CN104536335A - 一种超级电容模组的电压均衡使能控制电路 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种超级电容模组的电压均衡使能控制电路，包括硬件使能控制电路、集成推挽式控制芯片、中央处理器CPU和功率开关管，由硬件使能控制电路实现对功率开关管的硬件控制，由CPU实现对功率开关管的软件控制，在实际使用中，可将软件控制作为主要控制，将硬件控制作为软件控制的备用，这样，可以在CPU没有正确发出指令前，保证电压均衡电路的正常工作，从而弥补了由软件单一控制的不足，提高了电压均衡电路的可靠性，为电压均衡功能的实现提供了硬件上的保障。
Description
技术领域
本发明涉及电压均衡使能控制技术领域，更具体的说，涉及一种超级电容模组的电压均衡使能控制电路。
背景技术
由于不同超级电容单体的容量和内阻都不相同，因此，由超级电容单体串并联组成的超级电容模组一般都配有电压均衡电路，以使各超级电容单体的电压处于一个相对平衡的状态，延长超级电容单体的使用寿命。
在电压均衡电路中，普遍使用功率开关管作为开启均衡的开关，由软件控制功率开关管的通断。开启均衡功能的判断条件为将相邻的两个超级电容单体的平均电压与其中的一个超级电容单体的端电压的电压差，当此电压差大于设定值时，控制功率开关管导通，均衡功能开启，两个超级电容单体中端电压较高者放电，或是通过功率电阻消耗掉高出的电压，或是通过DC-DC变换器向电压较低的超级电容单体充电；当此电压小于设定值时，控制功率开关管关断，均衡功能关闭。
由于均衡功能的使能开启与关闭完全由软件控制，因此，当控制系统受到干扰或是软件设定失误导致软件开关故障时，电压均衡电路的电压均衡功能就无法正常开启从而处于失控的状态。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种超级电容模组的电压均衡使能控制电路，以实现电压均衡电路由单一软件控制转由硬件和软件结合控制，从而弥补由软件单一控制的不足，提高电压均衡电路的可靠性，为电压均衡功能的实现提供了硬件上的保障。
一种超级电容模组的电压均衡使能控制电路，包括：硬件使能控制电路、集成推挽式控制芯片、中央处理器CPU和功率开关管；
所述硬件使能控制电路的第一输出端连接所述功率开关管的控制端，所述硬件使能控制电路的第二输出端连接所述集成推挽式控制芯片的输入端，所述集成推挽式控制芯片的输出端连接所述功率开关管的控制端，所述集成推挽式控制芯片利用接收到的所述硬件使能控制电路输出的控制信号相应控制脉冲宽度调制PWM输出，进而控制所述功率开关管的通断，所述CPU与所述集成推挽式控制芯片的控制端连接，用于通过控制所述集成推挽式控制芯片的输出实现对所述功率开关管通断的软件控制；
所述硬件使能控制电路包括：
用于利用输入的超级电容模组的串联总电压得到所述超级电容模组中各串联模块的平均电压的分压电路；
输入端与所述分压电路的输出端连接，用于将所述平均电压和预设正偏置电压叠加得到上限电压参考值的正偏置电路；
正输入端连接所述正偏置电路的输出端，用于将负输入端输入的超级电容单体的端电压和所述上限电压参考值进行比较的第一电压比较电路；
输入端与所述第一电压比较电路的输出端连接，输出端作为所述第一输出端连接所述功率开关管的控制端，用于在所述超级电容单体的端电压超过所述上限电压参考值时向所述功率开关管的控制端输出关闭电信号的禁止电路；
输入端与所述分压电路的输出端连接，用于将所述平均电压和预设负偏置电压叠加得到下限电压参考值的负偏置电路；
负输入端连接所述负偏置电路的输出端，用于将正输入端输入的所述超级电容单体的端电压和所述下限电压参考值进行比较的第二电压比较电路；
清零端与所述第一电压比较电路的输出端连接，预置端与所述第二电压比较电路的输出端连接，输出端作为所述第二输出端连接所述集成推挽式控制芯片的输入端，用于在所述超级电容单体的端电压低于所述下限电压参考值时向所述集成推挽式控制芯片输出开启电信号的D触发器。
优选的，还包括：共模衰减电路；
所述共模衰减电路的输入端用于输入所述超级电容单体的端电压，所述共模衰减电路的输出端分别连接所述第一电压比较电路的负输入端和所述第二电压比较电路的正输入端，所述共模衰减电路用于对所述超级电容单体的端电压进行共模抑制。
优选的，所述第一电压比较电路的电路结构和所述第二电压比较电路的电路结构相同。
优选的，还包括：设置所述硬件使能控制电路的电路板。
优选的，所述集成推挽式控制芯片为型号为SG3525的集成推挽式控制芯片。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种超级电容模组的电压均衡使能控制电路，包括硬件使能控制电路、集成推挽式控制芯片、中央处理器CPU和功率开关管，由硬件使能控制电路实现对功率开关管的硬件控制，由CPU实现对功率开关管的软件控制，在实际使用中，可将软件控制作为主要控制，将硬件控制作为软件控制的备用，这样，可以在CPU没有正确发出指令前，保证电压均衡电路的正常工作，从而弥补了由软件单一控制的不足，提高了电压均衡电路的可靠性，为电压均衡功能的实现提供了硬件上的保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种超级电容模组的电压均衡使能控制电路的电路图；
图2为本发明实施例公开的另一种超级电容模组的电压均衡使能控制电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种超级电容模组的电压均衡使能控制电路，以实现电压均衡电路由单一软件控制转由硬件和软件结合控制，从而弥补由软件单一控制的不足，提高电压均衡电路的可靠性，为电压均衡功能的实现提供了硬件上的保障。
参见图1，本发明实施例公开的一种超级电容模组的电压均衡使能控制电路的电路图，包括：硬件使能控制电路10、集成推挽式控制芯片20、CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)30和功率开关管40；
其中，
硬件使能控制电路10的第一输出端连接功率开关管40的控制端，硬件使能控制电路10的第二输出端连接集成推挽式控制芯片20的输入端，集成推挽式控制芯片20的输出端连接功率开关管40的控制端，集成推挽式控制芯片20利用接收到的硬件使能控制电路10输出的控制信号相应控制PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)输出，进而控制功率开关管40的通断，CPU30与集成推挽式控制芯片20的控制端连接，用于通过控制集成推挽式控制芯片20的输出实现对功率开关管40通断的软件控制。
需要说明的是，CPU30与功率开关管40之间除连接有集成推挽式控制芯片20外，还连接有光耦合器(图1中未示出)。
CPU30对功率开关管40软件控制的过程为：CPU30输出的控制信号为1时，光耦合器导通，功率开关管40导通，电压均衡使能开启；CPU30输出的控制信号为0时，光耦合器不导通，功率开关管40关闭，电压均衡使能关闭。
本实施例中，硬件使能控制电路10包括：分压电路11、正偏置电路12、第一电压比较电路13、禁止电路14、负偏置电路15、第二电压比较电路16和D触发器17；
其中，
分压电路11的输入端用于输入超级电容模组的串联总电压，分压电路11用于利用输入的超级电容模组的串联总电压得到所述超级电容模组中各串联模块的平均电压；
需要说明的是，超级电容模组由多个串联模块串联组成，每个串联模块包括多个并联连接的超级电容单体，由于各串联模块的端电压不同，因此，由超级电容模组的串联总电压得到的是各串联模块的平均电压。
举例说明，假设超级电容模组由三个串联模块组成，超级电容模组的串联总电压为M伏特，则各串联模组的平均电压为(M/3)伏特，即各串联模组中各超级电容单体的平均端电压为(M/3)伏特。
正偏置电路12的输入端连接分压电路11的输出端，正偏置电路12用于将分压电路11输出的平均电压和预设正偏置电压叠加得到上限电压参考值。
需要说明的是，上限电压参考值即为超级电容单体的端电压的上限值。
第一电压比较电路13的正输入端连接正偏置电路12的输出端，第一电压比较电路13用于将负输入端输入的超级电容单体的端电压和上限电压参考值进行比较，并在超级电容单体的端电压超过上限电压参考值时控制禁止电路14工作。
禁止电路14的输入端与第一电压比较电路13的输出端连接，禁止电路14的输出端作为硬件使能控制电路的第一输出端连接功率开关管40的控制端，禁止电路14用于在超级电容单体的端电压超过上限电压参考值时向功率开关管40的控制端输出关闭信号，可以认为禁止电路14在超级电容单体的端电压超过上限电压参考值使能。
所谓使能指的是负责控制信号的输入和输出。
负偏置电路15的输入端与分压电路11的输出端连接，负偏置电路15用于将分压电路11输出的平均电压和预设负偏置电压叠加得到下限电压参考值。
需要说明的是，下限电压参考值即为超级电容单体的端电压的下限值。
第二电压比较电路16的负输入端连接负偏置电路15的输出端，第二电压比较电路16用于将超级电容单体的端电压与下限电压参考值进行比较，并在超级电容单体的端电压低于下限电压参考值时使D触发器17使能。
D触发器17的R端(即清零端)与第一电压比较电路13的输出端连接，S端(即预置端)与第二电压比较电路16的输出端连接，Q端(即输出端)作为硬件使能控制电路10的第二输出端连接集成推挽式控制芯片20的输入端，D触发器17用于在超级电容单体的端电压低于下限电压参考值时向集成推挽式控制芯片20输出开启信号。
硬件使能控制电路10对功率开关管40硬件控制的过程为：由分压电路11得到超级电容模组中各串联模块的平均电压，以该平均电压为基准，在该平均电压上分别叠加预设正偏置电压和预设负偏置电压得到上限电压参考值和下限电压参考值，将获取的超级电容单体的端电压分别与上限电压参考值和下限电压参考值作比较，在超级电容单体的端电压超过上限电压参考值时禁止电路14使能，硬件使能控制电路10通过向功率开关管40输出关闭电信号关闭电压均衡；在超级电容模组的端电压低于下限电压参考值时D触发器17使能，从而控制集成推挽式控制芯片20的PWM输出，进而控制功率开关管40开启以开启电压均衡。
综上可以看出，本申请提供的超级电容模组的电压均衡使能控制电路，由硬件使能控制电路10实现对功率开关管40的硬件控制，由CPU30实现对功率开关管40的软件控制，在实际使用中，可将软件控制作为主要控制，将硬件控制作为软件控制的备用，这样，可以在CPU30没有正确发出指令前，保证电压均衡电路的正常工作，从而弥补了由软件单一控制的不足，提高了电压均衡电路的可靠性，为电压均衡功能的实现提供了硬件上的保障。
较优的，集成推挽式控制芯片20可选用型号为SG3525的集成推挽式控制芯片。
较优的，为方便拿取硬件使能控制电路10，可以将硬件使能控制电路10各组成电气元件集成设置在一个电路板上。
在上述实施例中，第一电压比较电路13的电路结构和第二电压比较电路16的电路结构相同。
本领域技术人员可以理解的是，原始的超级电容单体的端电压上一般都有共模干扰，为避免因共模干扰的存在，对超级电容单体的端电压与上限电压参考值和下限电压参考值造成干扰，本申请还对上述实施例，进行了优化。
参见图2，本发明另一实施例公开的一种超级电容模组的电压均衡使能控制电路的电路图，在图1所示实施例的基础上，在硬件使能控制电路10中还包括：共模衰减电路18；
共模衰减电路18的输入端用于输入所述超级电容单体的端电压，共模衰减电路18的输出端分别连接第一电压比较电路13的负输入端和第二电压比较电路16的正输入端，共模衰减电路18用于对超级电容单体的端电压进行共模抑制。
因此，通过对超级电容单体的端电压中共模干扰的抑制，可以有效提高超级电容单体的端电压与上限电压参考值和下限电压参考值比较结果的准确性，进而提高硬件使能控制电路10对电压均衡电路的控制可靠性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种超级电容模组的电压均衡使能控制电路，其特征在于，包括：硬件使能控制电路、集成推挽式控制芯片、中央处理器CPU和功率开关管；
所述硬件使能控制电路的第一输出端连接所述功率开关管的控制端，所述硬件使能控制电路的第二输出端连接所述集成推挽式控制芯片的输入端，所述集成推挽式控制芯片的输出端连接所述功率开关管的控制端，所述集成推挽式控制芯片利用接收到的所述硬件使能控制电路输出的控制信号相应控制脉冲宽度调制PWM输出，进而控制所述功率开关管的通断，所述CPU与所述集成推挽式控制芯片的控制端连接，用于通过控制所述集成推挽式控制芯片的输出实现对所述功率开关管通断的软件控制；
所述硬件使能控制电路包括：
用于利用输入的超级电容模组的串联总电压得到所述超级电容模组中各串联模块的平均电压的分压电路；
输入端与所述分压电路的输出端连接，用于将所述平均电压和预设正偏置电压叠加得到上限电压参考值的正偏置电路；
正输入端连接所述正偏置电路的输出端，用于将负输入端输入的超级电容单体的端电压和所述上限电压参考值进行比较的第一电压比较电路；
输入端与所述第一电压比较电路的输出端连接，输出端作为所述第一输出端连接所述功率开关管的控制端，用于在所述超级电容单体的端电压超过所述上限电压参考值时向所述功率开关管的控制端输出关闭电信号的禁止电路；
输入端与所述分压电路的输出端连接，用于将所述平均电压和预设负偏置电压叠加得到下限电压参考值的负偏置电路；
负输入端连接所述负偏置电路的输出端，用于将正输入端输入的所述超级电容单体的端电压和所述下限电压参考值进行比较的第二电压比较电路；
清零端与所述第一电压比较电路的输出端连接，预置端与所述第二电压比较电路的输出端连接，输出端作为所述第二输出端连接所述集成推挽式控制芯片的输入端，用于在所述超级电容单体的端电压低于所述下限电压参考值时向所述集成推挽式控制芯片输出开启电信号的D触发器。
2.根据权利要求1所述的电压均衡使能控制电路，其特征在于，还包括：共模衰减电路；
所述共模衰减电路的输入端用于输入所述超级电容单体的端电压，所述共模衰减电路的输出端分别连接所述第一电压比较电路的负输入端和所述第二电压比较电路的正输入端，所述共模衰减电路用于对所述超级电容单体的端电压进行共模抑制。
3.根据权利要求1所述的电压均衡使能控制电路，其特征在于，所述第一电压比较电路的电路结构和所述第二电压比较电路的电路结构相同。
4.根据权利要求1所述的电压均衡使能控制电路，其特征在于，还包括：设置所述硬件使能控制电路的电路板。
5.根据权利要求1所述的电压均衡使能控制电路，其特征在于，所述集成推挽式控制芯片为型号为SG3525的集成推挽式控制芯片。
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