CN103647314A

CN103647314A - 一种超级电容充电保护装置

Info

Publication number: CN103647314A
Application number: CN201310629594.8A
Authority: CN
Inventors: 田军; 马宝华; 刘显丰
Original assignee: Shaanxi Qianshan Avionics Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Qianshan Avionics Co Ltd
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-11-28
Also published as: CN103647314B

Abstract

本发明属于航空电子技术领域，特别是涉及到一种超级电容充电保护装置，包括电压均衡电路1和过压检测电路2，所述电压均衡电路1的VIN1与串联电容组中高端连接、VIN2与串联电容组的中端连接、VSS与串联电容组的低端连接，所述过压检测电路2由两个过压比较电路21构成，两个过压比较电路21的输入分别并接在两个超级电容两侧，两个过压比较电路21的输出并联后输出。本发明可以有效的保持充电过程中各超级电容电压基本一致，且采用开关电源方式进行超级电容间能量的转移，可以有效的提高能量利用效率，降低热损耗。当超级电容单体电压超出设定值时，能够输出开关量，可用于关闭充电电路，避免超级电容过充。

Description

一种超级电容充电保护装置

技术领域

本发明属于航空电子技术领域，特别是涉及到一种超级电容充电保护装置。

背景技术

超级电容作为大容量储能元件，目前已经在风力发电、光伏发电行业广泛用于能量储存。

由于超级电容单体一般工作电压较低（2.5V、2.7V等），因此实际应用中会将超级电容单体进行串、并联的方式扩展工作电压和容量。然而，由于超级电容单体间容量存在差异，导致串联方式下充电时，各超级电容单体电压会出现不一致的情况，最终可能导致个别超级电容出现过电压损坏的情况。

目前超级电容过压的保护，一般采用分流的方式或能量转移的方式。前者通过旁路超级电容的充电电流，避免超级电容单体电压进一步上升，达到保护的目的，但旁路电路能量消耗较大，当采用大电流充电时，存在散热的问题；后者则采用DC/DC、飞渡电容等方式将电压高的超级电容上的能量/电荷转移到临近电压较低的超级电容上，能耗较小，但只用于电容间电压均衡，无法直接有效的控制超级电容单体电压不超过额定值。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种超级电容充电保护装置，采用DC/DC进行能量转移的方式来均衡超级电容的电压，同时引入过压检测电路，在大电流充电下，如果DC/DC不足以均衡超级电容电压使超级电容单体电压维持在额定电压之下，则输出开关信号关闭充电电路，避免超级电容单体过压。

技术方案：一种超级电容充电保护装置，包括电压均衡电路1和过压检测电路2，所述电压均衡电路1的VIN1与串联电容组中高端连接、VIN2与串联电容组的中端连接、VSS与串联电容组的低端连接，所述过压检测电路2由两个过压比较电路21构成，两个过压比较电路21的输入分别并接在两个超级电容两侧，两个过压比较电路21的输出并联后输出。

所述电压均衡电路1包括升压开关电源12、降压开关电源13、电压比较电路11，所述电压比较电路11的输入端VIN1和VIN2分别超级电容组的高端和中端连接，输出端CTRL1和CTRL2分别与升压开关电源12的CTRL1以及降压开关电源13的CTRL2连接，升压开关电源12的VIN2和VOUT2与电压均衡电路1的VIN2和VIN1连接，降压开关电源13的VIN1和VOUT1与电压均衡电路1的VIN1和VIN2连接，升压开关电源12、降压开关电源13、电压比较电路11共同使用电压均衡电路1的电源公共端VSS。

所述过压检测电路2由两个完全相同的过压比较电路21构成，每个过压比较电路21的输入端V+和V-分别与其中一个超级电容的正端和负端连接，两个过压比较电路21的输出端OUT并联后输出。

有益效果：本发明可以有效的保持充电过程中各超级电容电压基本一致，且采用开关电源方式进行超级电容间能量的转移，可以有效的提高能量利用效率，降低热损耗。当超级电容单体电压超出设定值时，能够输出开关量，可用于关闭充电电路，避免超级电容过充。

附图说明

图1为本发明电路原理框图；

图2为本发明一实施例中电压均衡电路原理图；

图3为本发明一实施例中过压检测电路原理图；

具体实施方式

下面结合附图对发明的一种实施例做进一步详细描述，请参阅图1至图3。

一种超级电容充电保护装置，包括电压均衡电路1和过压检测电路2，所述电压均衡电路1的VIN1与串联电容组中高端连接、VIN2与串联电容组的中端连接、VSS与串联电容组的低端连接，所述过压检测电路2由两个过压比较电路21构成，两个过压比较电路21的输入分别并接在两个超级电容两侧，两个过压比较电路21的输出并联后输出。

上述结构的电压均衡电路[1]中，电压比较电路[11]负责对两个串联电容的电压进行比较，当高端电容电压高于低端电容电压时，则输出使能降压开关电源[13]，使高端电容对低端电容充电。反之，当高端电容电压低于低端电容电压时，则输出使能升压开关电源[12]，使低端电容对高端电容充电。

上述结构的过压检测电路[2]中，两个过压比较电路[21]分别监控高端电容和低端电容的电压，当电压超过设定值时，输出开关量信号，开关量信号采用线与的方式连接，即任意一个电容过压，均输出低电平。

采用上述结构，可以实现超级电容电压的均衡，避免超级电容因单体电压的不一致导致过压。同时，过压检测电路可以在超级电容电压过高时，输出开关量信号，可以用于关断充电电路，避免超级电容过压。

参阅图1，本发明的基本结构包括电压均衡电路[1]和过压检测电路[2]，两部分电路是相互独立的。

参阅图2，电压均衡电路[1]由升压开关电源[12]、降压开关电源[13]、电压比较电路[11]组成。

升压开关电源[12]由开关电源芯片LTC3536及其外围电路构成BOOST型升压开关电源，设计为输出电压5.4V（2只超级电容串联后的额定工作电压），是否启动工作由SHDN引脚的电平控制，为低关闭，为高启用。

降压开关电源[13]由开关电源芯片LTC3536及其外围电路构成BUCK型降压开关电源，设计为输出电压2.7V（1只超级电容的额定工作电压），是否启动工作由SHDN引脚的电平控制，为低关闭，为高启用。

电压比较电路[11]由双比较器LM193及其外围电路构成，两个比较器均对串联超级电容电压进行比较，两个比较器的输出结果相反，分别控制升压开关电源[12]和降压开关电源[13]，以确保任意时刻下升压开关电源[12]和降压开关电源[13]只有一个工作。

参阅图3，过压检测电路[2]由内置基准源的比较器LT6700和比较器LM193以及相应外围电路构成。当超级电容电压超过设定值时，电路驱动NMOS管为导通状态，从而可以控制充电电路关断充电。

Claims

1.一种超级电容充电保护装置，其特征在于，包括电压均衡电路[1]和过压检测电路[2]，所述电压均衡电路[1]的VIN1与串联电容组中高端连接、VIN2与串联电容组的中端连接、VSS与串联电容组的低端连接，所述过压检测电路[2]由两个过压比较电路[21]构成，两个过压比较电路[21]的输入分别并接在两个超级电容两侧，两个过压比较电路[21]的输出并联后输出。

2.根据权利要求1所述一种超级电容充电保护装置，其特征在于，所述电压均衡电路[1]包括升压开关电源[12]、降压开关电源[13]、电压比较电路[11]，所述电压比较电路[11]的输入端VIN1和VIN2分别超级电容组的高端和中端连接，输出端CTRL1和CTRL2分别与升压开关电源[12]的CTRL1以及降压开关电源[13]的CTRL2连接，升压开关电源[12]的VIN2和VOUT2与电压均衡电路[1]的VIN2和VIN1连接，降压开关电源[13]的VIN1和VOUT1与电压均衡电路[1]的VIN1和VIN2连接，升压开关电源[12]、降压开关电源[13]、电压比较电路[11]共同使用电压均衡电路[1]的电源公共端VSS。

3.根据权利要求1所述一种超级电容充电保护装置，其特征在于，所述过压检测电路[2]由两个完全相同的过压比较电路[21]构成，每个过压比较电路[21]的输入端V+和V-分别与其中一个超级电容的正端和负端连接，两个过压比较电路[21]的输出端OUT并联后输出。