CN110932377B - 一种超级法拉电容充放电控制电路、方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超级法拉电容充放电控制电路、方法及电子设备，属于电子设备领域，该方法包括：闭合第一开关，通过前端系统为超级法拉电容充电，并为后端系统供电；采集所述超级法拉电容的电压值；当所述超级法拉电容的电压升高到第一电压阈值时，闭合第二开关，断开所述第一开关，通过所述超级法拉电容为所述后端系统供电；通过电子比较器逻辑门电路组成超级法拉电容的控制电路，用以切换超级电容与主系统电源间的电源路径，达到电源隔离的目的，且避免了超级法拉电容瞬间大电流充电的可能性，提高了系统安全性，增加了系统续航时间。

Description

一种超级法拉电容充放电控制电路、方法及电子设备

技术领域

本发明涉及电子设备领域，尤其涉及一种超级法拉电容充放电控制电路、方法及电子设备。

背景技术

在目前的直流低压系统如汽车音响、小型移动机器人等产品中，使用到超级法拉电容的产品常将超级法拉电容并联在系统的电源中，目的是为负载提供瞬时大电流，此时，超级法拉电容由系统电源充电，并不具备系统电源与负载电源的隔离功能。而且在超级电容没有足够电量的情况下，系统上电瞬间因为超级电容瞬间充电还会拉低系统电源，从而导致系统异常。在有电机存在的动力系统中，电机减速或急停产生的反向电动势会直接作用于主系统电源，此时超级法拉电容无法有效地存储电能，且此反向电动势会对主供电电池产生过电压冲击，降低主供电电池的使用寿命。

发明内容

本发明在于提供一种超级法拉电容充放电控制电路、方法及电子设备,通过电子比较器逻辑门电路组成超级法拉电容的控制电路，用以切换超级电容与主系统电源间的电源路径，达到电源隔离的目的，且避免了超级法拉电容瞬间大电流充电的可能性，提高了系统安全性，增加了系统续航时间。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供的一种超级法拉电容充放电控制电路，包括第一比较器、第二比较器、第一非门、第二非门、第一与门和第二与门，所述第一比较器的输入端分别采集前端系统的输入电压和后端系统的输出电压，所述第一比较器的输出端连接所述第一非门的输入端，所述第一非门的输出端连接至所述第一与门的一个输入端和所述第二与门的一个输入端；所述第二比较器的输入端分别采集超级法拉电容的电压和第二电压阈值，所述第二比较器的输出端连接至所述第二非门的输入端及所述第一与门的另一个输入端，所述第二非门的输出端连接至所述第二与门的另一个输入端。

可选地，所述前端系统与所述超级法拉电容之间设置有第一开关，所述后端系统与所述超级法拉电容之间设置有第二开关。

可选地，所述第一比较器的输出端、第一与门的输出端及第二与门的输出端用于控制所述第一开关及所述第二开关。

可选地，所述第二电压阈值为所述前端系统的输入电压与预设电压值的差值。

根据本发明的再一个方面，提供的一种超级法拉电容充放电控制方法，包括：

闭合第一开关，通过前端系统为超级法拉电容充电，并为后端系统供电；

采集所述超级法拉电容的电压值；

当所述超级法拉电容的电压升高到第一电压阈值时，闭合第二开关，断开所述第一开关，通过所述超级法拉电容为所述后端系统供电。

可选地，所述当所述超级法拉电容的电压升高到第一电压阈值时具体为：

采集所述前端系统的输入电压值；

当所述超级法拉电容的电压值与所述前端系统的输入电压值相等时。

可选地，还包括：

当所述超级法拉电容的电压降低到第二电压阈值时，闭合所述第一开关，断开所述第二开关，通过所述前端系统为所述后端系统供电。

可选地，所述当所述超级法拉电容的电压降低到第二电压阈值时具体为：

当所述超级法拉电容的电压值与所述前端系统的输入电压值的差值小于等于5V时。

可选地，还包括：

采集所述后端系统的输出电压值；

当所述后端系统的输出电压值大于所述前端系统的输入电压值时，闭合第二开关，断开所述第一开关，通过所述后端系统为所述超级法拉电容充电。

根据本发明的再一个方面，提供的一种终端设备，包括以上所述的超级法拉电容充放电控制电路。

本发明实施例的一种超级法拉电容充放电控制电路、方法及电子设备，该方法包括：闭合第一开关，通过前端系统为超级法拉电容充电，并为后端系统供电；采集所述超级法拉电容的电压值；当所述超级法拉电容的电压升高到第一电压阈值时，闭合第二开关，断开所述第一开关，通过所述超级法拉电容为所述后端系统供电；通过电子比较器逻辑门电路组成超级法拉电容的控制电路，用以切换超级电容与主系统电源间的电源路径，达到电源隔离的目的，且避免了超级法拉电容瞬间大电流充电的可能性，提高了系统安全性，增加了系统续航时间。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种超级法拉电容充放电控制逻辑图；

图2为本发明实施例一提供的一种超级法拉电容充放电电路图；

图3为本发明实施例二提供的一种超级法拉电容充放电控制方法流程图；

图4为本发明实施例二提供的另一种超级法拉电容充放电控制方法流程图；

图5为本发明实施例二提供的再一种超级法拉电容充放电控制方法流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，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。

实施例一

如图1所示，在本实施例中，一种超级法拉电容充放电控制电路，包括第一比较器、第二比较器、第一非门、第二非门、第一与门和第二与门，所述第一比较器的输入端分别采集前端系统的输入电压和后端系统的输出电压，所述第一比较器的输出端连接所述第一非门的输入端，所述第一非门的输出端连接至所述第一与门的一个输入端和所述第二与门的一个输入端；所述第二比较器的输入端分别采集超级法拉电容的电压和第二电压阈值，所述第二比较器的输出端连接至所述第二非门的输入端及所述第一与门的另一个输入端，所述第二非门的输出端连接至所述第二与门的另一个输入端。

在本实施例中，通过电子比较器逻辑门电路组成超级法拉电容的控制电路，用以切换超级电容与主系统电源间的电源路径，达到电源隔离的目的，且避免了超级法拉电容瞬间大电流充电的可能性，提高了系统安全性，增加了系统续航时间。

如图2所示，在本实施例中，所述前端系统与所述超级法拉电容之间设置有第一开关，所述后端系统与所述超级法拉电容之间设置有第二开关。

在本实施例中，所述前端系统为主电源系统，在电子设备上电时，前端系统的输入电压为Vi，该电压通过第一开关S1为超级法拉电容C及后端系统供电，所述后端系统为负载系统，如电动机等，该后端系统的输出电压为Vo，在后端系统与超级法拉电容之间设置有第二开关S2。随着前端系统通过S1为超级法拉电容充电，超级法拉电容的电压Vsc逐渐升高，当超级法拉电容的电压Vsc达到预设的第一电压阈值时，认为超级法拉电容充电完成；闭合第二开关S2，断开第一开关S1，后端系统由超级法拉电容供电。

在本实施例中，预设的第一电压阈值可以为前端系统的输入电压值，也即当超级法拉电容的电压与前端系统的输入电压相等时，认为超级法拉电容充电完成。

作为另一种实施例，所述预设的第一电压阈值也可以为任一设定值，比如为前端系统的输入电压的95％，当超级法拉电容的电压为前端系统的输入电压的95％时，认为超级法拉电容充电完成。

在本实施例中，当后端系统由超级法拉电容供电后，超级法拉电容的电压Vsc会逐渐降低，在现有技术中，当超级法拉电容的电压值比较低时，系统上电瞬间会因为超级电容瞬间充电而拉低前端系统的输入电压，这样会导致系统异常；因此在本实施例中，会设置一个电压差值Δv，比如5V，当超级法拉电容的电压值与前端系统的输入电压之间的差值在此范围内时，后端系统均由超级法拉电容供电，当电压差值大于预设定值时，回到主电源给超级法拉电容充电状态。

在本实施例中，所述电压差值与所述前端系统的输入电压之间的差值即为所述第二电压阈值(Vi-Δv)，所述第二电压阈值用于和所述超级法拉电容的电压值进行比较，以控制开关S1和S2的切换。

在本实施例中，当后端系统产生自发电效应，如电机被动转动、急停等，此时产生的电压经S2给超级法拉电容充电，此时超级法拉电容可以吸收电机产生的反电动势，保护前端系统不受过电压冲击。

在本实施例中，图2为超级法拉电容充放电电路图，通过图2中的开关S1和S2的切换实现电源的隔离；图1为超级法拉电容充放电控制逻辑图，通过逻辑图中的逻辑元件来控制开关S1和S2的切换。

在本实施例中，所述第一比较器的输出端、第一与门的输出端及第二与门的输出端用于控制所述第一开关及所述第二开关。

如图1所示，当后端系统的输出电压Vo大于前端系统的输入电压Vi时，闭合第二开关S2，断开第一开关S1，此时产生的电压经S2给超级法拉电容充电，此时超级法拉电容可以吸收电机产生的反电动势，保护前端系统不受过电压冲击。

反之，当后端系统的输出电压Vo小于等于前端系统的输入电压Vi时，且当超级法拉电容的电压Vsc大于所述第二电压阈值，也即超级法拉电容的电压与前端系统的输入电压的差值小于预设电压差值，如5V时，所述第一与门输出正值，闭合第二开关S2，断开第一开关S1，通过超级法拉电容为后端系统供电，此时，前端系统被隔离。

当后端系统的输出电压Vo小于等于前端系统的输入电压Vi时，且当超级法拉电容的电压Vsc小于等于所述第二电压阈值，也即超级法拉电容的电压与前端系统的输入电压的差值大于等于预设电压差值，如5V时，所述第二与门输出正值，闭合第一开关S1，断开第二开关S2，通过主电源也即前端系统给超级法拉电容充电，且通过主电源为后端系统供电。

实施例二

如图3所示，在本实施例中，一种超级法拉电容充放电控制方法，包括：

S10、闭合第一开关，通过前端系统为超级法拉电容充电，并为后端系统供电；

S20、采集所述超级法拉电容的电压值；

S30、当所述超级法拉电容的电压升高到第一电压阈值时，闭合第二开关，断开所述第一开关，通过所述超级法拉电容为所述后端系统供电。

在本实施例中，通过电子比较器逻辑门电路组成超级法拉电容的控制电路，用以切换超级电容与主系统电源间的电源路径，达到电源隔离的目的，且避免了超级法拉电容瞬间大电流充电的可能性，提高了系统安全性，增加了系统续航时间。

在本实施例中，所述前端系统为主电源系统，在电子设备上电时，前端系统的输入电压为Vi，该电压通过第一开关S1为超级法拉电容C及后端系统供电，所述后端系统为负载系统，如电动机等，该后端系统的输出电压为Vo，在后端系统与超级法拉电容之间设置有第二开关S2。随着前端系统通过S1为超级法拉电容充电，超级法拉电容的电压Vsc逐渐升高，当超级法拉电容的电压Vsc达到预设的第一电压阈值时，认为超级法拉电容充电完成；闭合第二开关S2，断开第一开关S1，后端系统由超级法拉电容供电。

在本实施例中，所述当所述超级法拉电容的电压升高到第一电压阈值时具体为：

采集所述前端系统的输入电压值；

当所述超级法拉电容的电压值与所述前端系统的输入电压值相等时。

在本实施例中，预设的第一电压阈值可以为前端系统的输入电压值，也即当超级法拉电容的电压与前端系统的输入电压相等时，认为超级法拉电容充电完成。

作为另一种实施例，所述预设的第一电压阈值也可以为任一设定值，比如为前端系统的输入电压的95％，当超级法拉电容的电压为前端系统的输入电压的95％时，认为超级法拉电容充电完成。

如图4所示，在本实施例中，步骤S30之后还包括：

S40、当所述超级法拉电容的电压降低到第二电压阈值时，闭合所述第一开关，断开所述第二开关，通过所述前端系统为所述后端系统供电。

在本实施例中，当后端系统由超级法拉电容供电后，超级法拉电容的电压Vsc会逐渐降低，在现有技术中，当超级法拉电容的电压值比较低时，系统上电瞬间会因为超级电容瞬间充电而拉低前端系统的输入电压，这样会导致系统异常；因此在本实施例中，会设置一个电压差值Δv，比如5V，当超级法拉电容的电压值与前端系统的输入电压之间的差值在此范围内时，后端系统均由超级法拉电容供电，当电压差值大于预设定值时，回到主电源给超级法拉电容充电状态。

在本实施例中，所述电压差值与所述前端系统的输入电压之间的差值即为所述第二电压阈值(Vi-Δv)，所述第二电压阈值用于和所述超级法拉电容的电压值进行比较，以控制开关S1和S2的切换。

在本实施例中，所述当所述超级法拉电容的电压降低到第二电压阈值时具体为：

当所述超级法拉电容的电压值与所述前端系统的输入电压值的差值小于等于5V时。

如图5所示，在本实施例中，步骤S30之后还包括：

采集所述后端系统的输出电压值；

S50、当所述后端系统的输出电压值大于所述前端系统的输入电压值时，闭合第二开关，断开所述第一开关，通过所述后端系统为所述超级法拉电容充电。

在本实施例中，当后端系统产生自发电效应，如电机被动转动、急停等，此时产生的电压经S2给超级法拉电容充电，此时超级法拉电容可以吸收电机产生的反电动势，保护前端系统不受过电压冲击。

在本实施例中，图2为超级法拉电容充放电电路图，通过图2中的开关S1和S2的切换实现电源的隔离；图1为超级法拉电容充放电控制逻辑图，通过逻辑图中的逻辑元件来控制开关S1和S2的切换。

实施例三

在本实施例中，一种终端设备，包括实施例一所述的超级法拉电容充放电控制电路，并适用于实施例二所述的超级法拉电容充放电控制方法。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种超级法拉电容充放电控制电路，其特征在于，包括第一比较器、第二比较器、第一非门、第二非门、第一与门和第二与门，所述第一比较器的输入端分别采集前端系统的输入电压和后端系统的输出电压，所述第一比较器的输出端连接所述第一非门的输入端，所述第一非门的输出端连接至所述第一与门的一个输入端和所述第二与门的一个输入端；所述第二比较器的输入端分别采集超级法拉电容的电压和第二电压阈值，所述第二比较器的输出端连接至所述第二非门的输入端及所述第一与门的另一个输入端，所述第二非门的输出端连接至所述第二与门的另一个输入端；

所述前端系统与所述超级法拉电容之间设置有第一开关，所述后端系统与所述超级法拉电容之间设置有第二开关；

所述第一比较器的输出端、第一与门的输出端及第二与门的输出端用于控制所述第一开关及所述第二开关。

2.根据权利要求1所述的一种超级法拉电容充放电控制电路，其特征在于，所述第二电压阈值为所述前端系统的输入电压与预设电压值的差值。

3.一种超级法拉电容充放电控制方法，适用于权利要求1-2任一项所述的超级法拉电容充放电控制电路，其特征在于，包括：

闭合第一开关，通过前端系统为超级法拉电容充电，并为后端系统供电；

采集所述超级法拉电容的电压值；

当所述超级法拉电容的电压升高到第一电压阈值时，闭合第二开关，断开所述第一开关，通过所述超级法拉电容为所述后端系统供电。

4.根据权利要求3所述的一种超级法拉电容充放电控制方法，其特征在于，所述当所述超级法拉电容的电压升高到第一电压阈值时具体为：

采集所述前端系统的输入电压值；

当所述超级法拉电容的电压值与所述前端系统的输入电压值相等时。

5.根据权利要求4所述的一种超级法拉电容充放电控制方法，其特征在于，还包括：

当所述超级法拉电容的电压降低到第二电压阈值时，闭合所述第一开关，断开所述第二开关，通过所述前端系统为所述后端系统供电。

6.根据权利要求5所述的一种超级法拉电容充放电控制方法，其特征在于，所述当所述超级法拉电容的电压降低到第二电压阈值时具体为：

当所述超级法拉电容的电压值与所述前端系统的输入电压值的差值小于等于5V时。

7.根据权利要求3所述的一种超级法拉电容充放电控制方法，其特征在于，还包括：

采集所述后端系统的输出电压值；

当所述后端系统的输出电压值大于所述前端系统的输入电压值时，闭合第二开关，断开所述第一开关，通过所述后端系统为所述超级法拉电容充电。

8.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-2任一项所述的超级法拉电容充放电控制电路。

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