原標題：使用超級電容器讓物聯網節點免受欠壓影響

一、超級電容器的作用機制

超級電容器（Supercapacitor）是一種高能量密度、快速充放電的儲能元件，其核心優勢在于：

1. 高功率密度：可瞬間釋放/吸收大電流，適合應對短時電壓波動。

2. 長循環壽命：充放電次數遠超電池（可達數十萬次），適合長期運行場景。

3. 寬工作溫度范圍：在-40℃至+85℃環境下仍能穩定工作，適應極端環境。

在物聯網節點中，超級電容器通過以下方式防止欠壓：

• 電壓緩沖：當主電源（如電池、太陽能板）電壓下降時，超級電容器釋放存儲的電能，維持節點電壓穩定。

• 快速響應：毫秒級響應速度，避免因電壓瞬降導致節點重啟或數據丟失。

• 延長電池壽命：減少電池深度放電次數，延緩電池老化。

二、超級電容器在物聯網節點中的典型應用場景

1. 能量收集系統（如太陽能、振動能）
   當主電源輸出不穩定時（如光照不足或振動減弱），超級電容器提供備用能量，確保節點持續工作。

2. 電池供電節點
   在電池電量不足或負載突變（如傳感器突發采樣）時，超級電容器平滑電壓波動，避免節點因欠壓關機。

3. 瞬態負載應對
   例如無線通信模塊（如LoRa、NB-IoT）發射時的高電流需求，超級電容器可瞬間提供峰值功率，避免主電源電壓驟降。

三、設計要點與實現方案

1. 容量選擇
   超級電容器的容量需根據節點功耗、欠壓持續時間及允許的電壓降計算：

C≥ΔV2×I×t

• I：節點平均電流（A）

• t：欠壓持續時間（s）

• ΔV：允許的電壓降（V）
  示例：若節點功耗為10mA，需維持10秒，允許電壓降0.5V，則需400mF電容。

2. 電路設計

• 并聯連接：超級電容器與主電源并聯，通過二極管隔離反向電流。

• 充電管理：采用恒流/恒壓充電電路，避免過充損壞電容器。

• 電壓監測：通過ADC實時監測超級電容器電壓，觸發低電量告警。

3. 成本與壽命平衡

• 超級電容器單價較高，但長期來看可降低電池更換成本。

• 選擇高耐壓型號（如2.7V或5.5V）以減少串聯數量，簡化電路設計。

四、優勢與局限性分析

五、推薦方案

1. 低功耗節點：選擇10F/2.7V超級電容器，配合升壓DC-DC轉換器，延長電池壽命。

2. 能量收集節點：采用超級電容器+小容量電池混合供電，平衡成本與性能。

3. 工業物聯網：選用耐高溫（-40℃~+85℃）超級電容器，適應戶外惡劣環境。

六、總結

超級電容器通過提供瞬時能量緩沖，可有效解決物聯網節點在電壓波動下的欠壓問題，尤其適合能量收集、電池供電及高可靠性場景。設計時需合理選擇容量、優化電路并權衡成本，以實現最佳性能與經濟性。