CN108496291B - 法拉电容充电电路及电子设备 - Google Patents
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Abstract
一种法拉电容充电电路及电子设备，法拉电容充电电路包括直流/直流控制器(10)、采样单元(20)、放电单元(40)及比较单元(30)：直流/直流控制器(10)的输出引脚与法拉电容(C)的一端连接，输出调节引脚(SS)通过一启动电容(Css)接地；采样单元(20)串联在所述法拉电容(C)的另一端和地之间；放电单元(40)与所述启动电容(Css)并联；比较单元(30)用于检测所述采样单元(20)的电压分量，并将所述电压分量与预设电压比较，由比较结果控制所述放电单元(40)放电以调节所述充电信号的电流大小。通过结构简单、成本低的检测、比较和放电反馈链路调节充电控制器的输出电流；另外，输出电流的限流值的可以通过调节采样单元(20)的阻值或调节比较单元(30)的参考电压来设定输出电流的限流值。
Description
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及一种法拉电容限流充电电路及电子设备。
背景技术
在电子电路应用设计中，法拉电容可应用于断电数据保护，作为后备电源和供电电池等应用场景。如在MDVR(Mobile Digital Video Recorders，车载硬盘录像机)中，断电后可用法拉电容供电，让MDVR完成数据的存储等操作。为了提高法拉电容的寿命，一般会限制法拉电容的充电电流。
目前传统的技术方案中是利用恒流芯片对法拉电容进行恒流充电，但其存在如下不足：充电电流越大，需要的恒流芯片和外围器件规格越高，成本越高。
技术问题
传统的法拉电容充电电路存在电路结构复杂，所需器件的规格高导致成本高的问题。
技术解决方案
一种法拉电容充电电路，包括：
具有一输入引脚、一输出调节引脚和一输出引脚的直流/直流控制器，所述输出引脚与法拉电容的一端连接，所述直流/直流控制器在输入引脚接入电源信号进行直流变换后在输出引脚输出充电信号给所述法拉电容充电，所述输出调节引脚通过一启动电容接地；
串联在所述法拉电容的另一端和地之间的采样单元；
与所述启动电容并联的放电单元；及
连接在所述将所述采样单元与所述放电单元之间的比较单元；
其中，所述比较单元用于检测所述采样单元的电压分量，并将所述电压分量与预设电压比较，由比较结果控制所述放电单元放电以调节所述充电信号的电流大小。
在其中一个实施例中，所述比较单元具体用于将所述电压分量放大后与所述预设电压比较得到所述比较结果。
在其中一个实施例中，所述采样单元为电阻、电容和电感中至少一种组成的电路。
在其中一个实施例中，所述放电单元包括一开关管，所述开关管的控制端与所述比较单元连接，所述开关管的高电位端和低电位端分别与所述启动电容的两端并联。
在其中一个实施例中，所述开关管为三极管、场效应管或IGBT。
在其中一个实施例中，所述放电单元还包括放电电阻，所述放电电阻与所述开关管串联。
在其中一个实施例中，所述放电单元还包括一信号源、第一分压偏置电阻和第二分压偏置电阻，其中，所述第一分压偏置电阻一端接所述信号源，另一端通过所述第二分压偏置电阻接地，且所述第二分压偏置电阻与所述启动电容并联。
在其中一个实施例中，所述比较单元包括一运算放大器和一比较器，所述运算放大器的正相输入端接所述法拉电容和所述采样单元的公共端，所述运算放大器的反相输入端接所述采样单元的另一端，所述运算放大器的输入端接所述比较器的正相输入端，所述比较器的反相输入端接作为所述预设电压的基准电压，所述比较器的输出端接所述放电单元。
在其中一个实施例中，所述输出调节引脚为缓启动引脚。
此外，还提供了一种电子设备，包括法拉电容和上述的法拉电容充电电路。
上述的法拉电容充电电路及电子设备通过结构简单、成本低的检测、比较和放电反馈链路调节充电控制器的输出电流，其中是通过调节启动电容的电量电压来调节输出电流大小；另外，输出电流的限流值的可以通过调节采样单元的阻值或调节比较单元的参考电压来设定输出电流的限流值；且充电控制器也可以选择成本、规格低的器件，而其他电路的调整基本不影响电路成本。
附图说明
图1为本发明较佳实施例提供的法拉电容充电电路的示例电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明较佳实施例法拉电容充电电路包括直流/直流控制器(DC-DC芯片)10、采样单元20、比较单元30和放电单元40。
直流/直流控制器10具有一输入引脚Vin、一输出调节引脚SS和一输出引脚Vout，输出引脚Vout与法拉电容C的一端连接，直流/直流控制器10在输入引脚Vin接入电源信号进行直流变换后在输出引脚Vout输出充电信号给法拉电容C充电，输出调节引脚SS通过一启动电容Css接地；采样单元20串联在法拉电容C的另一端和地之间；放电单元40与启动电容Css并联的；比较单元30连接在将采样单元20与放电单元40之间，比较单元30用于检测采样单元20的电压分量，并将电压分量与预设电压比较，由比较结果控制放电单元40放电以调节充电信号的电流Is大小，即根据比较结果决定是否控制放电单元40放电。
本实施方式中，输出调节引脚SS为缓启动引脚；在其他实施方式中，根据DC-DC芯片的规格/型号的不同设定或引脚定义，输出调节引脚SS可以是输出电流Is调节引脚，输出电压调节引脚，调光引脚等。
采样单元20为电阻、电容和电感中至少一种组成的电路。本实施方式中，采样单元20为一采样电阻Rs；在其他实施方式中，采样单元20还可以是采样电阻Rs串并联电容和/或电感。
在一个实施方式中，比较单元30具体用于将电压分量放大后与预设电压比较得到比较结果。具体地，比较单元30包括一运算放大器U1和一比较器U2，运算放大器U1的正相输入端接法拉电容C和采样单元20的公共端，运算放大器U1的反相输入端接采样单元20的另一端，运算放大器U1的输入端接比较器U2的正相输入端，比较器U2的反相输入端接作为预设电压的基准电压Vref，比较器U2的输出端接放电单元40。本实施方式中，运算放大器U1和比较器U2是以集成电路为例说明相关实施例。可以理解的是，放大器可用集成放大器、分立元件或其他能够将信号放大的电路实现；比较器U2可用集成比较器U2、放大电路或其他能够实现阈值判断的电路实现。
在一个实施方式中，放电单元40包括一开关管Q1，开关管Q1的控制端与比较单元30连接，开关管Q1的高电位端和低电位端分别与启动电容Css的两端并联。开关管Q1为三极管、场效应管(Field Effect Transistor，FET)管或IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)。在启动电容Css的电量电压过大时，可以通过导通开关管Q1将其与启动电容Css并联以消耗启动电容Css的电量，以降低电量电压，进而降低直流/直流控制器10的输出引脚Vout的充电信号的电流Is。
进一步地，为消耗启动电容Css的电量的速度，即为提供降低充电信号的电流Is的速度，放电单元40还包括放电电阻Rd，放电电阻Rd与开关管Q1串联。如此，通过放电电阻Rd和开关管Q1一起消耗启动电容Css的电量，防止放电过快，提高电路稳定性。可以理解的是放电电阻Rd可以是单个电阻器，也可以是多个电阻器的串/并联实现。
进一步地，放电单元40还包括一信号源V1、第一分压偏置电阻Rb1和第二分压偏置电阻Rb2，其中，第一分压偏置电阻Rb1一端接信号源V1，另一端通过第二分压偏置电阻Rb2接地，且第二分压偏置电阻Rb2与启动电容Css并联。信号源V1、第一分压偏置电阻Rb1和第二分压偏置电阻Rb2构成启动电容Css的充电电路，在启动电容Css的电量电压过低时，关断开关管Q1停止对启动电容Css放电，而充电电路则对启动电容Css进行充电。如此可以实现充电信号的电流Is灵活调节。信号源V1可以为电压源或者电流Is源。信号源V1、第一分压偏置电阻Rb1和第二分压偏置电阻Rb2为可选器件，可根据实际选择的控制器判断是否需要。
具体地，采样单元20以一采样电阻Rs为例，法拉电容C充电时，充电电流Is流过法拉电容C和采样电阻Rs，放大器U1放大采样电阻Rs上的电压，当充电电流Is过大，采样电阻Rs电压过大，使得放大器U1输出电压超过比较器U2比较阈值-基准电压Vref时，比较器U2输出高电平，开关管Q1打开，给启动电容Css放电，启动电容Css的电量电压Vss降低，使充电信号Vout的电压降低，降低充电电流Is，使法拉电容C充电时电流Is维持在预设值左右。充电限制电流Is＝Vref/(Rs*A)，其中，A为放大器放大倍数。如此，在一些实施方式中，输出电流的限流值的可以通过调节采样单元20的阻值、比较器U2的基准电压Vref、运算放大器U1的倍数A来输出电流的限流值。
可以理解的是，比较器U2输出的电平信号为上述比较结果，本实施方式中，高电平为有效电平，开关管Q1是高电平导通的器件；在其他实施方式中，可以根据不同需要，可以设置低电平为有效电平，如此，放大器U1的输出端可以接比较器U2的反相输入端，基准电压Vref接比较器U2的正相输入端，开关管Q1可以低电平导通的器件。
此外，还提供了一种电子设备，包括法拉电容C和上述的法拉电容C充电电路。电子设备可以是MDVR等。
上述的法拉电容充电电路及电子设备通过结构简单、成本低的检测、比较和放电反馈链路调节充电控制器的输出电流，其中是通过调节启动电容的电量电压来调节输出电流大小；另外，输出电流的限流值的可以通过调节采样单元的阻值或调节比较单元的参考电压来设定输出电流的限流值，且充电控制器也可以选择成本、规格低的器件，而其他电路的调整基本不影响电路成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种法拉电容充电电路，其特征在于，包括：
具有一输入引脚、一输出调节引脚和一输出引脚的直流/直流控制器，所述输出引脚与法拉电容的一端连接，所述直流/直流控制器在输入引脚接入电源信号进行直流变换后在输出引脚输出充电信号给所述法拉电容充电，所述输出调节引脚通过一启动电容接地，所述输出调节引脚为输出电流调节引脚、输出电压调节引脚或调光引脚；
串联在所述法拉电容的另一端和地之间的采样单元；
与所述启动电容并联的放电单元；及
连接在所述采样单元与所述放电单元之间的比较单元；
其中，所述比较单元用于检测所述采样单元的电压分量，并将所述电压分量与预设电压比较，由比较结果控制所述放电单元放电以调节所述充电信号的电流大小。
2.如权利要求1所述的法拉电容充电电路，其特征在于，所述比较单元具体用于将所述电压分量放大后与所述预设电压比较得到所述比较结果。
3.如权利要求1所述的法拉电容充电电路，其特征在于，所述采样单元为电阻、电容和电感中至少一种组成的电路。
4.如权利要求1所述的法拉电容充电电路，其特征在于，所述放电单元包括一开关管，所述开关管的控制端与所述比较单元连接，所述开关管的高电位端和低电位端分别与所述启动电容的两端并联。
5.如权利要求4所述的法拉电容充电电路，其特征在于，所述开关管为三极管、场效应管或IGBT。
6.如权利要求4所述的法拉电容充电电路，其特征在于，所述放电单元还包括放电电阻，所述放电电阻与所述开关管串联。
7.如权利要求4、5或6所述的法拉电容充电电路，其特征在于，所述放电单元还包括一信号源、第一分压偏置电阻和第二分压偏置电阻，其中，所述第一分压偏置电阻一端接所述信号源，另一端通过所述第二分压偏置电阻接地，且所述第二分压偏置电阻与所述启动电容并联。
8.如权利要求1至6任一项所述的法拉电容充电电路，其特征在于，所述比较单元包括一运算放大器和一比较器，所述运算放大器的正相输入端接所述法拉电容和所述采样单元的公共端，所述运算放大器的反相输入端接所述采样单元的另一端，所述运算放大器的输入端接所述比较器的正相输入端，所述比较器的反相输入端接作为所述预设电压的基准电压，所述比较器的输出端接所述放电单元。
9.一种电子设备，包括法拉电容，其特征在于，还包括权利要求1至8任一项所述的法拉电容充电电路。
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