，但一般都有0.6V到0.7V的导通压降，会产生不小的导通损耗。。。白白浪费功率。。因此可以换成用低导通内阻的NMOS来设计理想二极管以此来减小由于导通内阻造成的传导损耗。。但这么做也会造成新的功率损失，当降压电路限制电容的充电功率时，会造成充当理想二极管的NMOS频繁开关，因此会引入开关损耗，一方面取决于你的Mos驱动能力，另一方面取决于你的MOS门极寄生电容的大小，这两个因素决定了你的mos上升沿和下降沿的陡峭程度，决定了你的mos有多长时间工作在放大状态产生开关损耗。。。至于哪种方案损耗小，我没有具体测试过，留给各位大牛自己去寻找答案。。。

4、  升压：同上，可以购买具有恒压功能的升压模块，肾好技术也好的大佬也可以自己设计，全功能集成，想想都觉得美丽。。。。

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1、  功率路径的管理：需要解决两个问题，一个是电压高的电源不会给低压电源倒灌，另一个是我可以控制此时由哪个电源供给底盘。常见的方案有两种，但不仅限于此。

a)      每路电源串连二极管Diode ORing。通过功率二极管来实现功率路径的切换，如下图所示：（对应上文提到的被动式Powerpath管理）

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