CN110797942B - 一种基于超级电容的涓流充电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于超级电容的涓流充电电路，包括DC/DC转换单元、限流保护单元和三极管驱动单元，利用三极管的工作特性和微漏电流二极管的特性实现对超级电容的涓流充电和降低电路中漏电流损耗。本发明同传统现有的超级电容充电电路相比具有涓流充电、电流可控等特点，能够实现超级电容容量的最大效率利用。

Description

一种基于超级电容的涓流充电电路
技术领域
本发明属于电路设计技术领域，具体涉及一种基于超级电容的涓流充电电路，适用于弱电低功耗控制系统的储能超级电容充电使用。
背景技术
现阶段，工业与电气控制领域为实现断电可值守工作，采用超级电容作为备用电源，利用超级电容的快充和慢放功能实现系统不依赖于原电源而独立可持续工作的目的，针对超级电容有多种充电方式。
传统超级电容充电方式利用RC电路实现电容充电，该方式通过调节电阻阻值实现对充电电流大小的控制，该方法初始充电电流大能实现快充功能的特点，但也存在当超级电容电压与充电电源电压之间不存在压差时，无法继续充电，所储存电荷量无法满足实际使用需求的缺陷，而超级电容的内部化学特性决定其电压建立后仍需要涓流充电保证内部电荷分布均匀。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决传统的超级电容充电电路在电容电压达到额定电压之后无法继续涓流充电的问题，本发明利用三极管特性设计了一种超级电容的电压建立后仍可实现涓流充电，利用三极管和微漏电流二极管可有效降低传统电路中的漏电流损耗。
技术方案
一种基于超级电容的涓流充电电路，其特征在于包括DC/DC转换单元、限流保护单元和三极管驱动单元；
所述的DC/DC转换单元实现不同电压多输入电源转换稳压滤波作用，包括防反灌二极管D1、D2、……Dn，输入滤波电容C1、C2、C3，DC/DC转换电源模块Y1，输出滤波电容C4、C5、C6，具体连接为：D1、D2、……Dn共阴极实现电源1、电源2、……电源n的不同电源防反灌作用，电容C1、C2、C3并联跨接在输入电源正负极之间实现输入滤波稳压作用，DC/DC模块实现隔离稳压作用，电容C4、C5、C6并联跨接在输出电源正负极之间实现输出滤波稳压作用；
所述的限流保护单元实现超级电容串联充电电流限制功能，包括电阻R1、R2、……Rn，稳压二极管V1，DC/DC转换单元输出端接电阻R1，R1另一端接稳压二极管V1阴极和达林顿晶体管Q1基极，V1另一端接DC/DC转换单元输出端负极，电阻R2、R3、……Rn并联后一端接DC/DC转换单元输出端正极，另一端接达林顿晶体管Q1集电极；
所述的三极管驱动单元包括达林顿晶体管Q1和二极管V2，二极管V2正极接达林顿晶体管Q1发射极，负极接超级电容正极，实现扩流充电、涓流充电和防反向漏电流的作用。
有益效果
本发明提出的一种基于超级电容的涓流充电电路，包括DC/DC转换单元、限流保护单元和三极管驱动单元，利用三极管的工作特性和微漏电流二极管的特性实现对超级电容的涓流充电和降低电路中漏电流损耗。本发明同传统现有的超级电容充电电路相比具有涓流充电、电流可控等特点，能够实现超级电容容量的最大效率利用。本发明能够实现超级电容快速充电，在较短时间内提供较大充电电流，并降低电路回路中漏电流损耗，极大地改善现有超级电容充电电路的缺陷和不足，从而达到提高电路工作效率和可靠性的目的。
附图说明
图1一种基于超级电容的涓流充电电路原理图
图2涓流充电电流仿真图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明涉及一种基于超级电容的涓流充电电路，采用DC/DC隔离稳压的方式提供充电电源，利用三极管扩流作用实现大电流充电，利用三极管特性形成电压差保证超级电容电压建立后还能提供涓流充电。
其电路原理如图1所示，主要包括以下几个功能部分：
a)DC/DC转换单元；
b)限流保护单元；
c)三极管驱动单元。
DC/DC转换单元主要实现不同电压多输入电源转换稳压滤波作用，主要包括防反灌二极管D1、D2、……Dn，输入滤波电容C1、C2、C3，DC/DC转换电源模块Y1，输出滤波电容C4、C5、C6，具体连接为：D1、D2、……Dn共阴极实现电源1、电源2、……电源n的不同电源防反灌作用，电容C1、C2、C3并联跨接在输入电源正负极之间实现输入滤波稳压作用，DC/DC模块实现隔离稳压作用，电容C4、C5、C6并联跨接在输出电源正负极之间实现输出滤波稳压作用。
限流保护单元主要实现超级电容串联充电电流限制功能，主要包括电阻R1、R2、……Rn，稳压二极管V1，DC/DC转换单元输出端接电阻R1，R1另一端接稳压二极管V1阴极和三极管Q1基极，V1另一端接DC/DC转换单元输出端负极，电阻R2、R3、……Rn并联后一端接DC/DC转换单元输出端正极，另一端接三极管Q1集电极。
一方面通过稳压二极管1N4741AS对达林顿管基极电压进行箝位，确定超级电容两端电压，其钳位电压为11V，反向过电流能力为83mA；另一方面通过串联电阻和稳压二极管对DC/DC模块的输出电压14V进行控制，防止DC/DC模块输出电压突变时对后续电路造成损坏。
Figure BDA0002260402990000041
三极管驱动单元主要实现扩流充电、涓流充电和防反向漏电流的作用，主要由三极管构成的达林顿管结构Q1和微漏电流二极管V2组成，通过达林顿管实现扩流作用，DC/DC模块输出电压V0＝14V，达林顿管VCE＝0.6V，二极管的导通压降Vf＝0.6V，充电电阻R′＝R2//R3//....//Rn，其充电电流计算如式：
Figure BDA0002260402990000042
本发明的实现方法，步骤如下：
外部输入电源通过滤波后经DC/DC转换输出稳压电源。
输出电源经电阻R1和稳压二极管V1限流稳压后驱动三极管组合Q1导通。
电阻R2、R3、……Rn并联组合实现对充电电流Ic的控制，当充电初始时超级电容处于短路状态，Ic＝2.1A，当串联超级电容组电压不断升高时达到额定电压9.6V时，充电电流为117mA，超级电容组电压达到额定电压后，充电电流急剧减少，可实现涓流充电的目的。
联超级电容组电压不断升高时达到额定电压Vc：
VC＝VF-VBE-Vf＝11V-0.8V-0.6V＝9.6V当达到额定电压后，涓流充电的电流计算为：
Figure BDA0002260402990000043

Claims (1)

1.一种基于超级电容的涓流充电电路，其特征在于包括DC/DC转换单元、限流保护单元和三极管驱动单元；
所述的DC/DC转换单元实现不同电压多输入电源转换稳压滤波作用，包括防反灌二极管D1、D2、……Dn，输入滤波电容C1、C2、C3，DC/DC转换电源模块Y1，输出滤波电容C4、C5、C6，具体连接为：D1、D2、……Dn共阴极实现电源1、电源2、……电源n的不同电源防反灌作用，电容C1、C2、C3并联跨接在输入电源正负极之间实现输入滤波稳压作用，DC/DC模块实现隔离稳压作用，电容C4、C5、C6并联跨接在输出电源正负极之间实现输出滤波稳压作用；
所述的限流保护单元实现超级电容串联充电电流限制功能，包括电阻R1、R2、……Rn，稳压二极管V1，DC/DC转换单元输出端接电阻R1，R1另一端接稳压二极管V1阴极和达林顿晶体管Q1基极，V1另一端接DC/DC转换单元输出端负极，电阻R2、R3、……Rn并联后一端接DC/DC转换单元输出端正极，另一端接达林顿晶体管Q1集电极；
所述的三极管驱动单元包括达林顿晶体管Q1和二极管V2，二极管V2正极接达林顿晶体管Q1发射极，负极接超级电容正极，实现扩流充电、涓流充电和防反向漏电流的作用。
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