CN103336204A - 一种电压型超级电容检测电路 - Google Patents

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Abstract

一种电压型超级电容检测电路。该电路首先通过一个可控分压电路测量超级电容器的整体电压，然后通过连接在每个超级电容器组中点的可控分压电路测量该超级电容器组中点的电压，即该超级电容器组下半部分电压。该超级电容器组上半部分电压通过整体电压减去下半部分电压获得。如果上、下半部分电压的差异较大，则判定该超级电容器组有故障。

Description

一种电压型超级电容检测电路
技术领域
本发明涉及一种电压型超级电容检测电路。该电路首先通过一个可控分压电路测量超级电容器的整体电压，然后通过连接在每个超级电容器组中点的可控分压电路测量该超级电容器组中点的电压，即该超级电容器组下半部分电压。该超级电容器组上半部分电压通过整体电压减去下半部分电压获得。如果上、下半部分电压的差异较大，则判定该超级电容器组有故障。
背景技术
超级电容器在实际使用时，需要先将若干单体超级电容串联成组，然后将若干超级电容器组再并联成一个整体超级电容器使用。为了防止由于某个超级电容器组发生故障而影响整个超级电容器的性能，要对各超级电容器组定期进行检测。一般采用人工方法对各超级电容器组进行检测。但是这种方法存在费时、费力、成本较高，且容易出错的缺点。
发明内容
为了克服现有超级电容器检测方法中存在的费时、费力、成本较高的缺点，本发明提供一种新型超级电容器检测电路，该电路配合控制器通过自动检测并比较各超级电容器组上、下半部分电压的方法来判断该超级电容器组是否有故障，能够在线检测，不影响连续工作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：超级电容器由m(m为任意自然数)个超级电容器组并联组成，每个超级电容器组由2n(n任意为自然数)个单体超级电容串联组成，电阻R01、R02、R03、R04和NMOS开关管T0组成一个可控分压电路并联在超级电容器两端，每个超级电容器组在中点与地之间并联一个由电阻和开关管组成的可控分压电路，第一个超级电容器组由单体超级电容C11……C1n、C1(n+1)……C1(2n)串联组成，电阻R11、R12、R13、R14和NMOS开关管T1组成的可控分压电路并联在单体超级电容C1n和C1(n+1)的连接处和地之间，以此类推，第m个超级电容器组由单体超级电容Cm1……Cmn、Cm(n+1)……Cm(2n)串联组成，电阻Rm1、Rm2、Rm3、Rm4和NMOS开关管Tm组成的可控分压电路并联在单体超级电容C1n和C1(n+1)的连接处和地之间。电阻R01一端接地，另一端连接电阻R02，电阻R02的另一端连接NMOS开关管T0的源极，NMOS开关管T0的漏极连接电阻R03，电阻R03的另一端连接电阻R04，电阻R04的另一端连接超级电容器的正极，即单体超级电容C1(2n)……Cm(2n)，NMOS开关管T0的栅极是控制端Ct0，电阻RO1和R02的连接处是测量端S0。电阻R11一端接地，另一端连接电阻R12，电阻R12的另一端连接NMOS开关管T1的源极，NMOS开关管T1的漏极连接电阻R13，电阻R13的另一端连接电阻R14，电阻R14的另一端连接C1n和C1(n+1)的连接处，NMOS开关管T1的栅极是控制端Ct1，电阻R11和R12的连接处是测量端S1。电阻Rm1一端接地，另一端连接电阻Rm2，电阻Rm2的另一端连接NMOS开关管Tm的源极，NMOS开关管Tm的漏极连接电阻Rm3，电阻Rm3的另一端连接电阻Rm4，电阻Rm4的另一端连接Cmn和Cm(n+1)的连接处，NMOS开关管Tm的栅极是控制端Ctm，电阻Rm1和Rm2的连接处是测量端Sm。
本发明的有益效果是电路结构简单、造价低廉，能够在线检测，不影响连续工作。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的原理图。
图1中，C11……C1n、C1(n+1)……C1(2n)是第一个超级电容器组内串联的各单体超级电容，Cm1……Cmn、Cm(n+1)……Cm(2n)是第m个超级电容器组内串联的各单体超级电容，R01、R02、R03、R04、R11、R12、R13、R14……Rm1、Rm2、Rm3、Rm4是电阻，其中R03、R13……Rm3是可调电阻，T0、T1……Tm是NMOS开关管，Ct0、Ct1……Ctm是控制端，S0、S1……Sm是测量端，n和m代表任意自然数，图中虚线代表省略的单体超级电容、电阻、开关管及其连接线。
具体实施方式
图1中，超级电容器由m(m为自然数)个超级电容器组并联组成，每个超级电容器组由2n(n为自然数)个单体超级电容串联组成，电阻R01、R02、R03、R04和NMOS开关管T0组成一个可控分压电路并联在超级电容器两端，每个超级电容器组在中点与地之间并联一个由电阻和开关管组成的可控分压电路，第一个超级电容器组由单体超级电容C11……C1n、C1(n+1)……C1(2n)串联组成，电阻R11、R12、R13、R14和NMOS开关管T1组成的可控分压电路并联在单体超级电容C1n和C1(n+1)的连接处和地之间，以此类推，第m个超级电容器组由单体超级电容Cm1……Cmn、Cm(n+1)……Cm(2n)串联组成，电阻Rm1、Rm2、Rm3、Rm4和NMOS开关管Tm组成的可控分压电路并联在单体超级电容C1n和C1(n+1)的连接处和地之间。电阻R01一端接地，另一端连接电阻R02，电阻R02的另一端连接NMOS开关管T0的源极，NMOS开关管T0的漏极连接电阻R03，电阻R03的另一端连接电阻R04，电阻R04的另一端连接超级电容器的正极，即单体超级电容C1(2n)……Cm(2n)，NMOS开关管T0的栅极是控制端Ct0，电阻R01和R02的连接处是测量端S0。电阻R11一端接地，另一端连接电阻R12，电阻R12的另一端连接NMOS开关管T1的源极，NMOS开关管T1的漏极连接电阻R13，电阻R13的另一端连接电阻R14，电阻R14的另一端连接C1n和C1(n+1)的连接处，NMOS开关管T1的栅极是控制端Ct1，电阻R11和R12的连接处是测量端S1。电阻Rm1一端接地，另一端连接电阻Rm2，电阻Rm2的另一端连接NMOS开关管Tm的源极，NMOS开关管Tm的漏极连接电阻Rm3，电阻Rm3的另一端连接电阻Rm4，电阻Rm4的另一端连接Cmn和Cm(n+1)的连接处，NMOS开关管Tm的栅极是控制端Ctm，电阻Rm1和Rm2的连接处是测量端Sm。
当控制端Ct0上有逻辑“1”信号时，例如12V电压信号，NMOS开关管T0导通，由于T0的导通内阻远小于电阻R01、R02、R03、R04，可以认为测量端S0的电压信号由电阻R01、R02、R03、R04分压得到。因此通过测量S0的电压可以推算出超级电容器整体电压。如果该逻辑“1”信号不超过12V，电阻R01和R02的阻值相等，测量端S0的电压信号不会超过5V，便于保护后级的电压测量电路，例如供电电压为5V的模数转换器。当控制端Ct0上有逻辑“0”信号时，即0V电压信号，NMOS开关管T0关闭，没有电流流过T0，可以节省超级电容器的电量。
当控制端Ct1上有逻辑“1”信号时，例如12V电压信号，NMOS开关管T1导通，由于T1的导通内阻远小于电阻R11、R12、R13、R14，可以认为测量端S1的电压信号由电阻R11、R12、R13、R14分压得到。因此通过测量S1的电压可以推算出第一个超级电容器组的中点电压，即第一个超级电容器组下半部分电压。用超级电容器整体电压减去该下半部分电压可以得到第一个超级电容器组上半部分电压。如果上、下半部分电压的差异较大，则判定该超级电容器组有故障。如果该逻辑“1”信号不超过12V，电阻R11和R12的阻值相等，测量端S1的电压信号不会超过5V，便于保护后级的电压测量电路，例如供电电压为5V的模数转换器。当控制端Ct1上有逻辑“0”信号时，即0V电压信号，NMOS开关管T1关闭，没有电流流过T1，可以节省该超级电容器组的电量。
当控制端Ctm上有逻辑“1”信号时，例如12V电压信号，NMOS开关管Tm导通，由于Tm的导通内阻远小于电阻Rm1、Rm2、Rm3、Rm4，可以认为测量端Sm的电压信号由电阻Rm1、Rm2、Rm3、Rm4分压得到。因此通过测量Sm的电压可以推算出第m个超级电容器组的中点电压，即第m个超级电容器组下半部分电压。用超级电容器整体电压减去该下半部分电压可以得到第m个超级电容器组上半部分电压。如果上、下半部分电压的差异较大，则判定该超级电容器组有故障。如果该逻辑“1”信号不超过12V，电阻Rm1和Rm2的阻值相等，测量端Sm的电压信号不会超过5V，便于保护后级的电压测量电路，例如供电电压为5V的模数转换器。当控制端Ctm上有逻辑“0”信号时，即0V电压信号，NMOS开关管Tm关闭，没有电流流过Tm，可以节省该超级电容器组的电量。
可调电阻R03、R13……Rm3用来微调各可控分压电路的分压比，提高测量精度。

Claims (4)

1.一种电压型超级电容检测电路，其特征是：超级电容器由m(m为任意自然数)个超级电容器组并联组成，每个超级电容器组由2n(n为任意自然数)个单体超级电容串联组成，电阻R01、R02、R03、R04和NMOS开关管T0组成一个可控分压电路并联在超级电容器两端，每个超级电容器组在中点与地之间并联一个由电阻和开关管组成的可控分压电路，第一个超级电容器组由单体超级电容C11……C1n、C1(n+1)……C1(2n)串联组成，电阻R11、R12、R13、R14和NMOS开关管T1组成的可控分压电路并联在单体超级电容C1n和C1(n+1)的连接处和地之间，以此类推，第m个超级电容器组由单体超级电容Cm1……Cmn、Cm(n+1)……Cm(2n)串联组成，电阻Rm1、Rm2、Rm3、Rm4和NMOS开关管Tm组成的可控分压电路并联在单体超级电容C1n和C1(n+1)的连接处和地之间。
2.根据权利要求1所述的电压型超级电容检测电路，其特征是：电阻R01一端接地，另一端连接电阻R02，电阻R02的另一端连接NMOS开关管T0的源极，NMOS开关管T0的漏极连接电阻R03，电阻R03的另一端连接电阻R04，电阻R04的另一端连接超级电容器的正极，即单体超级电容C1(2n)……Cm(2n)，NMOS开关管T0的栅极是控制端Ct0，电阻R01和R02的连接处是测量端S0。
3.根据权利要求1所述的电压型超级电容检测电路，其特征是：电阻R11一端接地，另一端连接电阻R12，电阻R12的另一端连接NMOS开关管T1的源极，NMOS开关管T1的漏极连接电阻R13，电阻R13的另一端连接电阻R14，电阻R14的另一端连接C1n和C1(n+1)的连接处，NMOS开关管T1的栅极是控制端Ct1，电阻R11和R12的连接处是测量端S1。
4.根据权利要求1所述的电压型超级电容检测电路，其特征是：电阻Rm1一端接地，另一端连接电阻Rm2，电阻Rm2的另一端连接NMOS开关管Tm的源极，NMOS开关管Tm的漏极连接电阻Rm3，电阻Rm3的另一端连接电阻Rm4，电阻Rm4的另一端连接Cmn和Cm(n+1)的连接处，NMOS开关管Tm的栅极是控制端Ctm，电阻Rm1和Rm2的连接处是测量端Sm。
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