超級(jí)電容充放電電路和用該電路制成的計(jì)量?jī)x表的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種超級(jí)電容充放電電路，包括限流電阻、旁路放電開關(guān)管和電壓檢測(cè)電路；充電電源直接連接用電設(shè)備，并通過限流電阻與超級(jí)電容連接，旁路放電開關(guān)管的活動(dòng)端與限流電阻并聯(lián)，電壓檢測(cè)電路的輸入端與供電電源連接，輸出端與旁路放電開關(guān)管的控制端連接。本實(shí)用新型還公開了一種應(yīng)用所述超級(jí)電容充放電電路制成的計(jì)量?jī)x表。本實(shí)用新型的電路和計(jì)量?jī)x表在供電電源正常工作時(shí)，電源通過限流電阻對(duì)超級(jí)電容充電，因此電源的性能要求較低；在供電電源掉電時(shí)，通過旁路放電開關(guān)管將限流電阻短路，從而使得超級(jí)電容直接對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行供電，保證了超級(jí)電容存儲(chǔ)能量的充分利用；此外，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電路可靠，成本低廉。
【專利說明】
超級(jí)電容充放電電路和用該電路制成的計(jì)量?jī)x表
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型具體涉及一種超級(jí)電容充放電電路和用該電路制成的計(jì)量?jī)x表?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著國家經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，不間斷供電或盡量延長(zhǎng)設(shè)備掉電后的工作時(shí)間已經(jīng)逐步成為了人們生產(chǎn)和生活中必不可少的要求之一。[〇〇〇3]超級(jí)電容又名黃金電容或法拉電容，其通過極化電解質(zhì)來進(jìn)行儲(chǔ)能；由于其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此這種儲(chǔ)能過程是可逆的，所以超級(jí)電容可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，超級(jí)電容已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用于不間斷電源、計(jì)量?jī)x表、電動(dòng)汽車等各行各業(yè)，發(fā)揮著電能存儲(chǔ)器的重要作用。
[0004]目前，小容量超級(jí)電容充放電電路一般具有兩種形式，圖1所示的為充電電源和用電設(shè)備都與超級(jí)電容直連模式的電路原理示意圖:充電電源輸出一個(gè)恒定的電壓，這個(gè)充電電源在給超級(jí)電容充電的同時(shí)，供給系統(tǒng)電源。在充電電源停止輸出電壓時(shí)，由超級(jí)電容繼續(xù)給系統(tǒng)電源供電。
[0005]這種電路簡(jiǎn)單，放電充分。但是，這個(gè)電路對(duì)充電電源要求高。因超級(jí)電容內(nèi)阻很小，在電容電壓與電源電壓差值比較大時(shí)，需要充電電源提供很大的充電電流。幾個(gè)法拉的超級(jí)電容初始充電電流會(huì)到幾個(gè)至十幾個(gè)安培，幾十個(gè)法拉的超級(jí)電容初始充電電流會(huì)達(dá)到數(shù)十安培。小容量超級(jí)電容一般用于小功率設(shè)備，設(shè)計(jì)這么大電流的充電電源，成本會(huì)比較高。
[0006]圖2所示為充電電源和用電設(shè)備通過一個(gè)限流電阻與超級(jí)電容連接的電路原理示意圖:充電電源輸出一個(gè)恒定的電壓，這個(gè)充電電源在給超級(jí)電容充電的同時(shí)，供給系統(tǒng)電源。在充電電源停止輸出電壓時(shí)，由超級(jí)電容繼續(xù)給系統(tǒng)電源供電。超級(jí)電容充電和放電時(shí)都要經(jīng)過限流電阻。
[0007]限流電阻R1—般選用一個(gè)阻值幾個(gè)歐姆的功率型電阻。這個(gè)電阻可以將充電電流限制在一兩個(gè)安培以內(nèi)，滿足小功率設(shè)備電源設(shè)計(jì)。
[0008]這種電路對(duì)充電電源要求沒那么高，可以降低充電電源成本。但是，存在電容放電不充分的弊端。因超級(jí)電容放電時(shí)，電壓是持續(xù)下降的，下降到一定水平，用電設(shè)備就不能正常工作了。比如，當(dāng)系統(tǒng)電源電流需要200mA、限流電阻2 Q時(shí)，超級(jí)電容有0.4V壓降區(qū)間的能量不能釋放出來。【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型的目的之一在于提供一種能夠充分利用超級(jí)電容容量又對(duì)充電電源性能沒有過高要求的超級(jí)電容充放電電路。
[0010]本實(shí)用新型的目的之二在于提供一種利用所述超級(jí)電容充放電電路制成的計(jì)量?jī)x表。
[0011]本實(shí)用新型提供的這種超級(jí)電容充放電電路，包括限流電阻，還包括旁路放電開關(guān)管和電壓檢測(cè)電路;充電電源與用電設(shè)備直接連接，并通過限流電阻與超級(jí)電容連接，旁路放電開關(guān)管的活動(dòng)端并聯(lián)在限流電阻兩端，電壓檢測(cè)電路的輸入端與供電電源連接，輸出端與旁路放電開關(guān)管的控制端連接；電壓檢測(cè)電路用于檢測(cè)供電電源的電壓，在供電電源正常工作時(shí)輸出關(guān)閉旁路放電開關(guān)管的信號(hào)，保證充電電源通過限流電阻給超級(jí)電容充電，并在供電電源電壓下降到設(shè)定值時(shí)輸出打開旁路放電開關(guān)管的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)旁路放電開關(guān)管開通，使得超級(jí)電容直接對(duì)用電設(shè)備供電。
[0012]所述的超級(jí)電容充放電電路還包括控制器;控制器的I/O引腳直接與旁路放電開關(guān)管的控制端連接，用于控制旁路放電開關(guān)管的開通與關(guān)斷，從而控制超級(jí)電容的充電和放電模式。[0〇13]所述的旁路放電開關(guān)管為三極管、M0S管或IGBT。
[0014]所述的電壓檢測(cè)電路包括電壓采樣電路、開關(guān)管模塊、上拉電阻和輸出限流電阻； 電壓采樣電路用于采樣供電電源的電壓信號(hào)，并將采樣的信號(hào)輸入到開關(guān)管模塊的控制端;開關(guān)管模塊的活動(dòng)端一端通過上拉電阻與充電電源連接，同時(shí)還通過輸出限流電阻與旁路放電開關(guān)管的控制端連接，另一端與地連接。
[0015]所述的電壓采樣電路為電阻分壓電路。[〇〇16]所述的開關(guān)管模塊為三極管、M0S管或IGBT。[〇〇17]所述的開關(guān)管模塊包括兩個(gè)第一三極管、第二三極管和輔助上拉電阻；第一三極管的基極與電壓采樣電路的輸出端連接，發(fā)射極與地連接，集電極通過輔助上拉電阻與充電電源連接，同時(shí)與第二三極管的基極連接;第二三極管的發(fā)射極與地連接，集電極通過上拉電阻與充電電源連接，同時(shí)通過輸出限流電阻與旁路放電開關(guān)管的控制端連接。
[0018]本實(shí)用新型還提供了一種計(jì)量?jī)x表，該計(jì)量?jī)x表包括所述的超級(jí)電容充放電電路，并利用所述的超級(jí)電容充放電電路對(duì)計(jì)量?jī)x表內(nèi)的超級(jí)電容進(jìn)行充放電。
[0019]本實(shí)用新型提供的這種超級(jí)電容充放電電路，正常工作時(shí)，充電電源通過限流電阻對(duì)超級(jí)電容充電，因此充電電源的性能要求較低;在供電電源掉電時(shí)，通過電壓檢測(cè)電路檢測(cè)供電電源的電壓，并適時(shí)開通旁路放電開關(guān)管將限流電阻短路，從而使得超級(jí)電容直接對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行供電，保證了超級(jí)電容存儲(chǔ)能量的充分利用。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電路可靠，成本低廉。【附圖說明】
[0020]圖1為【背景技術(shù)】的超級(jí)電容直連模式的電路示意圖。
[0021]圖2為【背景技術(shù)】的超級(jí)電容與限流電阻連接模式的電路示意圖。[〇〇22]圖3為本實(shí)用新型的功能模塊圖。[〇〇23]圖4為本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的電路原理圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0024]如圖3所示為本實(shí)用新型的功能模塊圖:本實(shí)用新型提供的這種超級(jí)電容充放電電路，包括限流電阻、旁路放電開關(guān)管和電壓檢測(cè)電路;供電電源(圖中標(biāo)示Vmain)通過穩(wěn)壓芯片(圖中標(biāo)示U1)輸出穩(wěn)定的充電電源，直接給用電電源的穩(wěn)壓芯片(圖中標(biāo)示U2)供電并輸出電能供用電設(shè)備用電；充電電源通過限流電阻與超級(jí)電容連接，旁路放電開關(guān)管的活動(dòng)端并聯(lián)在限流電阻兩端；電壓檢測(cè)電路的輸入端與供電電源連接，輸出端與旁路放電開關(guān)管的控制端連接；電壓檢測(cè)電路用于檢測(cè)供電電源的電壓，在供電電源正常工作時(shí)輸出關(guān)閉旁路放電開關(guān)管信號(hào)，保證充電電源通過限流電阻給超級(jí)電容充電，并在供電電源電壓下降到設(shè)定值時(shí)輸出打開旁路放電開關(guān)管信號(hào)，驅(qū)動(dòng)旁路放電開關(guān)管開通，由于旁路放電開關(guān)管的導(dǎo)通電阻極小，因此限流電阻被旁路放電開關(guān)管短路，超級(jí)電容通過旁路放電開關(guān)管直接對(duì)用電設(shè)備供電。旁路放電開關(guān)管為三極管、MOS管或IGBT等同等功能的開關(guān)模塊即可。此外，旁路放電開關(guān)管的控制端還直接與控制器的I/O引腳連接，控制器能夠通過控制I/O引腳的電平信號(hào)控制旁路放電開關(guān)管的開通與關(guān)斷，從而控制控制超級(jí)電容充電和放電的模式。[〇〇25]如圖4所示為本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的電路原理圖:超級(jí)電容(圖中標(biāo)示C1和 C2)通過限流電阻(圖中標(biāo)示R1)連接在充電電源和地之間；旁路放電開關(guān)管(圖中標(biāo)示Q1) 采用M0S管，其活動(dòng)端并聯(lián)在限流電阻兩端，控制端連接輸出限流電阻(圖中標(biāo)示R4);電壓檢測(cè)電路包括電壓采樣電路(圖中標(biāo)示R5和R6)、開關(guān)管模塊(圖中標(biāo)示V5、V4和R3)、上拉電阻(圖中標(biāo)示R2)和輸出限流電阻(圖中標(biāo)示R4);其中電壓采樣電路采用的是電阻分壓電路，開關(guān)管模塊包括第一三極管(圖中標(biāo)示V5)、第二三極管(圖中標(biāo)示V4)和輔助上拉電阻 (圖中標(biāo)示R3);電阻分壓電路采樣供電電源(圖中標(biāo)示Vmain)的電壓，并將采樣電壓輸入到第一三極管的基極，第一三極管的發(fā)射極與地連接，集電極通過輔助上拉電阻與充電電源連接，同時(shí)與第二三極管的基極連接;第二三極管的發(fā)射極與地連接，集電極通過上拉電阻與充電電源連接，同時(shí)通過輸出限流電阻與旁路放電開關(guān)管的控制端連接;此外，控制器的 I/O引腳連接在第一三極管的基極。[〇〇26]本實(shí)用新型的工作過程如下:[〇〇27]當(dāng)供電電源正常時(shí)，第一三極管的基極電壓為高，第一三極管的發(fā)射極和集電極接通，第二三極管的基極電平被拉低，第二三極管的發(fā)射極和集電極斷開，旁路放電開關(guān)管的控制端被上拉電阻拉高，旁路放電開關(guān)管截止，此時(shí)供電電源通過穩(wěn)壓芯片VI輸出充電電源，通過限流電阻給超級(jí)電容充電，同時(shí)也直接給用電設(shè)備的穩(wěn)壓芯片V2供電；[〇〇28]當(dāng)供電電源Vmain往下降時(shí)，電阻R5和R6采樣供電電源的電壓形成采樣信號(hào)(圖中標(biāo)示Vdown)，當(dāng)采樣電壓信號(hào)Vdown大于第一三極管的基極開通電壓時(shí)，此時(shí)第一三極管、 第二三極管的工作狀態(tài)和供電電源正常工作時(shí)一樣，此時(shí)超級(jí)電容通過限流電阻和供電電源一起給用電設(shè)備供電；[〇〇29]當(dāng)供電電源繼續(xù)下降，直至采樣電壓信號(hào)Vdown低于第一三極管的基極開通電壓時(shí)，此時(shí)第一三極管的發(fā)射極和集電極截止，第二三極管的基極電壓被輔助上拉電阻拉高， 第二三極管的發(fā)射極和集電極導(dǎo)通，旁路放電開關(guān)管的控制端被下拉到地，此時(shí)旁路放電開關(guān)管的活動(dòng)端導(dǎo)通，限流電阻被短接，超級(jí)電容直接通過旁路放電開關(guān)管對(duì)用電設(shè)備供電。
[0030]此外，控制器的I/O引腳直接連接到采樣電壓信號(hào)上，因此控制器能夠?qū)崟r(shí)獲取供電電源的電壓情況，也能夠在任意時(shí)刻將該I/O引腳的電平改變，從而控制超級(jí)電容的充電和放電的模式。
[0031]因此，本實(shí)用新型提供的這種超級(jí)電容充放電電路，在供電電源正常工作時(shí)，通過限流電阻對(duì)超級(jí)電容充電，限流電阻將超級(jí)電容的充電電流限制在一定范圍內(nèi)，減小了供電電源的功率需求;在供電電源電壓下降到預(yù)設(shè)值以下時(shí)，通過旁路放電開關(guān)管將限流電阻進(jìn)行短接，超級(jí)電容直接對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行供電，使得超級(jí)電容可以放電到V2可以工作的最低電壓用于用電設(shè)備的供電。
[0032]應(yīng)用本實(shí)用新型的超級(jí)電容充放電電路對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充放電控制的計(jì)量?jī)x表， 能夠減小計(jì)量?jī)x表內(nèi)供電電源的功率需求，而且也能夠充分利用計(jì)量?jī)x表內(nèi)超級(jí)電容存儲(chǔ)的能量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超級(jí)電容充放電電路，包括限流電阻，其特征在于還包括旁路放電開關(guān)管和電 壓檢測(cè)電路;充電電源與用電設(shè)備直接連接，并通過限流電阻與超級(jí)電容連接，旁路放電開 關(guān)管的活動(dòng)端并聯(lián)在限流電阻兩端，電壓檢測(cè)電路的輸入端與供電電源連接，輸出端與旁 路放電開關(guān)管的控制端連接；電壓檢測(cè)電路用于檢測(cè)供電電源的電壓，在供電電源高于正 常值時(shí)輸出關(guān)閉旁路放電開關(guān)管的信號(hào)，保證充電電源通過限流電阻給超級(jí)電容充電，并 在供電電源電壓下降到設(shè)定值時(shí)輸出打開旁路放電開關(guān)管的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)旁路放電開關(guān)管開 通，使得超級(jí)電容直接對(duì)用電設(shè)備供電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容充放電電路，其特征在于還包括控制器;控制器的1/ 0引腳直接與旁路放電開關(guān)管的控制端連接，用于控制旁路放電開關(guān)管的開通與關(guān)斷，從而 控制超級(jí)電容的充電和放電模式。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容充放電電路，其特征在于所述的旁路放電開關(guān)管為 三極管、MOS管或IGBT。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3之一所述的超級(jí)電容充放電電路，其特征在于所述的電壓檢測(cè)電 路包括電壓采樣電路、開關(guān)管模塊、上拉電阻和輸出限流電阻；電壓采樣電路用于采樣供電 電源的電壓信號(hào)，并將采樣的信號(hào)輸入到開關(guān)管模塊的控制端;開關(guān)管模塊的活動(dòng)端一端 通過上拉電阻與充電電源連接，同時(shí)還通過輸出限流電阻與旁路放電開關(guān)管的控制端連 接，另一端與地連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超級(jí)電容充放電電路，其特征在于所述的電壓采樣電路為電 阻分壓電路。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超級(jí)電容充放電電路，其特征在于所述的開關(guān)管模塊為三極 管、MOS管或IGBT。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超級(jí)電容充放電電路，其特征在于所述的開關(guān)管模塊包括兩 個(gè)第一三極管、第二三極管和輔助上拉電阻；第一三極管的基極與電壓采樣電路的輸出端 連接，發(fā)射極與地連接，集電極通過輔助上拉電阻與充電電源連接，同時(shí)與第二三極管的基 極連接;第二三極管的發(fā)射極與地連接，集電極通過上拉電阻與充電電源連接，同時(shí)通過輸 出限流電阻與旁路放電開關(guān)管的控制端連接。8.—種計(jì)量?jī)x表，其特征在于包括權(quán)利要求1?7之一所述的超級(jí)電容充放電電路;計(jì)量 儀表通過所述的超級(jí)電容充放電電路對(duì)計(jì)量?jī)x表內(nèi)的超級(jí)電容進(jìn)行充放電。
【文檔編號(hào)】H02J7/34GK205610314SQ201620430758
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】劉金龍, 肖林松, 湯可, 潘念龍, 張奇亮
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)沙威勝信息技術(shù)有限公司