CN105337402A - 基于超级电容后备电源的dc5v双电源切换装置 - Google Patents

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韦光林
刘红伟
张敏
田巍巍
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Abstract

本发明公开了一种基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，后备电源超级电容模组容量为150F、电压为DC5.4V；超级电容充电电流为0.2A，超级电容浮充电压为DC5.2V；超级电容放电电压范围为DC1.8V-DC5.2V；具备超级电容充放电管理功能、超级电容自检功能、告警功能；可实现超级电容后备电源与输入DC5V电源的无缝切换输出。相比现有的配电终端DC24V或DC48V超级电容管理系统，具备超级电容单体个数少、体积小、成本低、能量利用率高及续航能力强等优点，非常实用于配电设备CPU系统DC5V电源供电。

Description

基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置
技术领域
本发明涉及配电终端电源应用领域，特别涉及一种基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置。
背景技术
超级电容器已广泛应用于10kV配电终端电源系统，作为配电终端的后备电源，相比电池作为后备电源，具有温度特性好、使用寿命长和免维护等优点。目前配电设备主要采用DC24V、DC48V主电源系统，CPU系统DC5V电源则通过DC24V或DC48V主电源进行DC/DC变换而来，超级电容则与主电源系统DC24V或DC48V配套使用，实现超级电容的充放电管理及电源切换。但是这种方法有以下缺点：
（1）该种方法超级电容串联个数较多，超级电容单体电压为2.7V，DC24V电源系统一般需要串联10只超级电容，而DC48V超级电容则需要串联20只超级电容，电容体积较大，且成本较高。
（2）DC24/DC5V或DC48V/DC5V模块效率一般为80%左右，超级电容的功率损耗较大，此外，DC24V/DC5V或DC48V/DC5V电源模块一般输入范围为2：1或4：1，超级电容低压阶段有很大部分能量未能够完全使用，且超级电容需要充电较长时间，才能满足后备电源使用电压范围要求。
（3）DC24V或DC48V超级电容充、放电管理模块因电压较高，设计较为复杂，模块设计成本也较高。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，其具备超级电容单体个数少、体积小、成本低、能量利用率高及续航能力强。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，包括依次连接的超级电容充电管理电路、超级电容模组、超级电容放电管理电路和DC5V主备电源切换电路，所述超级电容充电管理电路输入端与DC5V电源连接，输出端与CPU系统DC5V电源连接。
作为上述技术方案的改进，还包括超级电容自检电路和控制告警电路，所述超级电容自检电路输出端分别与超级电容充电管理电路和控制警告电路连接，所述超级电容自检电路输入端与超级电容模组连接。
作为上述技术方案的改进，所述超级电容充电管理电路包括LTC3127电源管理芯片和电感。
作为上述技术方案的改进，所述超级电容模组包括6只2.7V/100F超级电容，采用两串三并模式连接。
作为上述技术方案的改进，所述超级电容放电管理电路包括LT3759电源管理芯片、Si7858DPN沟道MSSFET管及电感。
作为上述技术方案的改进，所述DC5V主备电源切换电路包括LTC4416电源管理芯片和Si7463DPP沟道MOSFET管。
作为上述技术方案的改进，所述超级电容自检电路包括Si7858DPN沟道MOSFET管及10欧姆3W电阻。
作为上述技术方案的改进，所述控制告警电路采用TPS3897电压检测芯片。
本发明的有益效果有：
本发明基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，该装置自带超级电容后备电源，通过输入DC5V电源直流电源对超级电容进行充电，并对超级电容进行充放电及自检管理，同时，通过双电源切换电路输出DC5V电压。当输入DC5V有电时，装置输出DC5V电压；当输入DC5V电源失电时，装置自动无缝切换为超级电容后备电源供电，无缝切换输出DC5V电压，超级电容单体个数少、体积小、成本低、能量利用率高及续航能力强等优点，非常适合应用于配电设备CPU系统DC5V电源供电。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，其中：
图1是本发明实施例工作原理框图。
具体实施方式
参见图1，本发明的基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，包括依次连接的超级电容充电管理电路、超级电容模组、超级电容放电管理电路和DC5V主备电源切换电路，所述超级电容充电管理电路输入端与DC5V电源连接，输出端与CPU系统DC5V电源连接，所述超级电容自检电路输出端分别与超级电容充电管理电路和控制警告电路连接，所述超级电容自检电路输入端与超级电容模组连接。
该装置自带超级电容后备电源，由6只2.7V/100F超级电容组成，所述超级电容组采用两串三并模式连接，组成5.4V/150F超级电容模组。
超级电容充电管理电路，采用LTC3127电源管理芯片和电感为核心组成的电路，通过降压、升压实现对超级电容充电管理，超级电容浮充电压为DC5.2V，输入充电电流限制为0.2A。
超级电容放电管理电路，采用LT3759电源管理芯片、Si7858DPN沟道MSSFET管及电感为核心组成的电路，通过对超级电容电压升压实现超级电容的放电管理，超级电容放电范围为DC1.8V-DC5.2V。所述LT3759电源管理芯片具备宽输入范围（DC1.6V-DC42V）、可编程软启动、电阻设置工作频率、低停机电流（<1uA）、具备迟滞可编程输入欠压闭锁等特点，该芯片与低功耗、快速通断Si7858DPN沟道MSSFET管及电感配合实现超级电容充电，超级电容管理电路具备低损耗、快速充电、可靠的过、欠压管理功能。
超级电容自检电路，用于判别超级电容寿命特性，采用Si7858DPN沟道MOSFET管及10欧姆3W电阻为核心的组成电路，装置接收到输入自检控制信号，通过10欧姆放电电阻对超级电容实现恒阻抗放电，配套CPU系统通过计算超级电容恒阻抗放电特性曲线，判别超级电容寿命特性。
控制告警电路，用于实现超级电容恒阻抗放电截止电压检测及电容欠压检测告警，采用输入自检控制信号超级电容自检电路中MOSFET管实现电容的恒阻抗放电控制，通过由TPS3897电压检测芯片为核心组成的电路，实现超级电容恒阻抗放电截止电压检测及电容欠压检测告警。
DC5V主备电源切换电路，采用LTC4416电源管理芯片和Si7463DPP沟道MOSFET管为核心组成的电路，对输入DC5V电源和超级电容升压后DC5V电源实施自动无缝切换，并输出DC5V电源。所述LTC4416电源管理芯片具备超低损耗（70Ua）、宽输入范围（DC3.6V-DC36V）、宽温度范围（-40℃-125℃）特点，其与低功耗、快速通断Si7463DPP沟道MOSFET管一起实现电源切换功能，使得DC5V主备电源切换电路可靠性较高、损耗较低。
本发明一种基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，后备电源超级电容模组容量为150F、电压为DC5.4V；超级电容充电电流为0.2A，超级电容浮充电压为DC5.2V；超级电容放电电压范围为DC1.8V-DC5.2V；具备超级电容充放电管理功能、超级电容自检功能、告警功能；可实现超级电容后备电源与输入DC5V电源的无缝切换输出。相比现有的配电终端DC24V或DC48V超级电容管理系统，具备超级电容单体个数少、体积小、成本低、能量利用率高及续航能力强等优点，非常实用于配电设备CPU系统DC5V电源供电。
以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，包括依次连接的超级电容充电管理电路、超级电容模组、超级电容放电管理电路和DC5V主备电源切换电路，所述超级电容充电管理电路输入端与DC5V电源连接，输出端与CPU系统DC5V电源连接。
2.根据权利要求1所述的基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，期特征在于，还包括超级电容自检电路和控制告警电路，所述超级电容自检电路输出端分别与超级电容充电管理电路和控制警告电路连接，所述超级电容自检电路输入端与超级电容模组连接。
3.根据权利要求1所述的基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，其特征在于，所述超级电容充电管理电路包括LTC3127电源管理芯片和电感。
4.根据权利要求1所述的基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，其特征在于，所述超级电容模组包括6只2.7V/100F超级电容，采用两串三并模式连接。
5.根据权利要求1所述的基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，其特征在于，所述超级电容放电管理电路包括LT3759电源管理芯片、Si7858DPN沟道MSSFET管及电感。
6.根据权利要求1所述的基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，其特征在于，所述DC5V主备电源切换电路包括LTC4416电源管理芯片和Si7463DPP沟道MOSFET管。
7.根据权利要求1所述的基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，其特征在于，所述超级电容自检电路包括Si7858DPN沟道MOSFET管及10欧姆3W电阻。
8.根据权利要求1所述的基于超级电容后备电源的DC5V双电源切换装置，其特征在于，所述控制告警电路采用TPS3897电压检测芯片。
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