Электронное устройство любого назначения не может функционировать без наличия источника питания. Традиционными способами его получения были:
- сетевой источник, который формировал выходное постоянное напряжение из переменного сетевого;
- аккумулятор или гальванический элемент (батарейка).
Последние делали устройство независимое от питающей сети, но обеспечивали его работоспособность ограниченное время. После исчерпания заряда требовалась замена батарейки или зарядка аккумулятор. Главные недостатки аккумулятора – высокая стоимость, неудовлетворительные массогабаритные характеристики и длительное время заряда.
Для по крайней мере частичного их исправления были разработаны и внедрены в широкую инженерную практику их функциональные аналоги, известные под названием ионисторов. Иногда их называют суперконденсаторами.
Конструкция ионисторов и особенности их включения
Как элемент ионистор имеет характерные черты как аккумулятора, так и конденсатора.
От аккумулятора элемент взял использование электрохимических процессов для генерации электрического тока, которые возникают в результате взаимодействия двух материалов с противоположными типами зарядов, разделенных слоем твердого диэлектрика, который играет роль электролита.
С конденсатором ионистор роднит использование для изготовления электродов диэлектриков и их пластинчатое исполнение. Последнее необходимо для наращивания площади взаимодействия.
Наиболее подходящая основа рабочих слоев – различные углеродные соединения. Для увеличения рабочей площади применяют вспенивание, защита от короткого замыкания обеспечена установкой показанного на рисунке 1 сепаратора.
Чисто внешне этот компонент очень похож на электролитический конденсатор (см. рисунок 2), имеет сходную с ним маркировку. Например, широко распространенные отечественные конденсаторы обозначаются как К50-6, тогда как ионистор К58-15.
Элемент может работать в цепях постоянного и пульсирующего тока. Пример реализации на нем источника резервного питания микросхем показан на рисунке 3. Ионистор С подзаряжается напряжением U, диод VD блокирует короткое замыкание при его пропадании. Дополнительный токоограничивающий резистор R предохраняет ионистор С от перегрузки при высокой степени разряда.
Преимущества и недостатки
Основное преимущество ионистора – сочетание высокой емкости и малого времени заряда. Немаловажное значение для практики приобретает то, что при эксплуатации в штатном режиме выдерживает свыше ста тысяч циклов заряд-разряд, что эквивалентно длительному сроку службы. Рабочий температурный диапазон (в интервале от -40 до +70°С) практически полностью соответствует промышленной электронике класса MICE2.
При типовой емкости в единицы Фарад обеспечивает работоспособность внутренней памяти и задающего генератора на протяжении нескольких суток.
Недостатками современных ионисторов считаются достаточно высокая стоимость и невысокое напряжение одиночного компонента. В результате для получения нужного напряжения приходится последовательно соединять несколько элементов. Кроме того, прибор чувствителен к перегрузкам.
Области применения
Ионисторы распространены в цифровой аппаратуре, в которой выполняет функции резервного источника питания некоторых микросхем. Чаще всего это память контроллера и его задающего генератора, что позволяет сохранить последние настройки параметров и внутреннего таймера. Вполне пригоден также для применения в малогабаритных светодиодных фонариках.
