CN103872911A - 超级电容可调功率控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明是超级电容可调功率控制器，其结构是由超级电容、电动机、开关管、信号器、输出电阻、采样电阻、滤波电容、稳压电路、续流二极管、转换开关组成，由超级电容、电动机、开关管、采样电阻串联成主工作回路，信号器的信号输出端通过输出电阻接开关管的触发极，信号器的采样端接采样电阻，电动机的二端并联续流二极管，采样电阻的二端并联滤波电容，信号器的Vcc端通过稳压电路接超级电容，信号器的三个状态控制端通过转换开关接信号器的GND或Vcc。优点：能有效控制超级电容的输出功率，使用电器工作更为平稳，并可使电容器总容量不变的条件下输出更多的能量。所述的信号器状态控制端的数量可以增减。

Description

超级电容可调功率控制器
技术领域
本发明涉及的是一种特别适用于短时工作小功率电动机的超级电容可调功率控制器，属电子电路技术领域。
背景技术
超级电容是指超大容量的电容器，可以存储较多的电荷，于是出现了用超级电容作电源的电器，如短时工作的小功率电动机，其主要优点是：1充电快，一般化学电池充满一次电少则几十分钟，多则半天，而超级电容只需数十秒；2寿命长、容量衰减小；3环保，在生产、使用及废弃过程中都不会对环境造成较大的危害。但与化学电池相比，容量/体积比仍有较大差距，这需要通过科学技术的进步来解决，还存在如下几方面不足， 1、在用电的全过程中，化学电池的端电压变化率小于15%，而超级电容的端电压变化要达额定值的80～90%，也就是讲用电初始阶段电压很高，然后逐步下降，直至电动机不能正常工作；2、超级电容的初始电压不能过高，否则会损坏电动机，因为超级电容存储的能量不仅与电容量成正比，而且与电压的平方成正比，这样就制约了可输出的能量；3、电动机的工况无法人为操控，用户无法在使用中调控电动机的转速、功率等工况。
发明内容
本发明提出的是一种超级电容可调功率控制器，其目的旨在克服现有产品电压变化率大、存储能量小、工况无法调控的不足，可使电动机工作平稳、工况可调，同时还能使超级电容输出更多的能量。
本发明的技术解决方案是：超级电容可调功率控制器，其结构是由超级电容、电动机、开关管、采样电阻串联成主工作回路，信号器的信号输出端通过输出电阻接开关管的触发极，信号器的采样端接采样电阻，电动机的二端并联续流二极管，采样电阻的二端并联滤波电容，信号器的Vcc端通过稳压电路接超级电容，信号器的状态控制通过转换开关接信号器的GND或Vcc；也可以超级电容、电动机、开关管串联成主工作回路，信号器的采样端接超级电容正极；信号器状态控制端的数量可以增减。
本发明的有益效果是：由于电动机的二端并联续流二极管、信号器的Vcc端通过稳压电路接超级电容可使电动机工作平稳、工况可调，同时还能使超级电容输出更多的能量。由于信号器的状态控制端通过转换开关接信号器的GNG或Vcc，使信号器状态控制端的数量可以增减。
举例来对比说明，现有一款额定电压是3.6V的小功率电动机，采用直充直放的形式，超级电容每节的耐压值是2.7V，容量是180F，2节串联使用，总容量为180F×2=360F，在充电时每节电容最高只能充到2.3V，2节串联电压是4.6V，电压再升高就会烧毁电动机，工作时超级电容的电压从4.6V逐步降到3V，电动机不工作为止，工作初始，电动机在过电压状态下工作，转速快，并会影响使用寿命，随之转速逐步变慢，工作不平稳，计算在这种条件下超级电容释放的能量是：P1=0.5×C×U2=0.5×(180÷2)×(4.62-32)=547.2焦耳；同样的这款小功率电动机，使用本发明，用3节容量是120F的超级电容串联使用，总容量为120F×3=360F，二款产品超级电容总电容量相等，在充电时每节电容可充到2.7V，3节串联电压是8.1V，计算超级电容释放的能量是：P1=0.5×C×U2=0.5×(120÷3)×(8.12-32)=1132.2焦耳，考虑到稳压损耗按5%算，1132.2×0.95=1075.6焦耳。二款产品超级电容释放的能量比是：1075.6÷547.2=1.97倍，同时本发明能使电动机大部分时间在规定条件下工作，可避免过电压现象，操作开关K还可改变电动机的工况。
附图说明
图1是电流采样的电原理图。
图2是电压采样的电原理图。
图中相关元器件：C1是超级电容，C2是滤波电容， R1是输出电阻，R2是采样电阻， H是电动机，Q是开关管，A是信号器，W是稳压电路，D是续流二极管，K是转换开关。
具体实施方式
对照图1，其结构是由超级电容C1、电动机H、开关管Q、采样电阻R2串联成主工作回路，信号器A（现有）的信号输出端1通过输出电阻R1接开关管Q的触发极，信号器A的采样端2接采样电阻R2，电动机H的二端并联续流二极管D，采样电阻R2的二端并联滤波电容C2，信号器A的Vcc端通过稳压电路W接超级电容C1，信号器A的状态控制端3、4、5通过转换开关K接信号器A的GNG或Vcc。工作时，当开关管Q导通，超级电容C1通过电动机H、开关管Q、采样电阻R2放电，当开关管Q截止，回路切断，超级电容C1停止放电，开关管Q的触发极受信号器A的输出端1控制。输出端1输出的是占空比可调的方波，方波占空比大，超级电容C1放电时间就长，方波占空比小，超级电容C1放电时间就短，以此控制超级电容C1的输出功率，由于超级电容C1与电动机H串联，从而也控制了电动机H的功率。信号器A的采样端2接采样电阻R2，当超级电容C1输出的电流偏大，采样电阻R2上的电压值也随之增高，于是通过信号器A内部的反馈电路，减小输出端1的占空比，从而使超级电容C1的输出电流回归到规定值，反之亦然。对于感性负载的电动机，还可以改变输出频率达到控制电流的目的。通过转换开关K接通信号器A的状态控制端3或4或5，可以改变信号器A内部的反馈电路，从而改变了电动机的工况，如改变转速与功率，或间隙工作等。信号器A状态控制端的数量可以增减，本图中状态控制端的数量是3。转换开关K的另一端可以接信号器A的GND或Vcc，本图中转换开关K是接GND。稳压电路W可向信号器A提供稳定的工作电压与基准电压，不受超级电容C1电压变化的影响，稳压电路可采用三端稳压器或稳压二极管等。滤波电容C2可滤去采样电阻R2上的信号脉动，使采样信号平稳、准确。续流二极管D的作用是保护电子元件与回馈能量，当开关管Q截止时会产生较高的自感电势，续流二极管D可以吸收这部分能量并回馈到用电回路。信号器A是一种已有的非常成熟技术，可用CPU、运算放大器、数字集成电路等实现其功能，开关管Q可用场效应管等元件。
对照图2，其构是由超级电容C1、电动机H、开关管Q串联成主工作回路，信号器A的采样端2接超级电容C1正极。工作时，超级电容C1的电压逐步下降，采样端2的电压也随之逐步下降，于是通过信号器A内部的反馈电路，改变输出端1的占空比或频率，使超级电容C1输出的电流保持在规定值。

Claims (3)

1.超级电容可调功率控制器，其特征是包括超级电容（C1）、电动机（H）、开关管（Q）、信号器（A）、输出电阻（R1）、采样电阻（R2）、滤波电容（C2）、稳压电路（W）、续流二极管（D）、转换开关（K），其中超级电容（C1）、电动机（H）、开关管（Q）、采样电阻（R2）串联成主工作回路，信号器（A）的信号输出端（1）通过输出电阻（R1）接开关管（Q）的触发极，信号器（A）的采样端（2）接采样电阻（R2），电动机（H）的二端并联续流二极管（D），采样电阻（R2）的二端并联滤波电容（C2），信号器（A）的Vcc端通过稳压电路（W）接超级电容（C1），信号器（A）的状态控制端（3、4、5）通过转换开关（K）接信号器（A）的GND或Vcc。
2.根据权利要求1所述的超级电容可调功率控制器，其特征是：所述的超级电容（C1）、电动机（H）、开关管（Q）串联成主工作回路，信号器（A）的采样电阻（R2）接超级电容（C1）正极。
3.根据权利要求1或2所述的超级电容可调功率控制器，其特征是：所述的信号器（A）状态控制端的数量可以增减。
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