CN105978112B - 一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法 - Google Patents
一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105978112B CN105978112B CN201610596901.0A CN201610596901A CN105978112B CN 105978112 B CN105978112 B CN 105978112B CN 201610596901 A CN201610596901 A CN 201610596901A CN 105978112 B CN105978112 B CN 105978112B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resistance
- output end
- operational amplifier
- connect
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 132
- 238000007600 charging Methods 0.000 title claims abstract description 129
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 38
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 22
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 21
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 16
- 102100039435 C-X-C motif chemokine 17 Human genes 0.000 claims description 7
- 101000889048 Homo sapiens C-X-C motif chemokine 17 Proteins 0.000 claims description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 6
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 102220414581 c.33A>G Human genes 0.000 description 1
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 102220216906 rs1060505002 Human genes 0.000 description 1
- 102220228145 rs1064794513 Human genes 0.000 description 1
- 102220029346 rs34541442 Human genes 0.000 description 1
- 102220012898 rs397516346 Human genes 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 230000003019 stabilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
-
- H02J7/0072—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
- H02M3/1582—Buck-boost converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本发明公开了一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法，包括步骤：一、选取电阻RS的阻值；二、将电阻RS的一端与Buck变换器电路的负极输出端连接，将电阻RS的另一端接地；三、选择组成充电模式控制电路的合适参数的元件；四、连接各元件，组成充电模式控制电路；五、选择组成充电驱动电路的合适参数的元件；六、连接各元件，组成充电驱动电路；七、连接Buck变换器电路、电压源、超级电容和充电驱动电路，组成超级电容多模式快速充电电路。本发明方法步骤简单，设计合理，实现方便，实用性强，便于推广使用。
Description
技术领域
本发明属于超级电容充电电路技术领域，具体涉及一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法。
背景技术
随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件，因其无可替代的优越性，越来越受到人们的重视。超级电容具有存储能量大、充电速度快、循环使用寿命长、功率密度高、超低温特性好和绿色环保等诸多优点。与蓄电池相比，它具有更低的串联等效电阻、更长的使用寿命、更宽的温度工作范围、更宽的电压变化范围、免维护和可密封等优势。目前，关于超级电容的充电方式主要由以下几种，恒流充电、恒压充电、恒流转恒压充电、脉冲电流充电以及恒功率充电等。采取恒流充电，此方法比较简单，但它的缺点在于,如果充电电流较小，充电时间会很长，若充电电流较大，充电后期可能对超级电容造成一定的损坏，大电流充电在实现缩短充电时间的同时，超级电容器的储能量也受到了较大的限制。恒压充电能够在很大程度上稳定电容器的双电层平衡电势，有利于双电层的稳定形成。恒压充电刚开始时充电效率随着充电时间的增加而增加，但当充电效率达到一定时，充电效率随着充电时间的增加将会将低。恒功率充电能够有效的提高充电效率，缩短充电时间，但是其控制电路实现比较复杂。充电方式对超级电容的充电效率，储能容量，充电时间等都有很大的影响。恒流充电效率高但是到了充电的后期电容两端电压过大且会影响超级电容的储能容量；恒压充电效率过低，充电时间慢；恒功率充电控制电路复杂。所以可以采取组合充电的方式，来克服不同充电方式对超级电容性能的影响。但是，现在技术中还缺乏电路结构简单、设计合理、工作可靠性高，能够解决超级电容在单一充电模式时带来的弊端、能够有效的保护超级电容的充放电性能的超级电容充电电路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法，其方法步骤简单，设计合理，实现方便，实用性强，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法，所述超级电容多模式快速充电电路包括与电压源的输出端连接的Buck变换器电路、用于对Buck变换器电路的输出电流进行采样的电流采样电路、充电模式控制电路和充电驱动电路，所述超级电容与Buck变换器电路的输出端连接，所述电流采样电路与Buck变换器电路连接，所述充电模式控制电路与电流采样电路的输出端、超级电容和充电驱动电路的参考电压输出端均连接，所述充电驱动电路与充电模式控制电路的输出端和电流采样电路的输出端均连接，所述Buck变换器电路与充电驱动电路的PWM信号输出端连接；所述充电模式控制电路包括运算放大器U2和运算放大器U3，稳压二极管D2、开关二极管D3和开关二极管D4；所述运算放大器U2的同相输入端通过电阻R5与电流采样电路的输出端连接，且通过电阻R6与稳压二极管D2的阳极连接，所述稳压二极管D2的阴极与超级电容的正极连接，所述运算放大器U2的反相输入端通过电阻R10与充电驱动电路的参考电压输出端连接，且通过电阻R11接地，所述运算放大器U2的反相输入端与输出端之间接有非极性电容C5，所述运算放大器U2的输出端与开关二极管D3的阳极连接；所述运算放大器U3的同相输入端通过电阻R4与超级电容的正极连接，且通过电阻R3接地，所述运算放大器U3的反相输入端通过电阻R8与充电驱动电路的参考电压输出端连接，且通过电阻R7接地，所述运算放大器U3的反相输入端与输出端之间接有非极性电容C6，所述运算放大器U3的输出端与开关二极管D4的阳极连接；所述开关二极管D3的阴极与开关二极管D4的阴极连接且为充电模式控制电路的输出端；所述充电驱动电路包括芯片UC3843和三极管Q2，所述芯片UC3843的第1引脚通过非极性电容C2与充电模式控制电路的输出端连接，所述芯片UC3843的第2引脚与充电模式控制电路的输出端连接，所述芯片UC3843的第3引脚通过电阻R13与电流采样电路的输出端连接，所述芯片UC3843的第4引脚通过非极性电容C3接地，所述芯片UC3843的第5引脚接地，所述芯片UC3843的第4引脚与第8引脚之间接有电阻R12，所述芯片UC3843的第8引脚为充电驱动电路的参考电压输出端，所述三极管Q2的基极通过电阻R14与所述芯片UC3843的第6引脚连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极为充电驱动电路的PWM信号输出端；所述电流采样电路由电阻RS构成，所述电阻RS的一端与Buck变换器电路的负极输出端连接，所述电阻RS的另一端接地；其特征在于，所述超级电容多模式快速充电电路的设计方法包括以下步骤：
步骤一、根据5mΩ≤RS<100mΩ选取电阻RS的阻值；
步骤二、将电阻RS的一端与Buck变换器电路的负极输出端连接，将电阻RS的另一端接地；
步骤三、选择组成充电模式控制电路的合适参数的运算放大器U2和运算放大器U3，稳压二极管D2、开关二极管D3和开关二极管D4，电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10和电阻R11，以及非极性电容C5和非极性电容C6；其具体过程如下：
步骤301、根据运算放大器U2的响应时间选取运算放大器U2，并根据运算放大器U3的响应时间选取运算放大器U3；其中，f为Buck变换器电路的开关频率；
步骤302、根据公式确定超级电容恒功率充电的启动电压V1，选取稳压值等于V1的稳压二极管D2；其中，P为超级电容恒功率充电的功率，I为超级电容恒流充电的电流；
步骤303、根据100Ω≤R5<500Ω选取电阻R5的阻值；
步骤304、根据公式选取电阻R6的阻值，其中，VREF1为运算放大器U2反相输入端的基准电压且VREF1＝I·RS，V2为超级电容恒压充电的电压，Vz为稳压二极管D2的稳压值，VRS2为超级电容(5)从恒功率充电转换到恒压充电瞬间电阻RS上的电压且
步骤305、根据1kΩ≤R7<100kΩ选取电阻R7的阻值；
步骤306、根据公式选取电阻R8的阻值，其中，Vref为芯片UC3843提供的基准电压，VREF2为运算放大器U3反相输入端的基准电压且VREF2的取值范围为0.1V～3V；
步骤307、根据1kΩ≤R3<100kΩ选取电阻R3的阻值；
步骤308、根据公式选取电阻R4的阻值，其中，V3为运算放大器U3的同相输入端的电压且V3＝VREF2；
步骤309、根据1kΩ≤R11<100kΩ选取电阻R11的阻值；
步骤3010、根据公式选取电阻R10的阻值；
步骤3011、根据0.1μF≤C5<2μF选取非极性电容C5的容值；
步骤3012、根据0.1μF≤C6<2μF选取非极性电容C6的容值；
步骤3013、根据公式VD3>λ·VCC1选取开关二极管D3，其中，VD3为开关二极管D3的耐压值，λ为裕度系数且取值为1.5～2.5，VCC1为运算放大器U2的供电电压；
步骤3014、根据公式VD4>λ·VCC2选取开关二极管D4，其中，VD4为开关二极管D4的耐压值，VCC2为运算放大器U3的供电电压；
步骤四、连接运算放大器U2和运算放大器U3，稳压二极管D2、开关二极管D3和开关二极管D4，电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10和电阻R11，以及非极性电容C5和非极性电容C6，组成充电模式控制电路，其具体过程如下：
步骤401、将所述运算放大器U2的同相输入端一方面通过电阻R5与电阻RS与Buck变换器电路的负极输出端连接的一端连接，另一方面通过电阻R6与稳压二极管D2的阳极连接，并将稳压二极管D2的阴极与超级电容的正极连接；
步骤402、将所述运算放大器U2的反相输入端一方面通过电阻R10与充电驱动电路的参考电压输出端连接，另一方面通过电阻R11接地；并将非极性电容C5接在运算放大器U2的反相输入端与输出端之间；
步骤403、将所述运算放大器U2的输出端与开关二极管D3的阳极连接；
步骤404、将所述运算放大器U3的同相输入端一方面通过电阻R4与超级电容的正极连接，另一方面通过电阻R3接地；
步骤405、将所述运算放大器U3的反相输入端一方面通过电阻R8与充电驱动电路的参考电压输出端连接，另一方面通过电阻R7接地，并将非极性电容C6接在运算放大器U3的反相输入端与输出端之间；
步骤406、将所述运算放大器U3的输出端与开关二极管D4的阳极连接；
步骤407、将所述开关二极管D3的阴极与开关二极管D4的阴极连接并引出导线，作为充电模式控制电路的输出端；
步骤五、选择组成充电驱动电路的合适参数的三极管Q2，电阻R12、电阻R13、电阻R14和电阻R15，以及非极性电容C2和非极性电容C3；其具体过程如下：
步骤501、根据公式选取三极管Q2，其中，VQ2为三极管Q2的耐压值，Vi为Buck变换器电路的输入电压，fT为三极管Q2的特征频率；
步骤502、根据公式选取电阻R12的阻值和非极性电容C3的容值；
步骤503、根据100Ω≤R13<1kΩ选取电阻R13的阻值；
步骤504、根据500Ω≤R14<5kΩ选取电阻R14的阻值；
步骤505、根据10kΩ≤R15<50kΩ选取电阻R15的阻值；
步骤506、根据0.01μF≤C2<0.5μF选取非极性电容C2的容值；
步骤六、连接芯片UC3843，三极管Q2，电阻R12、电阻R13、电阻R14和电阻R15，以及非极性电容C2和非极性电容C3，组成充电驱动电路；其具体过程如下：
步骤601、将非极性电容C2和电阻R15并联后接在所述芯片UC3843的第1引脚与第2引脚之间；
步骤602、将所述芯片UC3843的第2引脚与充电模式控制电路的输出端连接；
步骤603、将所述芯片UC3843的第3引脚通过电阻R13与电流采样电路的输出端连接；
步骤604、将所述芯片UC3843的第4引脚通过非极性电容C3接地；
步骤605、将所述芯片UC3843的第5引脚接地；
步骤606、将电阻R12接在所述芯片UC3843的第4引脚与第8引脚之间；
步骤607、将所述三极管Q2的基极通过电阻R14与所述芯片UC3843的第6引脚连接，将所述三极管Q2的发射极接地，并将所述三极管Q2的集电极引出导线，作为充电驱动电路的PWM信号输出端；
步骤七、连接Buck变换器电路、电压源、超级电容和充电驱动电路，组成超级电容多模式快速充电电路，具体过程为：
步骤701、将Buck变换器电路的输入端与电压源的输出端连接，并将超级电容与Buck变换器电路的输出端连接；
步骤702、将Buck变换器电路的开关控制信号输入端与充电驱动电路的PWM信号输出端连接。
上述的一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法，其特征在于：所述Buck变换器电路包括PMOS开关管Q1、快恢复二极管D1、电感L和极性电容C1，所述PMOS开关管Q1的漏极与电压源的正极输出端连接，所述PMOS开关管Q1的漏极与栅极之间接有电阻R1，所述PMOS开关管Q1的栅极通过电阻R2与充电驱动电路的PWM信号输出端连接，所述电感L的一端和快恢复二极管D1的阴极均与PMOS开关管Q1的源级连接，所述快恢复二极管D1的阳极与电压源的负极输出端连接且接地，所述极性电容C1的正极与电感L的另一端连接且为Buck变换器电路的正极输出端，所述极性电容C1的负极为Buck变换器电路的负极输出端，所述超级电容的正极与Buck变换器电路的正极输出端连接，所述超级电容的负极与Buck变换器电路的负极输出端连接。
上述的一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法，其特征在于：步骤七之后还包括步骤八和步骤九，
步骤八、选择组成Buck变换器电路的合适参数的PMOS开关管Q1、快恢复二极管D1、电感L和极性电容C1，以及电阻R1和电阻R2；其具体过程如下：
步骤801、根据公式选取电感L的电感值，其中，Vo为Buck变换器电路的输出电压，RL为超级电容的等效负载电阻值，d为充电驱动电路输出的PWM信号的占空比，T为Buck变换器电路的开关周期；
步骤802、根据公式选取PMOS开关管Q1，其中，VQ1为PMOS开关管Q1的耐压值，IQ1为PMOS开关管Q1的额定电流，ILP为PMOS开关管Q1的峰值电流且
步骤803、根据公式选取快恢复二极管D1，其中，VD1为快恢复二极管D1的耐压值，ID1为快恢复二极管D1的额定电流，ID1,max为流过快恢复二极管D1的最大电流，trr为快恢复二极管D1的快速恢复时间；
步骤804、根据公式选取极性电容C1的容值，其中，Vpp,max为Buck变换器电路的最大输出纹波电压；
步骤805、根据100Ω≤R1<1000Ω选取电阻R1的阻值；
步骤806、根据公式选取电阻R2的阻值，其中，VTH为PMOS开关管Q1的阈值电压；
步骤九、连接PMOS开关管Q1、快恢复二极管D1、电感L和极性电容C1，以及电阻R1和电阻R2，组成Buck变换器电路，其具体过程为：
步骤901、将所述PMOS开关管Q1的漏极引出导线，作为Buck变换器电路的正极电压输入端；
步骤902、将电阻R1接在所述PMOS开关管Q1的漏极与栅极之间；
步骤903、将所述PMOS开关管Q1的栅极与电阻R2的一端连接，将电阻R2的另一端引出导线，作为Buck变换器电路的PWM信号输入端；
步骤904、将所述电感L的一端和快恢复二极管D1的阴极均与PMOS开关管Q1的源级连接，并将所述快恢复二极管D1的阳极与电压源的负极输出端连接且接地；
步骤905、将所述极性电容C1的正极与电感L的另一端连接且引出导线，作为Buck变换器电路的正极输出端；将所述极性电容C1的负极引出导线，作为Buck变换器电路的负极输出端。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的方法步骤简单，设计合理，实现方便，实用性强。
2、采用本发明设计实现的超级电容多模式快速充电电路，电路结构简单，工作稳定性和可靠性高，能够有效的保护超级电容的充放电性能。
3、采用本发明设计实现的超级电容多模式快速充电电路，功能完备，能够实现对超级电容恒流、恒功率、恒压三种充电模式的充电，三种充电模式的转换能够解决超级电容在单一充电模式时带来的弊端，发挥充电电源效能，提高充电速度。
4、采用本发明设计实现的超级电容多模式快速充电电路，能够方便地实现恒流、恒功率、恒压三种充电模式的转换，恒流充电能够避免超级电容低压时对充电电源的大电流冲击，并提高充电速度；恒功率充电能够在提高充电电源功率利用率的同时，加快充电速度；而且恒功率充电进一步提高了充电效率；恒压充电不仅能够避免超级电容因内部高温对其容量特性的影响，又避免了超级电容自身漏电而引起的容量损失，还可保证超级电容不因过充电而损坏。
5、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明方法步骤简单，设计合理，实现方便，实用性强，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明超级电容多模式快速充电电路的电路原理框图。
图2为本发明超级电容多模式快速充电电路的电路原理图。
图3为本发明超级电容多模式快速充电电路的设计方法的方法流程框图。
附图标记说明:
1—Buck变换器电路； 2—电流采样电路； 3—充电模式控制电路；
4—充电驱动电路； 5—超级电容； 6—电压源。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的超级电容多模式快速充电电路的设计方法，所述超级电容多模式快速充电电路包括与电压源6的输出端连接的Buck变换器电路1、用于对Buck变换器电路1的输出电流进行采样的电流采样电路2、充电模式控制电路3和充电驱动电路4，所述超级电容5与Buck变换器电路1的输出端连接，所述电流采样电路2与Buck变换器电路1连接，所述充电模式控制电路3与电流采样电路2的输出端、超级电容5和充电驱动电路4的参考电压输出端均连接，所述充电驱动电路4与充电模式控制电路3的输出端和电流采样电路2的输出端均连接，所述Buck变换器电路1与充电驱动电路4的PWM信号输出端连接；所述充电模式控制电路3包括运算放大器U2和运算放大器U3，稳压二极管D2、开关二极管D3和开关二极管D4；所述运算放大器U2的同相输入端通过电阻R5与电流采样电路2的输出端连接，且通过电阻R6与稳压二极管D2的阳极连接，所述稳压二极管D2的阴极与超级电容5的正极连接，所述运算放大器U2的反相输入端通过电阻R10与充电驱动电路4的参考电压输出端连接，且通过电阻R11接地，所述运算放大器U2的反相输入端与输出端之间接有非极性电容C5，所述运算放大器U2的输出端与开关二极管D3的阳极连接；所述运算放大器U3的同相输入端通过电阻R4与超级电容5的正极连接，且通过电阻R3接地，所述运算放大器U3的反相输入端通过电阻R8与充电驱动电路4的参考电压输出端连接，且通过电阻R7接地，所述运算放大器U3的反相输入端与输出端之间接有非极性电容C6，所述运算放大器U3的输出端与开关二极管D4的阳极连接；所述开关二极管D3的阴极与开关二极管D4的阴极连接且为充电模式控制电路3的输出端；所述充电驱动电路4包括芯片UC3843和三极管Q2，所述芯片UC3843的第1引脚通过非极性电容C2与充电模式控制电路3的输出端连接，所述芯片UC3843的第2引脚与充电模式控制电路3的输出端连接，所述芯片UC3843的第3引脚通过电阻R13与电流采样电路2的输出端连接，所述芯片UC3843的第4引脚通过非极性电容C3接地，所述芯片UC3843的第5引脚接地，所述芯片UC3843的第4引脚与第8引脚之间接有电阻R12，所述芯片UC3843的第8引脚为充电驱动电路4的参考电压输出端，所述三极管Q2的基极通过电阻R14与所述芯片UC3843的第6引脚连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极为充电驱动电路4的PWM信号输出端；所述电流采样电路2由电阻RS构成，所述电阻RS的一端与Buck变换器电路1的负极输出端连接，所述电阻RS的另一端接地；如图3所示，所述超级电容多模式快速充电电路的设计方法包括以下步骤：
步骤一、根据5mΩ≤RS<100mΩ选取电阻RS的阻值；
本实施例中，RS＝50mΩ；
步骤二、将电阻RS的一端与Buck变换器电路1的负极输出端连接，将电阻RS的另一端接地；
步骤三、选择组成充电模式控制电路3的合适参数的运算放大器U2和运算放大器U3，稳压二极管D2、开关二极管D3和开关二极管D4，电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10和电阻R11，以及非极性电容C5和非极性电容C6；其具体过程如下：
步骤301、根据运算放大器U2的响应时间选取运算放大器U2，并根据运算放大器U3的响应时间选取运算放大器U3；其中，f为Buck变换器电路1的开关频率；
本实施例中，f＝50kHz，运算放大器U2和运算放大器U3的型号均为LM2904；
步骤302、根据公式确定超级电容5恒功率充电的启动电压V1，选取稳压值等于V1的稳压二极管D2；其中，P为超级电容5恒功率充电的功率，I为超级电容5恒流充电的电流；
本实施例中，P＝100W，I＝10A，V1＝10V；选取稳压二极管D2的型号为ZMM8V2；
步骤303、根据100Ω≤R5<500Ω选取电阻R5的阻值；
本实施例中，R5＝200Ω；
步骤304、根据公式选取电阻R6的阻值，其中，VREF1为运算放大器U2反相输入端的基准电压且VREF1＝I·RS，V2为超级电容5恒压充电的电压，Vz为稳压二极管D2的稳压值，VRS2为超级电容5从恒功率充电转换到恒压充电瞬间电阻RS上的电压且
本实施例中，VREF1＝0.5V，V2＝25V，VRS2＝0.2V，根据公式计算得到R6≥9.67kΩ，因此取R6＝10kΩ；
步骤305、根据1kΩ≤R7<100kΩ选取电阻R7的阻值；
本实施例中，R7＝10kΩ；
步骤306、根据公式选取电阻R8的阻值，其中，Vref为芯片UC3843提供的基准电压，VREF2为运算放大器U3反相输入端的基准电压且VREF2的取值范围为0.1V～3V；
本实施例中，Vref＝5V，VREF2＝2.5V，R8＝10kΩ；
步骤307、根据1kΩ≤R3<100kΩ选取电阻R3的阻值；
本实施例中，R3＝2kΩ；
步骤308、根据公式选取电阻R4的阻值，其中，V3为运算放大器U3的同相输入端的电压且V3＝VREF2；
本实施例中，V3＝2.5V，R4＝18kΩ；
步骤309、根据1kΩ≤R11<100kΩ选取电阻R11的阻值；
本实施例中，R11＝2kΩ；
步骤3010、根据公式选取电阻R10的阻值；
本实施例中，R8＝18kΩ；
步骤3011、根据0.1μF≤C5<2μF选取非极性电容C5的容值；
本实施例中，C5＝1μF；
步骤3012、根据0.1μF≤C6<2μF选取非极性电容C6的容值；
本实施例中，C6＝1μF；
步骤3013、根据公式VD3>λ·VCC1选取开关二极管D3，其中，VD3为开关二极管D3的耐压值，λ为裕度系数且取值为1.5～2.5，VCC1为运算放大器U2的供电电压；
本实施例中，λ＝2，VCC1＝15V，计算得到VD3>30V，选取开关二极管D3的型号为1N4148；
步骤3014、根据公式VD4>λ·VCC2选取开关二极管D4，其中，VD4为开关二极管D4的耐压值，VCC2为运算放大器U3的供电电压；
本实施例中，λ＝2，VCC2＝15V，计算得到VD4>45V，选取开关二极管D4的型号为1N4148；
步骤四、连接运算放大器U2和运算放大器U3，稳压二极管D2、开关二极管D3和开关二极管D4，电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10和电阻R11，以及非极性电容C5和非极性电容C6，组成充电模式控制电路3，其具体过程如下：
步骤401、将所述运算放大器U2的同相输入端一方面通过电阻R5与电阻RS与Buck变换器电路1的负极输出端连接的一端连接，另一方面通过电阻R6与稳压二极管D2的阳极连接，并将稳压二极管D2的阴极与超级电容5的正极连接；
步骤402、将所述运算放大器U2的反相输入端一方面通过电阻R10与充电驱动电路4的参考电压输出端连接，另一方面通过电阻R11接地；并将非极性电容C5接在运算放大器U2的反相输入端与输出端之间；
步骤403、将所述运算放大器U2的输出端与开关二极管D3的阳极连接；
步骤404、将所述运算放大器U3的同相输入端一方面通过电阻R4与超级电容5的正极连接，另一方面通过电阻R3接地；
步骤405、将所述运算放大器U3的反相输入端一方面通过电阻R8与充电驱动电路4的参考电压输出端连接，另一方面通过电阻R7接地，并将非极性电容C6接在运算放大器U3的反相输入端与输出端之间；
步骤406、将所述运算放大器U3的输出端与开关二极管D4的阳极连接；
步骤407、将所述开关二极管D3的阴极与开关二极管D4的阴极连接并引出导线，作为充电模式控制电路3的输出端；
步骤五、选择组成充电驱动电路4的合适参数的三极管Q2，电阻R12、电阻R13、电阻R14和电阻R15，以及非极性电容C2和非极性电容C3；其具体过程如下：
步骤501、根据公式选取三极管Q2，其中，VQ2为三极管Q2的耐压值，Vi为Buck变换器电路1的输入电压，fT为三极管Q2的特征频率；
本实施例中，λ＝2，Vi＝35V，计算得到VQ2>70V，fT>2.5MHz，选取三极管Q2的型号为2SD1718；
步骤502、根据公式选取电阻R12的阻值和非极性电容C3的容值；
本实施例中，R12＝5.1kΩ，C3＝6.8nF；
步骤503、根据100Ω≤R13<1kΩ选取电阻R13的阻值；
本实施例中，R13＝510Ω；
步骤504、根据500Ω≤R14<5kΩ选取电阻R14的阻值；
本实施例中，R14＝1kΩ；
步骤505、根据10kΩ≤R15<50kΩ选取电阻R15的阻值；
本实施例中，R15＝20kΩ；
步骤506、根据0.01μF≤C2<0.5μF选取非极性电容C2的容值；
本实施例中，C2＝0.1μF；
步骤六、连接芯片UC3843，三极管Q2，电阻R12、电阻R13、电阻R14和电阻R15，以及非极性电容C2和非极性电容C3，组成充电驱动电路4；其具体过程如下：
步骤601、将非极性电容C2和电阻R15并联后接在所述芯片UC3843的第1引脚与第2引脚之间；
步骤602、将所述芯片UC3843的第2引脚与充电模式控制电路3的输出端连接；
步骤603、将所述芯片UC3843的第3引脚通过电阻R13与电流采样电路2的输出端连接；
步骤604、将所述芯片UC3843的第4引脚通过非极性电容C3接地；
步骤605、将所述芯片UC3843的第5引脚接地；
步骤606、将电阻R12接在所述芯片UC3843的第4引脚与第8引脚之间；
步骤607、将所述三极管Q2的基极通过电阻R14与所述芯片UC3843的第6引脚连接，将所述三极管Q2的发射极接地，并将所述三极管Q2的集电极引出导线，作为充电驱动电路4的PWM信号输出端；
步骤七、连接Buck变换器电路1、电压源6、超级电容5和充电驱动电路4，组成超级电容多模式快速充电电路，具体过程为：
步骤701、将Buck变换器电路1的输入端与电压源6的输出端连接，并将超级电容5与Buck变换器电路1的输出端连接；
步骤702、将Buck变换器电路1的开关控制信号输入端与充电驱动电路4的PWM信号输出端连接。
本实施例中，所述Buck变换器电路1包括PMOS开关管Q1、快恢复二极管D1、电感L和极性电容C1，所述PMOS开关管Q1的漏极与电压源6的正极输出端连接，所述PMOS开关管Q1的漏极与栅极之间接有电阻R1，所述PMOS开关管Q1的栅极通过电阻R2与充电驱动电路4的PWM信号输出端连接，所述电感L的一端和快恢复二极管D1的阴极均与PMOS开关管Q1的源级连接，所述快恢复二极管D1的阳极与电压源6的负极输出端连接且接地，所述极性电容C1的正极与电感L的另一端连接且为Buck变换器电路1的正极输出端，所述极性电容C1的负极为Buck变换器电路1的负极输出端，所述超级电容5的正极与Buck变换器电路1的正极输出端连接，所述超级电容5的负极与Buck变换器电路1的负极输出端连接。
本实施例中，步骤七之后还包括步骤八和步骤九，
步骤八、选择组成Buck变换器电路1的合适参数的PMOS开关管Q1、快恢复二极管D1、电感L和极性电容C1，以及电阻R1和电阻R2；其具体过程如下：
步骤801、根据公式选取电感L的电感值，其中，Vo为Buck变换器电路1的输出电压，RL为超级电容5的等效负载电阻值，d为充电驱动电路4输出的PWM信号的占空比，T为Buck变换器电路1的开关周期；
本实施例中，Vo＝25V，RL＝2.5Ω，d＝5:7，T＝20μs，根据公式计算得到L>7.2μH，选取电感L的电感值为50μH；
步骤802、根据公式选取PMOS开关管Q1，其中，VQ1为PMOS开关管Q1的耐压值，IQ1为PMOS开关管Q1的额定电流，ILP为PMOS开关管Q1的峰值电流且
本实施例中，λ＝2，Vi＝35V，ILP＝11.43A，计算得到VQ1>70V，IQ1>22.86A，选取PMOS开关管Q1的型号为SMW20N10；
步骤803、根据公式选取快恢复二极管D1，其中，VD1为快恢复二极管D1的耐压值，ID1为快恢复二极管D1的额定电流，ID1,max为流过快恢复二极管D1的最大电流，trr为快恢复二极管D1的快速恢复时间；
本实施例中，λ＝2，ID1,max＝11.43A，VD1>70V，ID1>11.43A，选取快恢复二极管D1的型号为MUR3020；
步骤804、根据公式选取极性电容C1的容值，其中，Vpp,max为Buck变换器电路1的最大输出纹波电压；
本实施例中，Vpp,max＝250mV，根据公式计算得到C1>28.6μF，选取极性电容C1的容值为68μF；
步骤805、根据100Ω≤R1<1000Ω选取电阻R1的阻值；
本实施例中，R1＝510Ω；
步骤806、根据公式选取电阻R2的阻值，其中，VTH为PMOS开关管Q1的阈值电压；
本实施例中，VTH＝4V，R2＝977.5Ω；
步骤九、连接PMOS开关管Q1、快恢复二极管D1、电感L和极性电容C1，以及电阻R1和电阻R2，组成Buck变换器电路1，其具体过程为：
步骤901、将所述PMOS开关管Q1的漏极引出导线，作为Buck变换器电路1的正极电压输入端；
步骤902、将电阻R1接在所述PMOS开关管Q1的漏极与栅极之间；
步骤903、将所述PMOS开关管Q1的栅极与电阻R2的一端连接，将电阻R2的另一端引出导线，作为Buck变换器电路1的PWM信号输入端；
步骤904、将所述电感L的一端和快恢复二极管D1的阴极均与PMOS开关管Q1的源级连接，并将所述快恢复二极管D1的阳极与电压源6的负极输出端连接且接地；
步骤905、将所述极性电容C1的正极与电感L的另一端连接且引出导线，作为Buck变换器电路1的正极输出端；将所述极性电容C1的负极引出导线，作为Buck变换器电路1的负极输出端。
采用本发明的超级电容多模式快速充电电路为超级电容充电的方法，包括以下步骤：
步骤一、电路连接：将Buck变换器电路1的输入端与电压源6的输出端连接，并将超级电容5的正极与Buck变换器电路1的正极输出端连接，将超级电容5的负极与Buck变换器电路1的负极输出端连接；
步骤二、恒流充电：刚上电时，所述电流采样电路2对Buck变换器电路1的输出电流进行采样并转化为电压信号后经电阻R5传输到运算放大器U2的同相输入端，运算放大器U2将其同相输入端的电压与其反相输入端的充电驱动电路4输出给其的参考电压相比较，当其同相输入端的电压高于其反相输入端的参考电压时，说明Buck变换器电路1的输出电流大于给定恒流充电电流，此时，运算放大器U2的输出电压增加，所述充电驱动电路4中芯片UC3843的输出占空比减小，使Buck变换器电路1的充电电流减小，从而实现超级电容5恒流充电；刚上电时，超级电容5两端电压很低，Buck变换器电路1工作于恒流充电模式；
步骤三、恒功率充电：随着超级电容5两端的电压增加，当超级电容5两端的电压增加到达到稳压二极管D2的击穿电压时，超过稳压二极管D2的击穿电压的电压通过电阻R6与所述电流采样电路2输出的电压叠加后加在运算放大器U2的同相输入端，随着超级电容5两端电压(充电电压)的持续增加，使得运算放大器U2的输出电压也相应增加，所述充电驱动电路4中芯片UC3843的输出占空比减小，使Buck变换器电路1的充电电流减小，从而实现超级电容5恒功率充电；由于运算放大器U2的反相输入端的参考电压不变，因此随着超级电容5两端电压的增加，当运算放大器U2的同相输入端电压增大时，为了维持运算放大器U2的同相输入端电压不变，迫使所述充电驱动电路4中芯片UC3843的输出占空比减小，使Buck变换器电路1的充电电流减小，功率不变，从而实现超级电容5恒功率充电；
步骤四、恒压充电：随着超级电容5两端电压继续增大，当超级电容5两端的电压增加到高于设定的恒压充电电压值时，运算放大器U3的同相输入端的电压即电阻R3两端的电压高于运算放大器U3的反相输入端的充电驱动电路4输出给其的参考电压，运算放大器U3的输出电压增加，所述充电驱动电路4中芯片UC3843的输出占空比减小，使Buck变换器电路1的充电电压减小，从而实现超级电容5恒压充电。即为浮充模式。具体实施时，根据超级电容额定电压设定恒压充电电压值，当超级电容5两端的电压增加到高于设定的恒压充电电压值时，电阻R3分得的电压大于了电阻R7分得的电压，运算放大器U3的输出电压增加，所述充电驱动电路4中芯片UC3843的输出占空比减小，使Buck变换器电路1的充电电压减小，从而实现超级电容5恒压充电。
步骤二、步骤三和步骤四中，当运算放大器U2的输出电压增加或运算放大器U3的输出电压增加时，芯片UC3843的第2引脚的反馈电压也增加，芯片UC3843的第6引脚输出的PWM波的占空比减小，将会使三极管Q2的导通时间减小，PMOS开关管Q1的导通时间也随之减小，相对应的输出电流或者电压也减小，从而使超级电容5的充电电流、功率或电压稳定。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (3)
1.一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法，所述超级电容多模式快速充电电路包括与电压源(6)的输出端连接的Buck变换器电路(1)、用于对Buck变换器电路(1)的输出电流进行采样的电流采样电路(2)、充电模式控制电路(3)和充电驱动电路(4)，所述超级电容(5)与Buck变换器电路(1)的输出端连接，所述电流采样电路(2)与Buck变换器电路(1)连接，所述充电模式控制电路(3)与电流采样电路(2)的输出端、超级电容(5)和充电驱动电路(4)的参考电压输出端均连接，所述充电驱动电路(4)与充电模式控制电路(3)的输出端和电流采样电路(2)的输出端均连接，所述Buck变换器电路(1)与充电驱动电路(4)的PWM信号输出端连接；所述充电模式控制电路(3)包括运算放大器U2和运算放大器U3，稳压二极管D2、开关二极管D3和开关二极管D4；所述运算放大器U2的同相输入端通过电阻R5与电流采样电路(2)的输出端连接，且通过电阻R6与稳压二极管D2的阳极连接，所述稳压二极管D2的阴极与超级电容(5)的正极连接，所述运算放大器U2的反相输入端通过电阻R10与充电驱动电路(4)的参考电压输出端连接，且通过电阻R11接地，所述运算放大器U2的反相输入端与输出端之间接有非极性电容C5，所述运算放大器U2的输出端与开关二极管D3的阳极连接；所述运算放大器U3的同相输入端通过电阻R4与超级电容(5)的正极连接，且通过电阻R3接地，所述运算放大器U3的反相输入端通过电阻R8与充电驱动电路(4)的参考电压输出端连接，且通过电阻R7接地，所述运算放大器U3的反相输入端与输出端之间接有非极性电容C6，所述运算放大器U3的输出端与开关二极管D4的阳极连接；所述开关二极管D3的阴极与开关二极管D4的阴极连接且为充电模式控制电路(3)的输出端；所述充电驱动电路(4)包括芯片UC3843和三极管Q2，所述芯片UC3843的第1引脚通过非极性电容C2与充电模式控制电路(3)的输出端连接，所述芯片UC3843的第2引脚与充电模式控制电路(3)的输出端连接，所述芯片UC3843的第3引脚通过电阻R13与电流采样电路(2)的输出端连接，所述芯片UC3843的第4引脚通过非极性电容C3接地，所述芯片UC3843的第5引脚接地，所述芯片UC3843的第4引脚与第8引脚之间接有电阻R12，所述芯片UC3843的第8引脚为充电驱动电路(4)的参考电压输出端，所述三极管Q2的基极通过电阻R14与所述芯片UC3843的第6引脚连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极为充电驱动电路(4)的PWM信号输出端；所述电流采样电路(2)由电阻RS构成，所述电阻RS的一端与Buck变换器电路(1)的负极输出端连接，所述电阻RS的另一端接地；其特征在于，所述超级电容多模式快速充电电路的设计方法包括以下步骤：
步骤一、根据5mΩ≤RS<100mΩ选取电阻RS的阻值；
步骤二、将电阻RS的一端与Buck变换器电路(1)的负极输出端连接，将电阻RS的另一端接地；
步骤三、选择组成充电模式控制电路(3)的合适参数的运算放大器U2和运算放大器U3，稳压二极管D2、开关二极管D3和开关二极管D4，电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10和电阻R11，以及非极性电容C5和非极性电容C6；其具体过程如下：
步骤301、根据运算放大器U2的响应时间选取运算放大器U2，并根据运算放大器U3的响应时间选取运算放大器U3；其中，f为Buck变换器电路(1)的开关频率；
步骤302、根据公式确定超级电容(5)恒功率充电的启动电压V1，选取稳压值等于V1的稳压二极管D2；其中，P为超级电容(5)恒功率充电的功率，I为超级电容(5)恒流充电的电流；
步骤303、根据100Ω≤R5<500Ω选取电阻R5的阻值；
步骤304、根据公式选取电阻R6的阻值，其中，VREF1为运算放大器U2反相输入端的基准电压且VREF1＝I·RS，V2为超级电容(5)恒压充电的电压，Vz为稳压二极管D2的稳压值，VRS2为超级电容(5)从恒功率充电转换到恒压充电瞬间电阻RS上的电压且
步骤305、根据1kΩ≤R7<100kΩ选取电阻R7的阻值；
步骤306、根据公式选取电阻R8的阻值，其中，Vref为芯片UC3843提供的基准电压，VREF2为运算放大器U3反相输入端的基准电压且VREF2的取值范围为0.1V～3V；
步骤307、根据1kΩ≤R3<100kΩ选取电阻R3的阻值；
步骤308、根据公式选取电阻R4的阻值，其中，V3为运算放大器U3的同相输入端的电压且V3＝VREF2；
步骤309、根据1kΩ≤R11<100kΩ选取电阻R11的阻值；
步骤3010、根据公式选取电阻R10的阻值；
步骤3011、根据0.1μF≤C5<2μF选取非极性电容C5的容值；
步骤3012、根据0.1μF≤C6<2μF选取非极性电容C6的容值；
步骤3013、根据公式VD3>λ·VCC1选取开关二极管D3，其中，VD3为开关二极管D3的耐压值，λ为裕度系数且取值为1.5～2.5，VCC1为运算放大器U2的供电电压；
步骤3014、根据公式VD4>λ·VCC2选取开关二极管D4，其中，VD4为开关二极管D4的耐压值，VCC2为运算放大器U3的供电电压；
步骤四、连接运算放大器U2和运算放大器U3，稳压二极管D2、开关二极管D3和开关二极管D4，电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10和电阻R11，以及非极性电容C5和非极性电容C6，组成充电模式控制电路(3)，其具体过程如下：
步骤401、将所述运算放大器U2的同相输入端一方面通过电阻R5，与电阻RS和Buck变换器电路(1)的负极输出端连接的一端连接，另一方面通过电阻R6与稳压二极管D2的阳极连接，并将稳压二极管D2的阴极与超级电容(5)的正极连接；
步骤402、将所述运算放大器U2的反相输入端一方面通过电阻R10与充电驱动电路(4)的参考电压输出端连接，另一方面通过电阻R11接地；并将非极性电容C5接在运算放大器U2的反相输入端与输出端之间；
步骤403、将所述运算放大器U2的输出端与开关二极管D3的阳极连接；
步骤404、将所述运算放大器U3的同相输入端一方面通过电阻R4与超级电容(5)的正极连接，另一方面通过电阻R3接地；
步骤405、将所述运算放大器U3的反相输入端一方面通过电阻R8与充电驱动电路(4)的参考电压输出端连接，另一方面通过电阻R7接地，并将非极性电容C6接在运算放大器U3的反相输入端与输出端之间；
步骤406、将所述运算放大器U3的输出端与开关二极管D4的阳极连接；
步骤407、将所述开关二极管D3的阴极与开关二极管D4的阴极连接并引出导线，作为充电模式控制电路(3)的输出端；
步骤五、选择组成充电驱动电路(4)的合适参数的三极管Q2，电阻R12、电阻R13、电阻R14和电阻R15，以及非极性电容C2和非极性电容C3；其具体过程如下：
步骤501、根据公式选取三极管Q2，其中，VQ2为三极管Q2的耐压值，Vi为Buck变换器电路(1)的输入电压，fT为三极管Q2的特征频率；
步骤502、根据公式选取电阻R12的阻值和非极性电容C3的容值；
步骤503、根据100Ω≤R13<1kΩ选取电阻R13的阻值；
步骤504、根据500Ω≤R14<5kΩ选取电阻R14的阻值；
步骤505、根据10kΩ≤R15<50kΩ选取电阻R15的阻值；
步骤506、根据0.01μF≤C2<0.5μF选取非极性电容C2的容值；
步骤六、连接芯片UC3843，三极管Q2，电阻R12、电阻R13、电阻R14和电阻R15，以及非极性电容C2和非极性电容C3，组成充电驱动电路(4)；其具体过程如下：
步骤601、将非极性电容C2和电阻R15并联后接在所述芯片UC3843的第1引脚与第2引脚之间；
步骤602、将所述芯片UC3843的第2引脚与充电模式控制电路(3)的输出端连接；
步骤603、将所述芯片UC3843的第3引脚通过电阻R13与电流采样电路(2)的输出端连接；
步骤604、将所述芯片UC3843的第4引脚通过非极性电容C3接地；
步骤605、将所述芯片UC3843的第5引脚接地；
步骤606、将电阻R12接在所述芯片UC3843的第4引脚与第8引脚之间；
步骤607、将所述三极管Q2的基极通过电阻R14与所述芯片UC3843的第6引脚连接，将所述三极管Q2的发射极接地，并将所述三极管Q2的集电极引出导线，作为充电驱动电路(4)的PWM信号输出端；
步骤七、连接Buck变换器电路(1)、电压源(6)、超级电容(5)和充电驱动电路(4)，组成超级电容多模式快速充电电路，具体过程为：
步骤701、将Buck变换器电路(1)的输入端与电压源(6)的输出端连接，并将超级电容(5)与Buck变换器电路(1)的输出端连接；
步骤702、将Buck变换器电路(1)的开关控制信号输入端与充电驱动电路(4)的PWM信号输出端连接。
2.按照权利要求1所述的一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法，其特征在于：所述Buck变换器电路(1)包括PMOS开关管Q1、快恢复二极管D1、电感L和极性电容C1，所述PMOS开关管Q1的漏极与电压源(6)的正极输出端连接，所述PMOS开关管Q1的漏极与栅极之间接有电阻R1，所述PMOS开关管Q1的栅极通过电阻R2与充电驱动电路(4)的PWM信号输出端连接，所述电感L的一端和快恢复二极管D1的阴极均与PMOS开关管Q1的源级连接，所述快恢复二极管D1的阳极与电压源(6)的负极输出端连接且接地，所述极性电容C1的正极与电感L的另一端连接且为Buck变换器电路(1)的正极输出端，所述极性电容C1的负极为Buck变换器电路(1)的负极输出端，所述超级电容(5)的正极与Buck变换器电路(1)的正极输出端连接，所述超级电容(5)的负极与Buck变换器电路(1)的负极输出端连接。
3.按照权利要求2所述的一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法，其特征在于：步骤七之后还包括步骤八和步骤九，
步骤八、选择组成Buck变换器电路(1)的合适参数的PMOS开关管Q1、快恢复二极管D1、电感L和极性电容C1，以及电阻R1和电阻R2；其具体过程如下：
步骤801、根据公式选取电感L的电感值，其中，Vo为Buck变换器电路(1)的输出电压，RL为超级电容(5)的等效负载电阻值，d为充电驱动电路(4)输出的PWM信号的占空比，T为Buck变换器电路(1)的开关周期；
步骤802、根据公式选取PMOS开关管Q1，其中，VQ1为PMOS开关管Q1的耐压值，IQ1为PMOS开关管Q1的额定电流，ILP为PMOS开关管Q1的峰值电流且
步骤803、根据公式选取快恢复二极管D1，其中，VD1为快恢复二极管D1的耐压值，ID1为快恢复二极管D1的额定电流，ID1,max为流过快恢复二极管D1的最大电流，trr为快恢复二极管D1的快速恢复时间；
步骤804、根据公式选取极性电容C1的容值，其中，Vpp,max为Buck变换器电路(1)的最大输出纹波电压；
步骤805、根据100Ω≤R1<1000Ω选取电阻R1的阻值；
步骤806、根据公式选取电阻R2的阻值，其中，VTH为PMOS开关管Q1的阈值电压；
步骤九、连接PMOS开关管Q1、快恢复二极管D1、电感L和极性电容C1，以及电阻R1和电阻R2，组成Buck变换器电路(1)，其具体过程为：
步骤901、将所述PMOS开关管Q1的漏极引出导线，作为Buck变换器电路(1)的正极电压输入端；
步骤902、将电阻R1接在所述PMOS开关管Q1的漏极与栅极之间；
步骤903、将所述PMOS开关管Q1的栅极与电阻R2的一端连接，将电阻R2的另一端引出导线，作为Buck变换器电路(1)的PWM信号输入端；
步骤904、将所述电感L的一端和快恢复二极管D1的阴极均与PMOS开关管Q1的源级连接，并将所述快恢复二极管D1的阳极与电压源(6)的负极输出端连接且接地；
步骤905、将所述极性电容C1的正极与电感L的另一端连接且引出导线，作为Buck变换器电路(1)的正极输出端；将所述极性电容C1的负极引出导线，作为Buck变换器电路(1)的负极输出端。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610596901.0A CN105978112B (zh) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | 一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610596901.0A CN105978112B (zh) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | 一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105978112A CN105978112A (zh) | 2016-09-28 |
| CN105978112B true CN105978112B (zh) | 2018-08-31 |
Family
ID=56950980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610596901.0A Active CN105978112B (zh) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | 一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105978112B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107834645A (zh) * | 2017-11-18 | 2018-03-23 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种应用于配电自动化终端后备超级电容的充电电路 |
| CN108768366A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-11-06 | 盈帜科技（常州）有限公司 | 一种mos管驱动电路 |
| CN108964233A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-12-07 | 武汉理工大学 | 超级电容组安全预充电系统及其充电方法 |
| CN110445236B (zh) * | 2019-07-30 | 2024-04-30 | 成都信息工程大学 | 一种能量转换装置及其工作方法 |
| CN112290626A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-01-29 | 深圳市云鼠科技开发有限公司 | 一种高安全度扫地机充电控制电路 |
| CN113098267B (zh) * | 2021-05-13 | 2022-12-16 | 成都芯源系统有限公司 | 一种开关变换器、开关集成电路及其控制电路 |
| CN115333353B (zh) * | 2022-10-12 | 2023-01-06 | 珠海智融科技股份有限公司 | Buckboost直通模式输入限流控制电路及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102548154A (zh) * | 2012-02-07 | 2012-07-04 | 黄克亚 | 一种太阳能led照明系统控制装置 |
| CN102738872A (zh) * | 2011-04-08 | 2012-10-17 | 郑佩尧 | 分充制蓄电池充电器 |
| CN104319854A (zh) * | 2014-11-18 | 2015-01-28 | 内蒙古科技大学 | 一种电动自行车独立光伏充电装置及其充电方法 |
| CN104467077A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-03-25 | 合肥正美电源科技有限公司 | 蓄电池充电控制方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110089899A1 (en) * | 2009-10-20 | 2011-04-21 | Xin Xu | Lithium-ion auto startup storage battery with a supercapacitor function |
-
2016
- 2016-07-27 CN CN201610596901.0A patent/CN105978112B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102738872A (zh) * | 2011-04-08 | 2012-10-17 | 郑佩尧 | 分充制蓄电池充电器 |
| CN102548154A (zh) * | 2012-02-07 | 2012-07-04 | 黄克亚 | 一种太阳能led照明系统控制装置 |
| CN104467077A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-03-25 | 合肥正美电源科技有限公司 | 蓄电池充电控制方法 |
| CN104319854A (zh) * | 2014-11-18 | 2015-01-28 | 内蒙古科技大学 | 一种电动自行车独立光伏充电装置及其充电方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105978112A (zh) | 2016-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105978112B (zh) | 一种超级电容多模式快速充电电路的设计方法 | |
| CN106026334B (zh) | 超级电容三段式充电电路及其为超级电容快速充电的方法 | |
| CN206250979U (zh) | 一种准谐振有源箝位反激式变换器 | |
| CN203859682U (zh) | 低输入电流纹波单开关高增益变换器 | |
| CN103633839A (zh) | 一种改进型z源升压dc-dc变换器 | |
| CN205846829U (zh) | 一种超级电容的快速充电电路 | |
| CN103825457A (zh) | 一种准z源直流-直流升压变换器电路 | |
| CN108429472B (zh) | 一种海洋能发电的自启动与自供电能量收集电路 | |
| CN103219765B (zh) | 光伏充电控制器 | |
| CN203883673U (zh) | 一种改进型z源升压dc-dc变换器 | |
| CN107565814A (zh) | 一种适用于燃料电池发电的高增益准z源开关升压逆变器 | |
| CN110138207A (zh) | 可用于储能装置的高电压增益的双向dc/dc变换器 | |
| CN203722474U (zh) | 一种准z源直流-直流升压变换器电路 | |
| CN207368879U (zh) | 一种低电压应力的高增益准开关升压dc/dc变换器 | |
| CN205847091U (zh) | 一种开关电感型准开关升压dc‑dc变换器 | |
| CN205847086U (zh) | 一种开关电容型高增益准z源dc‑dc变换器 | |
| CN205847090U (zh) | 一种混合型准开关升压dc‑dc变换器 | |
| CN204696953U (zh) | 一种适用于光伏发电的z源逆变器 | |
| CN204947919U (zh) | 一种新型并联谐振零电压光伏发电装置 | |
| CN204948016U (zh) | 一种采用零电压开关辅助谐振的光伏发电装置 | |
| CN101719723B (zh) | 一种限流条件下实现瞬时大电流的电源装置 | |
| CN204696954U (zh) | 一种三相谐振极光伏逆变器 | |
| CN106787728A (zh) | 一种开关电容型准开关升压dc‑dc变换器 | |
| CN106787692A (zh) | 一种共地型开关电容准z源变换器 | |
| CN206564540U (zh) | 一种共地型开关电容准z源变换器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |