CN106385102A - 一种超级电容储能的电源电压暂降保护器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种超级电容储能的电源电压暂降保护器及其控制方法，属于电压暂降保护技术领域。保护器，包括市电电压幅值检测电路、市电电压电流相位检测电路、直流母线电压检测电路、直流母线电流检测电路、超级电容电压检测电路、负载电压检测电路、负载电压电流相位检测电路、超级电容充放电电路、电源切换模块、超级电容器组及均衡电压电路、单片机控制单元、整流电路和直流降压电路。控制方法：设定电源切换模块回切时长；将负载两端电流相位和电网电压相位输入至单片机控制单元中；监测市电电网是否发生电压暂降，若是，则判断此时的电压电流相位，将市电电网供电切换为超级电容器组供电；在电网电压恢复正常时，将超级电容器组供电切换为市电电网供电。

Description

一种超级电容储能的电源电压暂降保护器及其控制方法

技术领域

本发明属于电压暂降保护技术领域，特别是涉及一种超级电容储能的电源电压暂降保护器及其控制方法。

背景技术

随着电网并网、环网的日益扩大，以及馈电变压器容量增大带来的配出回路的增多，电源瞬时失压的现象越来越频繁。一些企业的电网电压暂降对传统的控制系统影响较小，但是变频器自身抗晃电能力差，使变频器低压跳闸，导致电机停止，影响生产，给企业带来巨大的经济损失。变频器的基本工作原理是先将交流市电整流成直流，再将直流逆变为可调的交流电，进而达到变频调速节能的作用。为确保供电系统的稳定，提高设备供电质量，目前通常采用直流支撑方法，即利用蓄电池储存的直流电源，直接为变频器直流母线供电，从而保证变频器的正常运行。但是基于直流支撑方法不仅设备价格昂贵，而且蓄电池也存在很多缺点，如使用寿命短、维护工作量大、充电速度慢、漏电流比较大、化学电池污染环境等。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种超级电容储能的电源电压暂降保护器及其控制方法。本发明采用超级电容器组作为储能模块，与蓄电池相比，由超级电容器组成的超级电容器组为充电/放电循环使用，其使用寿命长，且具有能量密度大、能量储存大、充电速度迅速和环保等优点；在实际应用中，超级电容器能够快速放电，等效内阻低，因此，其适应瞬态补偿电压骤降、短期电压中断和电源电压骤升等情况的能力更强。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种超级电容储能的电源电压暂降保护器，包括市电电压幅值检测电路、市电电压电流相位检测电路、直流母线电压检测电路、直流母线电流检测电路、超级电容电压检测电路、负载电压检测电路、负载电压电流相位检测电路、超级电容充放电电路、电源切换模块、超级电容器组及均衡电压电路、单片机控制单元、整流电路和直流降压电路；

所述整流电路的输入端、市电电压电流相位检测电路的输入端、市电电压幅值检测电路的输入端和电源切换模块的第一输入端分别连接至市电电网，整流电路的第一输出端连接直流降压电路的输入端，直流降压电路的输出端连接单片机控制单元的芯片供电端口，整流电路的第二输出端连接超级电容充放电电路的输入端；市电电压电流相位检测电路的输出端连接单片机控制单元的电压电流相位采样端口，市电电压幅值检测电路的输出端连接单片机控制单元的A/D采样端口，电源切换模块的第二输入端连接单片机控制单元，电源切换模块的输出端与负载相连接，电源切换模块还与超级电容充放电电路相连接；超级电容充放电电路的输出端分别与超级电容器组及均衡电压电路的输入端、直流母线电压检测电路的输入端和直流母线电流检测电路的输入端相连接，直流母线电压检测电路的输出端和直流母线电流检测电路的输出端均与单片机控制单元相连接；超级电容器组及均衡电压电路的输出端与超级电容电压检测电路的输入端相连接，超级电容电压检测电路的输出端与单片机控制单元相连接；负载电压检测电路的输入端和负载电压电流相位检测电路的输入端均与负载相连接，负载电压检测电路的输出端和负载电压电流相位检测电路的输出端均与单片机控制单元相连接。

所述超级电容器组及均衡电压电路包括超级电容器组和均衡电压电路，所述超级电容器组是由五个相同的超级电容器串联组成，作为向负载提供交流电的备用电源；所述均衡电压电路用来均衡各超级电容器之间的电压。

所述电源切换模块用来实现在市电电网供电与超级电容器组供电之间的切换功能。

所述单片机控制单元用于根据市电电压幅值检测电路的采样信号监测市电电网是否发生电压暂降：当市电电网发生电压暂降时，根据市电电压电流相位检测电路检测的信号判断此时的电流相位，并通过控制电源切换模块将市电电网供电电路切断，切换为超级电容器组供电；在市电电网电压恢复正常时，再通过控制电源切换模块将超级电容器组供电电路切断，切换为市电电网供电。

所述市电电压电流相位检测电路通过霍尔电流传感器将负载两端的电流相位以高低电平的形式输入至单片机控制单元中，同时市电电压电流相位检测电路将市电电网的电压相位以高低电平的形式输入至单片机控制单元中。

所述直流母线电压检测电路、直流母线电流检测电路和超级电容电压检测电路用于判断超级电容充放电电路的工作状态，然后计算出相应的占空比调整输入输出电流；直流母线电压检测电路和直流母线电流检测电路分别用来检测超级电容器组的电压和电流。

所述负载电压检测电路用于采集负载两端的电压，在超级电容器组放电时形成反馈调节电路，进行闭环控制。

所述负载电压电流相位检测电路用于在市电电网供电到超级电容器组供电切换时保证负载两端电压相位一致。

所述的超级电容储能的电源电压暂降保护器的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过负载电压检测电路和负载电压电流相位检测电路采集负载上的电压值和电流值，并输入至单片机控制单元中，进而设定电源切换模块回切的时长；

步骤2：通过市电电压幅值检测电路将市电电网的220V正弦交流电转换为单片机控制单元能接收的恒为正相的电压，并输入至单片机控制单元中；

步骤3：通过市电电压电流相位检测电路中的霍尔电流传感器将负载两端的电流相位以高低电平的形式输入至单片机控制单元中，同时市电电压电流相位检测电路将市电电网的电压相位以高低电平的形式输入至单片机控制单元中；

步骤4：整流电路将市电电网的220V交流电整流成12V的直流电，为超级电容器组充电，同时直流降压电路将12V的直流电降成3.3V为单片机控制单元供电；

步骤5：单片机控制单元根据市电电压幅值检测电路的采样信号监测市电电网是否发生电压暂降，即判断220V市电电网的电压是否低于标准电压的80％；若是，则判定市电电网发生电压暂降，执行步骤6；若否，返回执行步骤1；

步骤6：单片机控制单元根据市电电压电流相位检测电路检测的信号判断此时的电压电流相位，并发出使能信号，控制电源切换模块将市电电网供电电路切断，切换为超级电容器组供电，此时由超级电容器组为负载提供稳定电压；

步骤7：在市电电网电压恢复正常时，单片机控制单元通过控制电源切换模块将超级电容器组供电电路切断，切换为市电电网供电，再将超级电容充放电电路切换为充电模式；通过直流母线电压检测电路、直流母线电流检测电路和超级电容电压检测电路检测的信号判断超级电容充放电电路的工作状态，然后计算出相应的占空比调整输入输出电流。

本发明的有益效果：

由于本发明的超级电容器组是由五个相同的超级电容器串联组成，并且本发明还为每个超级电容器配备了一个均衡电压电路，防止因超级电容器内部参数不一致而导致的充电过程中超级电容器工作电压不平衡的情况发生，极大地提高了整个装置的供电安全性、可靠性、供电电能质量和使用寿命。对于超级电容器组充电电路的设计，本发明采用了先恒流后恒压的充电策略，这样可以有效防止超级电容器组中的单个超级电容器由于出现过充而造成整个损坏。对于超级电容器组放电电路的设计，本发明能在市电电网出现突然断电或电压低于设定运行范围值时，使超级电容器组通过放电电路对负载进行恒压放电。

附图说明

图1为本发明的超级电容储能的电源电压暂降保护器的一个实施例的电路原理框图；

图2为本发明的一个实施例的市电电压幅值检测电路的电路原理图；

图3为本发明的一个实施例的市电电压电流相位检测电路的电路原理图；

图4为本发明的一个实施例的整流电路的电路原理图；

图5为本发明的一个实施例的超级电容器组及均衡电压电路的电路原理图；

图6为本发明的一个实施例的整流电路与超级电容器组及均衡电压电路连接后的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种超级电容储能的电源电压暂降保护器，包括市电电压幅值检测电路、市电电压电流相位检测电路、直流母线电压检测电路、直流母线电流检测电路、超级电容电压检测电路、负载电压检测电路、负载电压电流相位检测电路、超级电容充放电电路、电源切换模块、超级电容器组及均衡电压电路、单片机控制单元、整流电路和直流降压电路；所述整流电路的输入端、市电电压电流相位检测电路的输入端、市电电压幅值检测电路的输入端和电源切换模块的第一输入端分别连接至市电电网，整流电路的第一输出端连接直流降压电路的输入端，直流降压电路的输出端连接单片机控制单元的芯片供电端口，整流电路的第二输出端连接超级电容充放电电路的输入端；市电电压电流相位检测电路的输出端连接单片机控制单元的电压电流相位采样端口，市电电压幅值检测电路的输出端连接单片机控制单元的A/D采样端口，电源切换模块的第二输入端连接单片机控制单元，电源切换模块的输出端与负载相连接，电源切换模块还与超级电容充放电电路相连接；超级电容充放电电路的输出端分别与超级电容器组及均衡电压电路的输入端、直流母线电压检测电路的输入端和直流母线电流检测电路的输入端相连接，直流母线电压检测电路的输出端和直流母线电流检测电路的输出端均与单片机控制单元相连接；超级电容器组及均衡电压电路的输出端与超级电容电压检测电路的输入端相连接，超级电容电压检测电路的输出端与单片机控制单元相连接；负载电压检测电路的输入端和负载电压电流相位检测电路的输入端均与负载相连接，负载电压检测电路的输出端和负载电压电流相位检测电路的输出端均与单片机控制单元相连接。

所述超级电容器组及均衡电压电路包括超级电容器组和均衡电压电路，所述超级电容器组是由五个相同的超级电容器串联组成，作为向负载提供交流电的备用电源；所述均衡电压电路用来均衡各超级电容器之间的电压，可均衡每个超级电容器的电压，本发明为每个超级电容器配备了均衡电压电路，防止因超级电容器内部参数不一致而导致充电过程中超级电容器工作电压不平衡的情况发生。

所述电源切换模块用来实现在市电电网供电与超级电容器组供电之间的切换功能。

所述单片机控制单元用于根据市电电压幅值检测电路的采样信号监测市电电网是否发生电压暂降：当市电电网发生电压暂降时，根据市电电压电流相位检测电路检测的信号判断此时的电压电流相位，并通过控制电源切换模块将市电电网供电电路切断，切换为超级电容器组供电；在市电电网电压恢复正常时，再通过控制电源切换模块将超级电容器组供电电路切断，切换为市电电网供电。本实施例中，所述单片机控制单元采用的型号为dsPIC33FJ16GS504。

所述市电电压幅值检测电路可将市电电网的220V正弦交流电压转换为单片机控制单元可接收的恒为正相的电压。所述整流电路用于将220V的正弦市电电网电压整流为电压值为12V的直流电压输出，一部分供给超级电容器组进行充电，另一部分被所述直流降压电路斩波为3.3V的直流电压输出至单片机控制单元的芯片供电端口。所述直流降压电路用于将整流电路输出的12V直流电压降压至单片机控制单元可承受的3.3V电压，为单片机控制单元供电。

所述超级电容充放电电路是用来实现超级电容器组的充电和放电功能的。

所述市电电压电流相位检测电路通过霍尔电流传感器将负载两端的电流相位以高低电平的形式输入至单片机控制单元中，同时市电电压电流相位检测电路将市电电网的电压相位以高低电平的形式输入至单片机控制单元中。

所述直流母线电压检测电路、直流母线电流检测电路和超级电容电压检测电路用于判断超级电容充放电电路的工作状态，然后计算出相应的占空比调整输入输出电流。直流母线电压检测电路和直流母线电流检测电路分别用来检测超级电容器组的电压和电流。

所述负载电压检测电路用于采集负载两端的电压，在超级电容器组放电时形成反馈调节电路，进行闭环控制。

所述负载电压电流相位检测电路用于在市电电网供电到超级电容器组供电切换时保证负载两端电压相位一致。

对于超级电容充放电电路中的超级电容器组充电电路的设计，本发明采用了先恒流后恒压的充电策略，这样可以有效防止超级电容器组中的单个超级电容器由于出现过充而造成整个损坏。对于超级电容充放电电路中的超级电容器组放电电路的设计，本发明能在市电电网出现突然断电或电压低于设定运行范围值时，使超级电容器组通过放电电路对负载进行恒压放电。

所述市电电压幅值检测电路的电路原理图，如图2所示。其中，整流桥U1采用的型号为DB105S，运算放大器U2A和运算放大器U2B采用的型号为LM2904D，线性光耦U4采用的型号为HCNR200。市电电网的火线L与整流桥U1的第二引脚相连接，市电电网的零线N与整流桥U1的第一引脚相连接，整流桥U1的第三引脚与第一电阻R1的一端相连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端相连接，第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的一端相连接，第三电阻R3的另一端分别与运算放大器U2A的第三引脚、第四电阻R4的一端和第一电容C1的一端相连接，第四电阻R4和第一电容C1的另一端均与6ND相连接；整流桥U1的第四引脚也与GND相连接，运算放大器U2A的第八引脚与VCC相连接，第四引脚与GND相连接，第二引脚与第一引脚相连接，第一引脚还与第五电阻R5的一端相连接，第五电阻R5的另一端分别与运算放大器U2B的第六引脚和线性光耦U4的第三引脚相连接，运算放大器U2B的第八引脚与VCC相连接，第四引脚与GND相连接，第五引脚与第二电容C2的一端相连接，第二电容C2的另一端与VCC相连接；运算放大器U2B的第七引脚与线性光耦U4的第一引脚相连接，线性光耦U4的第二引脚与第六电阻R6的一端相连接，第六电阻R6的另一端与VCC相连接，线性光耦U4的第四引脚与GND相连接；第五引脚和第六引脚作为市电电压幅值检测电路的输出端，与单片机控制单元的A/D采样端口相连接。

所述市电电压电流相位检测电路的电路原理图，如图3所示。其中，电流传感器采用基于霍尔效应的线性霍尔电流传感器，该芯片采用的型号为ACS712ELCTR-20A-T，其内部集成了电压偏置调整功能，即供电电压为5V时，当输入端流入的电流为0A时，输出电压为2.5V，此后输出的电压随流入的电流变化在2.5V电压的基础上加减变化。市电电网的电流由霍尔电流传感器U5的第一引脚和第二引脚流入，由霍尔电流传感器U5的第三引脚和第四引脚流出；霍尔电流传感器U5的第七引脚输出线性感应电压，由分压电阻R7和R8分压后输入至单片机控制单元的电压电流相位采样端口。市电电压电流相位检测电路的具体电路连接关系如下：霍尔电流传感器U5的第七引脚与第七电阻R7的一端相连接，第七电阻R7的另一端与第八电阻R8的一端相连接，第八电阻R8的另一端与霍尔电流传感器U5的第五引脚相连接；霍尔电流传感器U5的第六引脚与第三电容C3的一端相连接，第三电容C3的另一端与霍尔电流传感器U5的第五引脚相连接，霍尔电流传感器U5的第八引脚与第四电容C4的一端相连接，第四电容C4的另一端与霍尔电流传感器U5的第五引脚相连接。

所述整流电路的电路原理图，如图4所示。其中，U6采用集成芯片AC220S12DC，可直接将市电电网输入的220V交流电转化为+12V的直流电输出。第五电容C5的一端连接市电电网的火线L，另一端连接市电电网的零线N，第六电容C6的一端连接市电电网的火线L，另一端分别连接第七电容C7的一端和芯片U6的第三引脚，第七电容C7的另一端分别连接市电电网的零线N和压敏电阻RV1的一端，压敏电阻RV1的另一端连接市电电网的火线L；第八电容C8的一端连接市电电网的火线L，另一端分别连接市电电网的零线N和芯片U6的第二引脚；芯片U6的第一引脚与市电电网的火线L相连接，芯片U6的第四引脚分别连接第一稳压管D1的负向输入端和第二整流二极管D2的正相输入端，第一稳压管D1的正相输入端连接芯片U6的第五引脚，并与GND相连接；第二整流二极管D2的负向输入端分别连接第一电感L1的一端、第九电阻R9的一端和第三整流二极管D3的负向输入端，第一电感L1的另一端和第九电阻R9的另一端分别与第三整流二极管D3的正向输入端相连接，并作为整流电路的输出端。

所述超级电容器组及均衡电压电路的电路原理图，如图5所示。超级电容器组是由五个相同的超级电容器C-1、C-2、C-3、C-4和C-5串联而成，并且每个超级电容器并联相同的均衡电压电路，下面以超级电容器C-1及与其并联的均衡电压电路为例，来说明超级电容器组及均衡电压电路的结构和工作原理。超级电容器C-1的正极连接阻值为10K的第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端分别连接阻值为120K的第十一电阻R11的一端、第九电容C9的一端和NPN型第三三极管Q3的基极，第十一电阻R11的另一端连接超级电容器C-1的负极，第九电容C9的另一端分别连接阻值为100Ω的第十二电阻R12的一端、阻值为470Ω的第十三电阻R13的一端和第三三极管Q3的集电极，第十二电阻R12的另一端连接超级电容器C-1的正极，第三三极管Q3的发射极连接超级电容器C-1的负极；第十三电阻R13的另一端分别连接阻值为220Ω的第十四电阻R14的一端和PNP型第二三极管Q2的基极，第十四电阻R14的另一端连接超级电容器C-1的负极，第二三极管Q2的发射极连接超级电容器C-1的正极，第二三极管Q2的集电极分别连接阻值为2.2KΩ的第十五电阻R15的一端和阻值为100Ω的第十六电阻R16的一端，第十六电阻R16的另一端连接MOSFET-N第一场效应管Q1的栅极，第十五电阻R15的另一端连接超级电容器C-1的负极；MOSFET-N第一场效应管Q1的漏极连接超级电容器C-1的正极，MOSFET-N第一场效应管Q1的源极连接阻值为3Ω的第十七电阻R17的一端，第十七电阻R17的另一端连接超级电容器C-1的负极。

将图4所示的整流电路与图5所示的超级电容器组及均衡电压电路相连接，如图6所示，即：将第三整流二极管D3的正向输入端与超级电容器C-1的正极相连接。

所述直流母线电压检测电路、直流母线电流检测电路、超级电容电压检测电路、负载电压检测电路、负载电压电流相位检测电路、超级电容充放电电路、电源切换模块和直流降压电路，均为现有技术中的常规技术手段，是同行技术人员所熟知的，其具体电路连接关系在此不再赘述。

所述的超级电容储能的电源电压暂降保护器的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过负载电压检测电路和负载电压电流相位检测电路采集负载上的电压值和电流值，并输入至单片机控制单元中，进而设定电源切换模块回切的时长；

步骤2：通过市电电压幅值检测电路将市电电网的220V正弦交流电转换为单片机控制单元能接收的恒为正相的电压，并输入至单片机控制单元中；

步骤3：通过市电电压电流相位检测电路中的霍尔电流传感器将负载两端的电流相位以高低电平的形式输入至单片机控制单元中，同时市电电压电流相位检测电路将市电电网的电压相位以高低电平的形式输入至单片机控制单元中；

步骤4：整流电路将市电电网的220V交流电整流成12V的直流电，为超级电容器组充电，同时直流降压电路将12V的直流电降成3.3V为单片机控制单元供电；

步骤5：单片机控制单元根据市电电压幅值检测电路的采样信号监测市电电网是否发生电压暂降，即判断220V市电电网的电压是否低于标准电压的80％；若是，则判定市电电网发生电压暂降，执行步骤6；若否，返回执行步骤1；

步骤6：单片机控制单元根据市电电压电流相位检测电路检测的信号判断此时的电压电流相位，并发出使能信号，控制电源切换模块将市电电网供电电路切断，切换为超级电容器组供电，此时由超级电容器组为负载提供稳定电压；

步骤7：在市电电网电压恢复正常时，单片机控制单元通过控制电源切换模块将超级电容器组供电电路切断，切换为市电电网供电，再将超级电容充放电电路切换为充电模式；通过直流母线电压检测电路、直流母线电流检测电路和超级电容电压检测电路检测的信号判断超级电容充放电电路的工作状态，然后计算出相应的占空比调整输入输出电流。

下面给出本发明的具体实施例中所采用的各元器件及电路的设计参数要求：

1.采用恒流对超级电容器，包括C-1、C-2、C-3、C-4和C-5，进行充电时的计算公式如下：

$I\frac{u_{o}t}{2}=\frac{1}{2}{\mathrm{Cu}}_c^2---\left(1\right)$

式中，u_o-t时刻充电电压；

u_c-t时刻电容电压；

I-充电电流；

t-充电时间；

C-单个超级电容器的电容量。

充电电流I的计算公式，如下：

$I=\frac{u_o-u_c}{R}---\left(2\right)$

式中，R-负载电阻。

将公式(2)带入公式(1)可得，以恒流I对超级电容器进行充电时，电容电压u_c与充电时间t的关系式：

$u_c=\frac{t+\sqrt{t^2+4RCt}}{2C}I---\left(3\right)$

通过对电路的暂态分析，得：

$D_1{T}_s=-\mathrm{\τ}ln(1-\frac{(I_{max}-I_{min})R}{U_S-u_c})---\left(4\right)$

$D_2{T}_s=-\mathrm{\τ}ln(1-\frac{(I_{max}-I_{min})R}{u_c+I_{max}R})---\left(5\right)$

式中，I_max-电流最大值；

I_min-电流最小值；

τ-时间常数；

D₁-导通时间占开关周期的比；

D₂-电流下降到零所用时间占开关周期的比；

T_s-开关周期；

U_s-电感两端电压。

当时，开关管导通时间D₁T_s+D₂T_s的值最小，即充电效率最大。

2.三极管选择时所需的参数计算公式，如下：

三极管电流放大系数：

$\mathrm{\β}=\frac{I_c}{I_b}---\left(6\right)$

式中，I_c-三极管集电极电流；

I_b-三极管基极电流。

其中，

式中，U_beq-三极管基极导通压降；

V_CC-三极管集电极供电电源电压；

R_b-三极管基极负载电阻。

三极管小信号模型基射电阻r_be：

$r_{be}=r_{{\mathrm{bb}}^{\′}}+(1+\mathrm{\β})\frac{U_t}{I_{cq}}---\left(8\right)$

式中，r_bb′-三极管基极电阻；

U_t-常温下约为26mv；

I_cq-三极管集电极静态电流。

三极管跨导g_m：

$g_m=\frac{I_{cq}}{U_t}\≈\frac{\mathrm{\β}}{r_{be}}---\left(9\right)$

Claims (9)

1.一种超级电容储能的电源电压暂降保护器，其特征在于包括市电电压幅值检测电路、市电电压电流相位检测电路、直流母线电压检测电路、直流母线电流检测电路、超级电容电压检测电路、负载电压检测电路、负载电压电流相位检测电路、超级电容充放电电路、电源切换模块、超级电容器组及均衡电压电路、单片机控制单元、整流电路和直流降压电路；

所述整流电路的输入端、市电电压电流相位检测电路的输入端、市电电压幅值检测电路的输入端和电源切换模块的第一输入端分别连接至市电电网，整流电路的第一输出端连接直流降压电路的输入端，直流降压电路的输出端连接单片机控制单元的芯片供电端口，整流电路的第二输出端连接超级电容充放电电路的输入端；市电电压电流相位检测电路的输出端连接单片机控制单元的电压电流相位采样端口，市电电压幅值检测电路的输出端连接单片机控制单元的A/D采样端口，电源切换模块的第二输入端连接单片机控制单元，电源切换模块的输出端与负载相连接，电源切换模块还与超级电容充放电电路相连接；超级电容充放电电路的输出端分别与超级电容器组及均衡电压电路的输入端、直流母线电压检测电路的输入端和直流母线电流检测电路的输入端相连接，直流母线电压检测电路的输出端和直流母线电流检测电路的输出端均与单片机控制单元相连接；超级电容器组及均衡电压电路的输出端与超级电容电压检测电路的输入端相连接，超级电容电压检测电路的输出端与单片机控制单元相连接；负载电压检测电路的输入端和负载电压电流相位检测电路的输入端均与负载相连接，负载电压检测电路的输出端和负载电压电流相位检测电路的输出端均与单片机控制单元相连接。

2.根据权利要求1所述的超级电容储能的电源电压暂降保护器，其特征在于所述超级电容器组及均衡电压电路包括超级电容器组和均衡电压电路，所述超级电容器组是由五个相同的超级电容器串联组成，作为向负载提供交流电的备用电源；所述均衡电压电路用来均衡各超级电容器之间的电压。

3.根据权利要求1所述的超级电容储能的电源电压暂降保护器，其特征在于所述电源切换模块用来实现在市电电网供电与超级电容器组供电之间的切换功能。

4.根据权利要求1所述的超级电容储能的电源电压暂降保护器，其特征在于所述单片机控制单元用于根据市电电压幅值检测电路的采样信号监测市电电网是否发生电压暂降：当市电电网发生电压暂降时，根据市电电压电流相位检测电路检测的信号判断此时的电流相位，并通过控制电源切换模块将市电电网供电电路切断，切换为超级电容器组供电；在市电电网电压恢复正常时，再通过控制电源切换模块将超级电容器组供电电路切断，切换为市电电网供电。

5.根据权利要求1所述的超级电容储能的电源电压暂降保护器，其特征在于所述市电电压电流相位检测电路通过霍尔电流传感器将负载两端的电流相位以高低电平的形式输入至单片机控制单元中，同时市电电压电流相位检测电路将市电电网的电压相位以高低电平的形式输入至单片机控制单元中。

6.根据权利要求1所述的超级电容储能的电源电压暂降保护器，其特征在于所述直流母线电压检测电路、直流母线电流检测电路和超级电容电压检测电路用于判断超级电容充放电电路的工作状态，然后计算出相应的占空比调整输入输出电流；直流母线电压检测电路和直流母线电流检测电路分别用来检测超级电容器组的电压和电流。

7.根据权利要求1所述的超级电容储能的电源电压暂降保护器，其特征在于所述负载电压检测电路用于采集负载两端的电压，在超级电容器组放电时形成反馈调节电路，进行闭环控制。

8.根据权利要求1所述的超级电容储能的电源电压暂降保护器，其特征在于所述负载电压电流相位检测电路用于在市电电网供电到超级电容器组供电切换时保证负载两端电压相位一致。

9.权利要求1所述的超级电容储能的电源电压暂降保护器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过负载电压检测电路和负载电压电流相位检测电路采集负载上的电压值和电流值，并输入至单片机控制单元中，进而设定电源切换模块回切的时长；

步骤2：通过市电电压幅值检测电路将市电电网的220V正弦交流电转换为单片机控制单元能接收的恒为正相的电压，并输入至单片机控制单元中；

步骤3：通过市电电压电流相位检测电路中的霍尔电流传感器将负载两端的电流相位以高低电平的形式输入至单片机控制单元中，同时市电电压电流相位检测电路将市电电网的电压相位以高低电平的形式输入至单片机控制单元中；

步骤4：整流电路将市电电网的220V交流电整流成12V的直流电，为超级电容器组充电，同时直流降压电路将12V的直流电降成3.3V为单片机控制单元供电；

步骤5：单片机控制单元根据市电电压幅值检测电路的采样信号监测市电电网是否发生电压暂降，即判断220V市电电网的电压是否低于标准电压的80％；若是，则判定市电电网发生电压暂降，执行步骤6；若否，返回执行步骤1；

步骤6：单片机控制单元根据市电电压电流相位检测电路检测的信号判断此时的电压电流相位，并发出使能信号，控制电源切换模块将市电电网供电电路切断，切换为超级电容器组供电，此时由超级电容器组为负载提供稳定电压；

步骤7：在市电电网电压恢复正常时，单片机控制单元通过控制电源切换模块将超级电容器组供电电路切断，切换为市电电网供电，再将超级电容充放电电路切换为充电模式；通过直流母线电压检测电路、直流母线电流检测电路和超级电容电压检测电路检测的信号判断超级电容充放电电路的工作状态，然后计算出相应的占空比调整输入输出电流。