一種超級(jí)電容充電電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型一種超級(jí)電容充電電路，屬于超級(jí)電容的充電電路的【技術(shù)領(lǐng)域】；解決的技術(shù)問(wèn)題為：提供一種無(wú)需MCU干預(yù)、并能夠調(diào)節(jié)充電電壓的超級(jí)電容充電電路；采用的技術(shù)方案為：一種超級(jí)電容充電電路，包括：供電電源、穩(wěn)壓電路、反饋控制電路和超級(jí)電容組，所述供電電源與所述穩(wěn)壓電路相連，所述穩(wěn)壓電路與所述超級(jí)電容組相連，所述反饋控制電路分別與所述穩(wěn)壓電路和所述超級(jí)電容組相連；本實(shí)用新型適用于充電控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說(shuō)明】一種超級(jí)電容充電電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型一種超級(jí)電容充電電路，屬于超級(jí)電容的充電電路的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲(chǔ)能器件，具有功率密度大、充電速度快、容量高、可逆性好、使用壽命長(zhǎng)和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，此外，超級(jí)電容器的充放電曲線更接近于電容器而不同于傳統(tǒng)電池，可以應(yīng)用于短時(shí)高峰值電流中或者傳統(tǒng)電池?zé)o法應(yīng)用的領(lǐng)域中，再加上超級(jí)電容器還具有充放電次數(shù)多、存儲(chǔ)周期長(zhǎng)和無(wú)需定期維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此，超級(jí)電容器是替代鋰電池等傳統(tǒng)電池的最佳方案。
[0003]雖然市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了一些專為超級(jí)電容器而設(shè)計(jì)的充電IC產(chǎn)品，這些產(chǎn)品也具有輸入/輸出電流限制功能、自動(dòng)電池平衡功能以及其他眾多的保護(hù)功能，但是這些器件僅能提供單個(gè)或兩個(gè)串聯(lián)電容的充電控制，無(wú)法應(yīng)用于多個(gè)串聯(lián)電容的充電，而在實(shí)際的工程應(yīng)用中，常常需要將多個(gè)超級(jí)電容串聯(lián)起來(lái)工作，以提供更高的工作電壓和更多的倉(cāng)tfi。
[0004]現(xiàn)今，針對(duì)多個(gè)串聯(lián)電容常用的充電方法主要有:恒定電壓充電法、恒定電流充電法、恒定功率充電法和MCU采集控制法；恒定電壓充電法是指在充電過(guò)程中、充電電壓始終保持不變的方法，此法雖然可避免在充電后期出現(xiàn)由于充電電流過(guò)大而造成極板活性物質(zhì)脫落和電能損失的情況，但是會(huì)由于充電初期充電電流過(guò)大而超出電極允許的最大電流，容易使電容極板彎曲，造成電容器的報(bào)廢；恒定電流充電法是指在充電過(guò)程中、充電電流始終保持不變的方法，此法雖然能夠使電容的充電時(shí)間縮短，但是若在充電后期仍保持充電電流的大小不變，那么電極電壓將會(huì)超過(guò)最大允許電壓，導(dǎo)致電解液析出氣泡過(guò)多而呈現(xiàn)出沸騰狀態(tài)，這不但浪費(fèi)了電能，而且容易使電池的溫度過(guò)高，造成電容儲(chǔ)存容量下降而提前報(bào)廢；恒定功率充電法是指在充電過(guò)程中、始終保持恒定的功率進(jìn)行充電的方法，若在充電電源帶載能力有限的情況下使用此種方法充電，由于初始充電電壓較低，使得充電電流較大，勢(shì)必影響其他負(fù)載的正常工作；MCU采集控制法是指采用MCU實(shí)時(shí)檢測(cè)超級(jí)電容組的端電壓、經(jīng)過(guò)分析和處理、得到相對(duì)應(yīng)的PWM控制信號(hào)來(lái)控制主回路開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷、從而改變充電電流大小的方法，此法雖然能夠根據(jù)需要對(duì)充電電流進(jìn)行精確控制，但是需要MCU的干預(yù)，電路較復(fù)雜,成本較高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問(wèn)題為:提供一種無(wú)需MCU干預(yù)、并能夠調(diào)節(jié)充電電壓的超級(jí)電容充電電路。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:一種超級(jí)電容充電電路，包括:供電電源、穩(wěn)壓電路、反饋控制電路和超級(jí)電容組，所述供電電源與所述穩(wěn)壓電路相連，所述穩(wěn)壓電路與所述超級(jí)電容組相連，所述反饋控制電路分別與所述穩(wěn)壓電路和所述超級(jí)電容組相連。
[0007]所述穩(wěn)壓電路包括具有寬輸入范圍且輸出可調(diào)的開(kāi)關(guān)電源芯片，所述反饋控制電路包括雙向電流采集器，所述開(kāi)關(guān)電源芯片的供電輸入端并接去耦電容Cl的一端后與供電電源相連，所述開(kāi)關(guān)電源芯片的輸出端并接采樣電阻Rl的一端后與所述開(kāi)關(guān)電源芯片的電流檢測(cè)正端相連，所述開(kāi)關(guān)電源芯片的電壓調(diào)節(jié)控制端并接電阻R2的一端后與電阻R3的一端相連，所述電阻R3的另一端與所述雙向電流采集器的輸出端相連，所述雙向電流采集器的電流檢測(cè)負(fù)端并接采樣電阻Rl的另一端后與所述超級(jí)電容組的電源端相連，所述電阻R2的另一端和去耦電容Cl的另一端均接地；所述超級(jí)電容組包括多個(gè)超級(jí)電容器，所述的多個(gè)超級(jí)電容器之間依次串聯(lián)在一起；所述的每個(gè)超級(jí)電容器的兩端均并接有一個(gè)分壓電阻；所述的多個(gè)超級(jí)電容器中，在每?jī)蓚€(gè)相鄰的超級(jí)電容器非接觸的兩端均并接有一個(gè)穩(wěn)壓二極管。
[0008]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0009]1、本實(shí)用新型中，充電電路包括供電電源、穩(wěn)壓電路、反饋控制電路和超級(jí)電容組，供電電源為穩(wěn)壓電路提供電源，穩(wěn)壓電路向超級(jí)電容組進(jìn)行穩(wěn)定的充電，反饋控制電路從穩(wěn)壓電路向超級(jí)電容組充電的線路上采集充電電壓信號(hào)，然后將充電電壓信號(hào)反饋給穩(wěn)壓電路，進(jìn)而控制穩(wěn)壓電路輸出合適的充電電壓給超級(jí)電容組，本充電電路無(wú)需MCU的干預(yù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)充電電壓的調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。
[0010]2、本實(shí)用新型中，穩(wěn)壓電路包括開(kāi)關(guān)電源芯片，反饋控制電路包括雙向電流采集器，開(kāi)關(guān)電源芯片的供電輸入端與供電電源相連、輸出端與超級(jí)電容組相連，雙向電流采集器在開(kāi)關(guān)電源芯片和超級(jí)電容組之間的連線上進(jìn)行充電電壓信號(hào)的采集、并通過(guò)電流檢測(cè)正端、電流檢測(cè)負(fù)端將采集到的信號(hào)輸入其芯片內(nèi)部、經(jīng)過(guò)放大后再通過(guò)輸出端輸送給開(kāi)關(guān)電源芯片的電壓調(diào)節(jié)控制端，雙向電流采集器根據(jù)此反饋電壓信號(hào)對(duì)充電電壓的輸出值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使超級(jí)電容組的充電電流保持恒定，隨著充電電壓值的不斷升高、當(dāng)達(dá)到供電電壓值時(shí)，超級(jí)電容組的充電電流逐漸降低、充電速度減慢，直至自動(dòng)停止充電；在上述充電過(guò)程中，超級(jí)電容組中的超級(jí)電容保持恒流充電、充電效率高，且發(fā)熱量小，不會(huì)對(duì)超級(jí)電容造成損害、以致減少其使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明；
[0012]圖1為本實(shí)用新型的方框原理圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型的電路原理圖；
[0014]圖3為兩個(gè)超級(jí)電容器串聯(lián)在一起的電路結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015]圖中:1為供電電源，2為穩(wěn)壓電路，3為反饋控制電路，4為超級(jí)電容組。

【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示，一種超級(jí)電容充電電路，包括:供電電源1、穩(wěn)壓電路2、反饋控制電路3和超級(jí)電容組4，所述供電電源I與所述穩(wěn)壓電路2相連，所述穩(wěn)壓電路2與所述超級(jí)電容組4相連，所述反饋控制電路3分別與所述穩(wěn)壓電路2和所述超級(jí)電容組4相連。
[0017]如圖2所示，具體地，所述穩(wěn)壓電路2包括具有寬輸入范圍且輸出可調(diào)的開(kāi)關(guān)電源芯片，本實(shí)施例中的開(kāi)關(guān)電源芯片可為TI公司的TPS5430DDA芯片，TPS5430DDA芯片是降壓開(kāi)關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，電壓輸入范圍為5.5V?36V，可提供3A的連續(xù)電流輸出(峰值電流可達(dá)4A)，TPS5430DDA芯片具有完善的保護(hù)電路，包括過(guò)流保護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路等，利用該芯片只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效的穩(wěn)壓電路；所述反饋控制電路3包括雙向電流采集器，本實(shí)施例中的雙向電流采集器可為AD公司的AD8210YRZ芯片，AD821YRZ芯片為電流檢測(cè)運(yùn)算放大器，該芯片能夠放大經(jīng)分流電阻流至負(fù)載的電流，并輸出以地為參考、與負(fù)載電流成比例的電壓，初始增益為20V/V，本實(shí)施例中使用的增益還為此增益，AD8210YRZ芯片具有高電壓接口，并能夠在分流電阻上進(jìn)行雙向電流監(jiān)控，簡(jiǎn)化了高端電流的監(jiān)控動(dòng)作，AD8210YRZ芯片具有高工模抑制特性和出色的溫度性能，可在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)最佳精度。
[0018]所述開(kāi)關(guān)電源芯片的供電輸入端(即本實(shí)施例中TPS5430DDA芯片的VIN端)并接去耦電容Cl的一端后與供電電源I相連，所述開(kāi)關(guān)電源芯片的輸出端(即本實(shí)施例中TPS5430DDA芯片的PH端)并接采樣電阻Rl的一端后與所述雙向電流采集器的電流檢測(cè)正端(即本實(shí)施例中AD8210YRZ芯片的+IN端)相連，所述開(kāi)關(guān)電源芯片的電壓調(diào)節(jié)控制端(SP本實(shí)施例中TPS5430DDA芯片的SENSE端)并接電阻R2的一端后與電阻R3的一端相連，所述電阻R3的另一端與所述雙向電流采集器的輸出端(即本實(shí)施例中AD8210YRZ芯片的OUT端)相連，本實(shí)施例中，TPS5430DDA芯片的BOOT端與電容C2的一端相連，電容C2的另一端與TPS5430DDA芯片的PH端相連；所述雙向電流采集器的電流檢測(cè)負(fù)端(即本實(shí)施例中AD8210YRZ芯片的-1N端)并接采樣電阻Rl的另一端后與所述超級(jí)電容組4的電源端相連，本實(shí)施例中，AD8210YRZ芯片的參考電壓VREFl端與電源電壓VDD相連，AD8210YRZ芯片的參考電壓VREF2端與超級(jí)電容組4的接地端相連，所述電阻R2的另一端與去耦電容Cl的另一端均接地；本實(shí)施例中，采樣電阻Rl的阻值可為0.1 Ω，去耦電容Cl的電容值可為10 μ F，電容C2的電容值可為0.01 μ F。
[0019]所述超級(jí)電容組4包括多個(gè)超級(jí)電容器，所述的多個(gè)超級(jí)電容器之間依次串聯(lián)在一起，本實(shí)施例中的超級(jí)電容器可選用韓國(guó)VINA公司的超級(jí)電容器VEC 2R7 156 QC，該超級(jí)電容器的充放電過(guò)程始終是物理過(guò)程，沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，性能穩(wěn)定；若施加的電壓低于額定電壓，超級(jí)電容器的壽命會(huì)延長(zhǎng)，相反地，若施加電壓高于額定電壓，超級(jí)電容器的壽命將會(huì)縮短，所以為了防止超級(jí)電容器因?yàn)槌潆婋妷哼^(guò)高而被損壞，如圖3所示，可在所述的每個(gè)超級(jí)電容器的兩端均并接一個(gè)分壓電阻；由于超級(jí)電容器容量的差異，每個(gè)電容器儲(chǔ)存的電荷量是不均衡的，在放電過(guò)程中，個(gè)別電容器可能出現(xiàn)負(fù)壓、使得電容記性改變，而若電容器長(zhǎng)時(shí)間在相反的極性狀態(tài)下工作，不僅會(huì)縮短使用壽命，還會(huì)發(fā)生例如電解液泄漏等嚴(yán)重的損毀，所以為了防止上述情況的發(fā)生，如圖3所示，所述的多個(gè)超級(jí)電容器中，可在每?jī)蓚€(gè)相鄰的超級(jí)電容器非接觸的兩端均并接一個(gè)穩(wěn)壓二極管。
[0020]本實(shí)施例中，設(shè)定恒定的充電電流為600mA，則AD8210YRZ芯片的OUT端輸出的電壓值為20 X 0.6AX 0.1 Ω =1.2V,而TPS5430DDA芯片通過(guò)調(diào)節(jié)VENSE端至1.22V輸出，充電初期，當(dāng)充電電流小于(大于)600mA時(shí)，TPS5430DDA芯片的VENSE端電壓小于(大于)1.22V,TPS5430DDA芯片內(nèi)部調(diào)節(jié)升高(降低)輸出電壓，以保證充電電流保持在600mA，充電后期，超級(jí)電容器的端電壓接近供電電源時(shí)，充電電流降低直至停止充電；本實(shí)施例中的充電電流可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，只要匹配合適電阻R2和電阻R3的值即可。
[0021]本實(shí)用新型也可為鋰電池進(jìn)行充電，僅需將超級(jí)電容組更換為相應(yīng)電壓的鋰電池組即可，上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種超級(jí)電容充電電路，其特征在于:包括:供電電源(I)、穩(wěn)壓電路(2)、反饋控制電路(3 )和超級(jí)電容組(4 )，所述供電電源(I)與所述穩(wěn)壓電路(2 )相連，所述穩(wěn)壓電路(2 )與所述超級(jí)電容組(4)相連，所述反饋控制電路(3)分別與所述穩(wěn)壓電路(2)和所述超級(jí)電容組(4)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級(jí)電容充電電路，其特征在于:所述穩(wěn)壓電路(2)包括具有寬輸入范圍且輸出可調(diào)的開(kāi)關(guān)電源芯片，所述反饋控制電路(3)包括雙向電流采集器； 所述開(kāi)關(guān)電源芯片的供電輸入端并接去耦電容Cl的一端后與供電電源(I)相連，所述開(kāi)關(guān)電源芯片的輸出端并接采樣電阻Rl的一端后與所述開(kāi)關(guān)電源芯片的電流檢測(cè)正端相連，所述開(kāi)關(guān)電源芯片的電壓調(diào)節(jié)控制端并接電阻R2的一端后與電阻R3的一端相連，所述電阻R3的另一端與所述雙向電流采集器的輸出端相連，所述雙向電流采集器的電流檢測(cè)負(fù)端并接采樣電阻Rl的另一端后與所述超級(jí)電容組(4)的電源端相連，所述電阻R2的另一端和去耦電容Cl的另一端均接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超級(jí)電容充電電路，其特征在于:所述超級(jí)電容組(4)包括多個(gè)超級(jí)電容器，所述的多個(gè)超級(jí)電容器之間依次串聯(lián)在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超級(jí)電容充電電路，其特征在于:所述的每個(gè)超級(jí)電容器的兩端均并接有一個(gè)分壓電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超級(jí)電容充電電路，其特征在于:所述的多個(gè)超級(jí)電容器中，在每?jī)蓚€(gè)相鄰的超級(jí)電容器非接觸的兩端均并接有一個(gè)穩(wěn)壓二極管。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK204012796SQ201420331837
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】劉國(guó)忠, 那凱鵬, 霍利峰, 楊宇飛, 李俏峰 申請(qǐng)人:山西科泰微技術(shù)有限公司