CN109818395A - 一种超级电容供电的电源防护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超级电容供电的电源防护电路，包括输入端子、过压保护电路、缓启动电路、储能电容电路以及输出端子，其中，外部电源由输入端子输入，经过过压防护电路、缓启动电路和储能电容电路后，通过输出端子输出给车载控制器供电，所述过压防护电路在输入电压过高时对电路进行防护，所述缓启动电路用于抑制储能电容电路充电引起的瞬间过流，所述储能电容电路用于储存电能并在输入端子无输入时继续为输出端子提供电能。本发明具有过压防护电路，能有效防止过压造成的影响，具有缓启动电路，能保证超级电容供电系统运行过程中10ms以内掉电的情况，且上电时不会导致过流。

Description

一种超级电容供电的电源防护电路

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及超级电容供电系统。

背景技术

现有的超级电容储能有轨电车在站内充电时间仅为20～30s，充电峰值功率可达兆瓦，端口电压也远高于常规电池储能汽车充电电压，针对无接触网的超级电容储能式轨道交通，不但要解决车辆研制技术，还需要解决高压大功率充电技术及其装置研制，才能实现超级电容储能电车的安全运营。

如图1所示，是一种现有的有轨电车车载设备超级电容供电方法：变电站10KV交流电经过充电柜的上下行充电线连接靠近站台的有轨电车，通过充电接口对列车超级电容储能设备进行充电，然后通过车载电子设备电压变换后输出给车载控制器供电。

其中，上下行充电线最高电压可以达到900VDC，充电过程电流可高达1800安培。超级电容除了给机车提供动能，车载电子设备还输出24VDC，并通过额定电流为6A的直流断路器保护后给车载控制器提供电源。

由于24VDC输入电源的限制，车载控制器电源采用3种隔离的DC-DC模块，将24VDC电源转成隔离后的24VDC、5VDC和3VDC电源，现有的DC－DC模块输入电压范围可以达到18～36VDC，对电压的波动具有较强的适应能力。

现有的车载设备电源将超级电容900VDC转换成24VDC，能满足有轨电车车载设备大部分时间的正常工作。但是设备在复杂的工作环境下超级电容充放电十分频繁，列车在移动充电过程中可能存在电弧的影响，加上实际运行中可能还存在其他干扰，多种因素造成超级电容供电的车载设备电源很难满足稳定性要求，某些特殊干扰还是会导致输出电源短暂的不稳定造成重启的现象。

测试系统实际运行过程中24VDC的输入波形，偶尔发现存在电压过低16VDC左右，或过高32VDC的情况，这些干扰维持时间低于10ms。进一步分析，低于16VDC的电压应该是造成偶尔重启的主要原因，因为此时DC－DC模块输入端电流将倒流回输入电源端造成DC－DC模块输出电压不足，导致系统重启。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种超级电容供电的电源防护电路，防止过压造成的影响，并避免瞬间过流。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种超级电容供电的电源防护电路，包括输入端子、过压保护电路、缓启动电路、储能电容电路以及输出端子，其中，外部电源由输入端子输入，经过过压防护电路、缓启动电路和储能电容电路后，通过输出端子输出给车载控制器供电，所述过压防护电路在输入电压过高时对电路进行防护，所述缓启动电路用于抑制储能电容电路充电引起的瞬间过流，所述储能电容电路用于储存电能并在输入端子无输入时继续为输出端子提供电能。

优选的，所述过压保护电路包括压敏电阻R1、与压敏电阻R1连接的气体放电管D1、气体放电管D2，以及与气体放电管D1、气体放电管D2连接的TVS管D3、TVS管D4。

优选的，所述缓启动电路包括电容C2、电阻R8和R9构成的延时电路以及用于保护MOS管的稳压管D7。

优选的，所述储能电容电路包括若干储能电容、防止外部电源跌落时储能电容对外部电源供电的二极管D6，以及用于电压泄放的电阻R10和电阻R11。

本发明采用上述技术方案，具备以下有益效果：

1、成本低，过压防护电路只需要若干分离器件，就能有效防止过压造成的影响。

2、储能电容电路提供了较大的储能电容，具有缓启动电路，能保证超级电容供电系统运行过程中10ms以内掉电的情况，且上电时不会导致过流。

3、设有二极管D6，能有效防止储能电流的倒流，使得电容储能完全用于外部电压不足时给车载控制器供电。

附图说明

图1为现有的有轨电车车载设备超级电容供电示意图；

图2为本发明超级电容供电的电源防护电路的原理框图；

图3为过压防护电路的电路图；

图4为缓启动电路的电路图；

图5为储能电容电路的电路图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

如图2至图5所示，一种超级电容供电的电源防护电路，包括输入端子、过压保护电路、缓启动电路、储能电容电路以及输出端子，其中，外部电源由输入端子输入，经过过压防护电路、缓启动电路和储能电容电路后，通过输出端子输出给车载控制器供电，所述过压防护电路在输入电压过高时对电路进行防护，所述缓启动电路用于抑制储能电容电路充电引起的瞬间过流，所述储能电容电路用于储存电能并在输入端子无输入时继续为输出端子提供电能。

参考图3所示，所述过压保护电路包括压敏电阻R1、与压敏电阻R1连接的气体放电管D1、气体放电管D2，以及与气体放电管D1、气体放电管D2连接的TVS管D3、TVS管D4。其中，压敏电阻其最大限制电压为93V，额定电压47V，最高工作电压38V；气体放电管采用击穿电压为70V；TVS击穿电压为44.2V。这些防护电路在接地良好的情况下能对电路进行很好的过压防护。

缓启动电路能抑制电容充电引起的瞬间过流，避免供电设备跳闸或相应器件损坏——能避免6A的直流断路器动作，12A保险丝熔断和MOS管损坏。参考图4所示，所述缓启动电路包括电容C2、电阻R8和R9构成的延时电路以及用于保护MOS管的稳压管D7。电容C2、电阻R8和R9构成延时电路使得MOS管Vgs电压上升速度受到限制，从而避免因C3等电容充电导致电流过大的问题；延时电路的参数要选择合适，延时太长导致MOS管工作异常，延时太短则会导致不能对电流有效限制，经过实际调试C2采用4.7uF-50Vdc电容，R8和R9采用330K电阻。稳压管D7采用BZV55C12用来保护MOS管。

参考图5所示，所述储能电容电路包括若干储能电容。假设外部电源掉电10ms、功耗100W，则需要至少1焦耳的能量；那么根据电容储能公式W＝1/2CU²，需要约3.47mF的电容。由于电路结构约束，电容采用容值1MF，耐压50V的电解电容，一共9个共9mF。另外为防止外部电源跌落时电容对外部电源供电需要采用低导通电阻大电流的二极管D6。电阻R10和R11是电压泄放电路的一部分，作用是电压泄放。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。

Claims (4)

1.一种超级电容供电的电源防护电路，其特征在于，包括输入端子、过压保护电路、缓启动电路、储能电容电路以及输出端子，其中，外部电源由输入端子输入，经过过压防护电路、缓启动电路和储能电容电路后，通过输出端子输出给车载控制器供电，所述过压防护电路在输入电压过高时对电路进行防护，所述缓启动电路用于抑制储能电容电路充电引起的瞬间过流，所述储能电容电路用于储存电能并在输入端子无输入时继续为输出端子提供电能。

2.根据权利要求1所述的一种超级电容供电的电源防护电路，其特征在于，所述过压保护电路包括压敏电阻R1、与压敏电阻R1连接的气体放电管D1、气体放电管D2，以及与气体放电管D1、气体放电管D2连接的TVS管D3、TVS管D4。

3.根据权利要求1所述的一种超级电容供电的电源防护电路，其特征在于，所述缓启动电路包括电容C2、电阻R8和R9构成的延时电路以及用于保护MOS管的稳压管D7。

4.根据权利要求1所述的一种超级电容供电的电源防护电路，其特征在于，所述储能电容电路包括若干储能电容、防止外部电源跌落时储能电容对外部电源供电的二极管D6，以及用于电压泄放的电阻R10和电阻R11。