CN118040809A - 用于超级电容的充电电路、充电方法与电力系统 - Google Patents

用于超级电容的充电电路、充电方法与电力系统 Download PDF

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Abstract

一种充电电路，用以对超级电容充电或放电，且包含电力电子转换器、电流感测器、电压升降控制器及充电模式控制器。电力电子转换器用以依据控制命令对超级电容充电或放电。电流感测器耦接该超级电容，且用以感测第一感测电压和第二感测电压。电压升降控制器用以依据第一感测电压、第二感测电压及总反馈产生控制命令和电流命令。充电模式控制器用以依据驱动电压、电流命令和超级电容的第三感测电压，产生电流反馈和电压反馈至电压升降控制器。第三感测电压、电流反馈和电压反馈被加总后输入至电压升降控制器的同一输入端，以作为总反馈。本公开还涉及一种充电方法与一种电力系统。

Description

用于超级电容的充电电路、充电方法与电力系统
技术领域
本公开涉及充电电路、充电方法与电力系统，且特别涉及用于超级电容的充电电路、充电方法与电力系统。
背景技术
目前有关于超级电容的充电方式主要有恒流充电、恒压充电、恒流转恒压充电、脉冲电流充电以及恒功率充电等。恒流充电的效率高，但到了充电的后期会造成电容两端的电压过大而影响超级电容的储能容量；恒压充电的效率过低且充电时间较慢；而恒功率充电控制电路较为复杂。此外，现有定电压充电模式是以数字至模拟转换(digital-to-analog converter；DAC)控制芯片输出动态电压命令并使电压升降控制器追随电压命令，但此功能需增加额外线路成本。另一方面，由于电池完全放电会严重影响其使用寿命，故一般电池不会从零电压开始进行充电，但超级电容则无此限制，其充电周期均为从零电压开始充电至额定电压。
发明内容
本公开的一方面是指一种充电电路，用以对一超级电容充电或放电，且包含一电力电子转换器、一电流感测器、一电压升降控制器和一充电模式控制器。电力电子转换器用以依据一控制命令，对该超级电容充电或放电。电流感测器耦接该超级电容，且用以感测一第一感测电压和一第二感测电压。电压升降控制器耦接该超级电容、该电力电子转换器及该电流感测器，且用以依据该第一感测电压、该第二感测电压及一总反馈来产生该控制命令和一电流命令。充电模式控制器耦接该超级电容和该电压升降控制器，且用以依据一驱动电压、该电流命令和该超级电容的一第三感测电压，产生一电流反馈和一电压反馈至该电压升降控制器。其中该第三感测电压、该电流反馈和该电压反馈被加总后输入至该电压升降控制器的同一输入端，以作为该总反馈。
本公开的另一方面是指一种电力系统，包含前述充电电路、一超级电容和一电源供应器。电源供应器耦接该充电电路，且用以于充电时，提供一充电电源及一驱动电压至该充电电路，使该充电电路根据该充电电源及该驱动电压对该超级电容充电；以及于放电时，存储来自该超级电容的电源。
本公开的又一方面是指一种充电方法，用于前述充电电路，且包含：依据一第一感测电压、一第二感测电压及一总反馈产生一电流命令；提供一驱动电压、该电流命令和一第三感测电压至一充电模式控制器；转换该驱动电压为一第一预设电位、一第二预设电位，并转换该第三感测电压为一第四感测电压；当该第四感测电压小于该第二预设电位时，对一超级电容进行一第一定功率充电模式；当该第四感测电压大于或等于该第二预设电位时，对该超级电容进行一第二定功率充电模式；以及当该电流命令小于该第一预设电位时，对该超级电容进行一定电压充电模式；其中该第三感测电压、该电流反馈和该电压反馈被加总后输入至一电压升降控制器的同一输入端，以作为该总反馈。
附图说明
为了更完整了解实施例及其优点，现参照结合附图所做的下列描述。
图1为依据本公开实施例的电力系统的方框示意图。
图2为依据本公开第一实施例的充电模式控制器的示意图。
图3为依据本公开第二实施例的充电模式控制器的示意图。
图4为依据本公开实施例的超级电容充电方法的流程图。
图5为依据本公开实施例的超级电容进行充电期间的信号波形图。
附图标记说明：
10：电力系统
10A：充电电路
11：电源供应器
12：超级电容
13：电力电子转换器
14：电流感测器
15：电压升降控制器
16,36：充电模式控制器
16A,36A：定电流控制器
16B,36B：定电压控制器
36C：电压转换单元
40：充电方法
51,52,53：曲线
C1～C3：电容
CC,CV,VS：驱动电压
CC1：第一预设电位
Cf：滤波电容
CP：比较器
CTRL：控制命令
CV2：第二预设电位
CV5：第五预设电位
D1,D2,D3：二极管
FB_OUT：总反馈
FB1：电流反馈
FB2：电压反馈
HY1,HY2：迟滞电路
IMON_OUT：电流命令
ISENSE+：第一感测电压
ISENSE-：第二感测电压
M：晶体管
OP1,OP2：运算放大器
R1～R18,RS：电阻
S40～S46：步骤
VS3：第三预设电位
VS4：第四预设电位
VSEN1：第四感测电压
VSENSE：第三感测电压
具体实施方式
以下仔细讨论本公开的实施例。然而，可以理解的是，实施例提供许多可应用的概念，其可实施于各式各样的特定内容中。
图1为依据本公开实施例的电力系统10的方框示意图。如图1所示，电力系统10包含电源供应器11、超级电容12及充电电路10A。充电电路10A用以对超级电容12充电，并包含电力电子转换器13、电流感测器14、电压升降控制器15和充电模式控制器16。充电模式控制器16包含定电流控制器16A和定电压控制器16B。
电源供应器11用以提供充电电源、驱动电压CV，也用以存储来自超级电容12的电源。电源供应器11可以是直流电源供应器。超级电容12可以是电双层电容(electricaldouble-layer capacitor，EDLC)或是其他合适的高容量电化学电容器。
电力电子转换器13耦接电源供应器11、电流感测器14和电压升降控制器15，且用以依据电压升降控制器15的控制命令CTRL，将输入电源转换为输出电源。于超级电容12充电时，电力电子转换器13将电源供应器11提供的输入电源转换为输出电源给超级电容12；于超级电容12放电时，电力电子转换器13将超级电容12提供的输入电源转换为输出电源给电源供应器11。电力电子转换器13可以是双向直流-直流转换器(bi-directional DC-to-DC converter)、双向降压-升压型转换器(bi-directional buck-boost converter)或其他适合的双向电力电子转换器。
电流感测器14耦接超级电容12、电力电子转换器13和电压升降控制器15，且用以感测第一感测电压ISENSE+和第二感测电压ISENSE-。电流感测器14可等效为电阻RS，其中电阻RS的第一端耦接电力电子转换器13来感测第一感测电压ISENSE+，且电阻RS的第二端耦接超级电容12来感测第二感测电压ISENSE-。值得注意的是，电流感测器14设置在电力电子转换器13的储能元件(例如电感，未绘于图1)或输出端之后，可避免感测到来自电源供应器11的输入端的噪声。电流感测器14可以是直流电阻(direct current resistor，DRC)、分流电阻(shunt resistor)、表面安装元件型(surface mount device，SMD)芯片电阻或其他适合的电流感测元件或电路。
电压升降控制器15耦接电源供应器11、超级电容12、电力电子转换器13、电流感测器14和充电模式控制器16，且用以依据第一感测电压ISENSE+、第二感测电压ISENSE-及总反馈FB_OUT来产生控制命令CTRL和电流命令IMON_OUT。详细来说，电压升降控制器15依据第一感测电压ISENSE+、第二感测电压ISENSE-的压差及电阻RS的等效电阻值，计算超级电容12的充电电流。接着，电压升降控制器15依据超级电容12的充电电流、总反馈FB_OUT，提供控制命令CTRL至电力电子转换器13来调整输出电压和输出电流，并提供电流命令IMON_OUT至充电模式控制器16来调整总反馈FB_OUT。
充电模式控制器16耦接电源供应器11、超级电容12和电压升降控制器15，且用以依据驱动电压CV、电流命令IMON_OUT和第三感测电压VSENSE，提供电流反馈FB1和电压反馈FB2。值得注意的是，来自超级电容12的第三感测电压VSENSE和来自充电模式控制器16的电流反馈FB1和电压反馈FB2被加总后输入至电压升降控制器15的同一输入端，以作为总反馈FB_OUT，即FB_OUT＝VSENSE+FB1+FB2。于一实施例中，用于传递第三感测电压VSENSE、电流反馈FB1和电压反馈FB2的线路电性连接或短路至电压升降控制器15的同一输入端。
定电流控制器16A耦接电源供应器11和电压升降控制器15，用以依据驱动电压CV和电流命令IMON_OUT，产生电流反馈FB1。定电压控制器16B耦接电源供应器11和超级电容12，用以依据驱动电压CV和第三感测电压VSENSE，产生电压反馈FB2。
在操作上，在充电初期第三感测电压VSENSE为零伏特，当充电模式控制器16上电并启动时，定电压控制器16B依据驱动电压CV来产生电压反馈FB2至电压升降控制器15，使得电压升降控制器15产生控制命令CTRL至电力电子转换器13，以开始对超级电容12充电。接着，电压升降控制器15依据第一感测电压ISENSE+、第二感测电压ISENSE-及总反馈FB_OUT来产生电流命令IMON_OUT至定电流控制器16A，使得定电流控制器16A依据驱动电压CV、电流命令IMON_OUT，产生电流反馈FB1。同时，定电压控制器16B持续依据驱动电压CV和第三感测电压VSENSE，产生电压反馈FB2。
值得注意的是，由于第三感测电压VSENSE、电流反馈FB1和电压反馈FB2被加总后输入至电压升降控制器15，所以电压升降控制器15观察到的超级电容12储电量会比实际的储电量高。假设在充电初期，超级电容12的储电量为零伏特(即第三感测电压VSENSE为零伏特)，那么电压升降控制器15会认为超级电容12的储电量为电压反馈FB2(或电流反馈FB1和电压反馈FB2的总和)，故电压升降控制器15控制电力电子转换器13以较低的充电电流和电压来对超级电容12进行充电。如此一来，本公开可避免超级电容12在充电初期(储电量为零伏特)产生突波或浪涌电流，以保护电力系统10的内部元件。
另一方面，当超级电容12被充电到预设电位或是放电时，充电模式控制器16关闭，那么电压升降控制器15仅依据第三感测电压VSENSE(即实际的储能量)来控制电力电子转换器13进行电源转换。
简单来说，本公开的充电模式控制器16在充电初期(超级电容12储电量为零伏特)产生电压反馈FB2至电压升降控制器15，以使用较低的电流来对超级电容12充电；并且，在超级电容12被充电到预设电位或是放电时，关闭充电模式控制器16，以不影响电压升降控制器15的运行。如此一来，本公开的充电模式控制器16可在不影响电力系统10运行的前提下，避免在充电初期产生突波或浪涌电流，以保护电力系统10的内部元件。
请参照图2，其为依据本公开第一实施例的充电模式控制器16的示意图。充电模式控制器16包含一定电流控制器16A及一定电压控制器16B。
在结构上，定电流控制器16A包含一电阻R1、一运算放大器OP1、一二极管D1、电阻R7、R8、R9、R10及一电容C2。运算放大器OP1包含一正输入端用以接收电流命令IMON_OUT；一负输入端用以接收第一预设电位CC1；以及一输出端耦接电阻R1的一第一端。二极管D1包含一阳极耦接电阻R1的一第二端；以及一阴极耦接电压升降控制器15及定电压控制器16B，其中二极管D1用以输出电流反馈FB1并阻断外部电压电流。电阻R7包含一第一端耦接一驱动电压CC，及一第二端耦接运算放大器OP1的负输入端。电阻R8包含一第一端耦接运算放大器OP1的负输入端，及一第二端耦接一接地电压，其中一第一预设电位CC1经由电阻R7与电阻R8分压驱动电压CC而产生。电阻R9包含一第一端耦接电流命令IMON_OUT，及一第二端耦接电阻R10的一第一端。电阻R10包含一第一端耦接电阻R9的第二端，及一第二端耦接运算放大器OP1的正输入端。电容C2与电阻R10并联，用以阻断电流命令IMON_OUT的一直流电流。
在操作上，在充电初期，当电流命令IMON_OUT大于第一预设电位CC1时，定电流控制器16A输出电流反馈FB1，使得电压升降控制器15以较低的电流对超级电容12充电；且直到超级电容12被充电到预设电位，当电流命令IMON_OUT小于或等于第一预设电位CC1时，定电流控制器16A关闭，以不影响电压升降控制器15的运行。
于一实施例中，定电流控制器16A还包含一迟滞(Hysteresis)电路HY1，其可在运算放大器OP1的输入电压受到噪声干扰时，保持稳定的输出电压(即，降低输出电压波纹)。迟滞电路HY1包含一电容C1及一电阻R2。电容C1耦接于运算放大器OP1的负输入端与电阻R2之间。电阻R2的一第一端耦接电容C1，且电阻R2的一第二端耦接电阻R1的第二端及二极管D1的阳极。
于一实施例中，本领域具通常知识者可依据应用需求来选择电阻R7、R8的大小，以调整驱动电压CC和第一预设电位CC1之间的比例。于一实施例中，本领域具通常知识者可依据应用需求来选择电阻R9、R10，以调整电流命令IMON_OUT输入到运算放大器OP1的电压分量。于一实施例中，一滤波电容Cf可并联于运算放大器OP1的负输入端与接地电压之间，以滤除第一预设电位CC1的高频噪声。
在结构上，定电压控制器16B包含一比较器CP、一晶体管M、电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16及一电容C3。电阻R11包含一第一端耦接第三感测电压VSENSE。电阻R12包含一第一端耦接电阻R11的一第二端，及一第二端耦接一接地电压，其中一第四感测电压VSEN1经由电阻R11与电阻R12分压第三感测电压VSENSE而产生。电阻R13包含一第一端耦接驱动电压CV。电阻R14包含一第一端耦接电阻R13的一第二端，及一第二端耦接接地电压，其中一第二预设电位CV2经由电阻R13与电阻R14分压驱动电压CV而产生。电容C3包含一第一端耦接第四感测电压VSEN1，及一第二端耦接第二预设电位CV2。比较器CP包含一正输入端用以接收第四感测电压VSEN1；一负输入端用以接收第二预设电位CV2；以及一输出端耦接一第三预设电位VS3、接地电压及晶体管M的一栅极。晶体管M包含栅极用以接收第三预设电位VS3或接地电压；一源极耦接接地电压；以及一漏极耦接一第四预设电位VS4及一电阻R3的一第一端。电阻R15包含一第一端耦接一驱动电压VS。电阻R16包含一第一端耦接电阻R15的一第二端及晶体管M的栅极，及一第二端耦接接地电压及晶体管M的源极，其中第三预设电位VS3经由电阻R15与电阻R16分压驱动电压VS而产生。
在操作上，在充电初期，当第四感测电压VSEN1小于第二预设电位CV2时，晶体管M的栅极接收接地电压以关闭晶体管M，使充电电路10A进行一第一定功率充电模式。直到超级电容12被充电到预设电位，当第四感测电压VSEN1大于或等于第二预设电位CV2时，晶体管M的栅极接收第三预设电位VS3以导通晶体管M，使充电电路10A进行一第二定功率充电模式。
定电压控制器16B还包含一运算放大器OP2、一二极管D2及电阻R3、R4、R5、R17、R18。电阻R17包含一第一端耦接驱动电压VS。电阻R18包含一第一端耦接电阻R17的一第二端及晶体管M的漏极，及一第二端耦接接地电压，其中第四预设电位VS4经由电阻R17与电阻R18分压驱动电压VS而产生。运算放大器OP2包含一正输入端耦接电阻R3的一第二端；一负输入端耦接电阻R4的一第二端；以及一输出端耦接电阻R4的一第一端。电阻R4包含一第一端耦接运算放大器OP2的输出端，及一第二端耦接运算放大器OP2的负输入端及一电阻R5的一第一端。二极管D2包含一阳极耦接电阻R5的一第二端；以及一阴极耦接电压升降控制器15及定电压控制器16B，用以输出电压反馈FB2并阻断外部电压电流。
在操作上，在第一定功率充电模式期间，驱动电压VS经由电阻R17、R18分压并经由电阻R3限流后产生第五预设电位CV5，并输入至运算放大器OP2的正输入端。运算放大器OP2可作为一电压随耦器，用以将输出端和负输入端的电位逐渐拉升至正输入端的电位。也就是说，在第一定功率充电模式期间，当晶体管M关闭时，第二运算放大器OP2的正输入端接收第五预设电位CV5，以逐渐拉升电压反馈FB2，使得电压升降控制器15以第一定功率对超级电容12充电。在第二定功率充电模式期间，晶体管M导通以将运算放大器OP2的正输入端从第五预设电位CV5逐渐拉低至接地电压，使得电压升降控制器15以第二定功率对超级电容12充电。当运算放大器OP2的负输入端被拉低至接地电压时，定电压控制器16B关闭，以不影响电压升降控制器15的运行。也就是说，当晶体管M导通时，运算放大器OP2的正输入端接收接地电压，以逐渐降低电压反馈FB2直到充电电路10A关闭。
于一实施例中，定电压控制器16B还包含一迟滞电路HY2，其可在比较器CP的输入电压受到噪声干扰时，保持稳定的输出电压(即，降低输出电压波纹)。迟滞电路HY2包含一电阻R6及一二极管D3。电阻R6的一第一端耦接比较器CP的负输入端，且电阻R6的一第二端耦接一二极管D3的一阴极。二极管D3的一阳极耦接比较器CP的输出端。
于一实施例中，本领域具通常知识者可依据应用需求来选择电阻R13、R14的大小，以调整驱动电压CV和第二预设电位CV2之间的比例。于一实施例中，本领域具通常知识者可依据应用需求来选择电阻R15、R16的大小，以调整驱动电压VS和第三预设电位VS3之间的比例。于一实施例中，本领域具通常知识者可依据应用需求来选择电阻R17、R18的大小，以调整驱动电压VS和第四预设电位VS4之间的比例。于一实施例中，本领域具通常知识者可依据应用需求来选择电阻R11、R12，以调整第三感测电压VSENSE和第四感测电压VSEN1之间的比例。于一实施例中，驱动电压CC、VS和CV可以是实质上相同的，通过选择分压电阻之间的比例，可将单一驱动电压转换为符合应用需求的多个预设电位；于另一实施例中，驱动电压CC、VS和CV可以是实质上不相同的，本领域具通常知识者可依据应用需求来选择驱动电压CC、VS和CV的大小。驱动电压CC对应于定电流(Constant Current)特性，驱动电压CV对应于定电压(Constant Voltage)特性，且驱动电压VS对应于电压反馈FB2的电压信号(VoltageSignal)特性。
于一实施例中，另一滤波电容Cf可并联于比较器CP与接地电压之间，以滤除第四感测电压VSEN1的高频噪声。于一实施例中，多个滤波电容Cf可并联于运算放大器OP2的正输入端与接地电压之间，以分别滤除第二预设电位CV2、第四预设电位VS4和第五预设电位CV5的高频噪声。
于一实施例中，晶体管M可以是绝缘栅极双极性晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)、金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide semiconductor fieldeffect transistor，MOSFET)或其他适合的功率晶体管。
请参照图3，其为依据本公开第二实施例的充电模式控制器36的示意图。充电模式控制器36可取代图1和图2的充电模式控制器16，并包含一定电流控制器36A、一定电压控制器36B及一电压转换单元36C。
在结构上，电压转换单元36C耦接电源供应器11及超级电容12，用以依据驱动电压CC来产生第一预设电位CC1，以依据第三感测电压VSENSE来产生第四感测电压VSEN1，依据驱动电压CV来产生第二预设电位CV2，且依据驱动电压VS来产生第三预设电位VS3和第四预设电位VS4。定电流控制器36A耦接电压转换单元36C及电压升降控制器15，用以依据第一预设电位CC1及电流命令IMON_OUT，产生电流反馈FB1至电压升降控制器15。定电压控制器36B耦接电压转换单元36C、电压升降控制器15及超级电容12，用以依据第一预设电位CC1及第四感测电压VSEN1，产生电压反馈FB2至电压升降控制器15。
值得注意的是，图2的电阻R7～R18、电容C2和多个滤波电容Cf及其他等效元件可整合在电压转换单元36C内，使得图3的定电流控制器36A和定电压控制器36B的电路设计比图2的电路设计来得精简。于一实施例中，电压转换单元36C可整合在电源供应器11内部。
定电流控制器36A包含一电阻R1、一运算放大器OP1及一二极管D1。运算放大器OP1包含一正输入端用以接收电流命令IMON_OUT；一负输入端用以接收第一预设电位CC1；以及一输出端耦接电阻R1的一第一端。二极管D1包含一阳极耦接电阻R1的一第二端；以及一阴极耦接电压升降控制器15及定电压控制器36B，其用以输出电流反馈FB1并阻断外部电压电流。
在操作上，当电流命令IMON_OUT大于第一预设电位CC1时，定电流控制器36A输出电流反馈FB1；且当电流命令IMON_OUT小于或等于第一预设电位CC1时，定电流控制器36A关闭。
于一实施例中，定电流控制器36A还包含一迟滞电路HY1，迟滞电路HY1包含一电容C1及一电阻R2。电容C1耦接于运算放大器OP1的负输入端与电阻R2之间；电阻R2的一第一端耦接电容C1，且电阻R2的一第二端耦接电阻R1的第二端及二极管D1的阳极。
在结构上，定电压控制器36B包含一比较器CP及一晶体管M。比较器CP包含一正输入端用以接收第四感测电压VSEN1；一负输入端用以接收第二预设电位CV2；以及一输出端耦接第二预设电位CV2、一接地电压及晶体管M的一栅极。晶体管M包含栅极用以接收一第三预设电位VS3或接地电压；一源极耦接接地电压；以及一漏极耦接第四预设电位VS4及一电阻R3的一第一端。当第四感测电压VSEN1小于第二预设电位CV2时，晶体管M的栅极接收接地电压以关闭晶体管M，使充电电路10A进行一第一定功率充电模式。当第四感测电压VSEN1大于或等于第二预设电位CV2时，晶体管M的栅极接收第三预设电位VS3以导通晶体管M，使充电电路10A进行一第二定功率充电模式。
定电压控制器36B包含一运算放大器OP2、一二极管D2及电阻R3、R4、R5。运算放大器OP2包含正输入端耦接电阻R3的一第二端；一负输入端用以接收第五预设电位CV5，其中第四预设电位VS4经由电阻R3限流后产生第五预设电位CV5；以及一输出端耦接电阻R4的一第一端。电阻R4包含一第一端耦接运算放大器OP2的输出端，及一第二端耦接运算放大器OP2的负输入端及一电阻R5的一第一端。二极管D2包含一阳极耦接电阻R5的一第二端；以及一阴极耦接电压升降控制器15及定电压控制器36B，用以输出电压反馈FB2并阻断外部电压电流。
在操作上，在第一定功率充电模式期间，晶体管M关闭，定电压控制器36B依据第五预设电位CV5逐渐拉升电压反馈FB2，使得电压升降控制器15以第一定功率对超级电容12充电。在第二定功率充电模式期间，晶体管M导通以将运算放大器OP2的正输入端从第五预设电位CV5逐渐拉低至接地电压，使得电压升降控制器15以第二定功率对超级电容12充电。当运算放大器OP2的负输入端被拉低至接地电压时，定电压控制器36B关闭，以不影响电压升降控制器15的运行。也就是说，当晶体管M导通时，运算放大器OP2的正输入端接收接地电压，以逐渐降低电压反馈FB2直到充电电路10A关闭。
于一实施例中，定电压控制器36B还包含一迟滞电路HY2，迟滞电路HY2包含一电阻R6及一二极管D3。电阻R6的一第一端耦接比较器CP的负输入端，且电阻R6的一第二端耦接一二极管D3的一阴极；二极管D3的一阳极耦接比较器CP的输出端。
图4为依据本公开实施例的用于超级电容的充电方法40的流程图。充电方法40可由充电电路10A来执行，并包含以下步骤。
步骤S40：提供驱动电压CV、电流命令IMON_OUT和第三感测电压VSENSE至充电模式控制器16(或充电模式控制器36)。
步骤S41：转换驱动电压CV为第一预设电位CC1、第二预设电位CV2，并转换第三感测电压VSENSE为第四感测电压VSEN1。
步骤S42：判别第四感测电压VSEN1是否小于第二预设电位CV2。若是，进行步骤S43；若否，进行步骤S44。
步骤S43：进行第一定功率充电模式。回到步骤S42。
步骤S44：进行第二定功率充电模式。
步骤S45：判别电流命令IMON_OUT是否小于第一预设电位CC1。若是，进行步骤S46；若否，回到步骤S44。
步骤S46：进行定电压充电模式。
于步骤S43，充电模式控制器16(或充电模式控制器36)同时提供电流反馈FB1和电压反馈FB2，且来自超级电容12的第三感测电压VSENSE和来自充电模式控制器16(或充电模式控制器36)的电流反馈FB1和电压反馈FB2被加总后输入至电压升降控制器15的同一输入端，以进行第一定功率充电模式。于步骤S44，充电模式控制器16(或充电模式控制器36)仅提供电压反馈FB2，且来自超级电容12的第三感测电压VSENSE和来自充电模式控制器16(或充电模式控制器36)的电压反馈FB2被加总后输入至电压升降控制器15的同一输入端，以进行第二定功率充电模式。关于充电方法40的细节可参考图2和图3的相关说明，于此不赘述。
图5为图1的电力系统10在超级电容12充电期间的信号波形图，其中曲线51为电力电子转换器13的输出电压，曲线52为第三感测电压VSENSE(即超级电容12的储电量)，且曲线53为电力电子转换器13的输出电流。如图5所示，在时间点T1到T2之间，充电电路10A进行第一定功率充电模式，其中超级电容12的充电电流和电压大致为固定，第三感测电压VSENSE大致以一第一速率上升。在时间点T2到T3之间，充电电路10A进行第二定功率充电模式，其中第三感测电压VSENSE大致以一第二速率上升(第一速率大于第二速率)。在时间点T3之后，充电模式控制器16(或充电模式控制器36)关闭，充电电路10A进入定电压充电模式，直到超级电容12充电完毕。
综上所述，本公开的充电模式控制器在充电初期(超级电容储电量为零伏特)产生总反馈至电压升降控制器，以使用较低的电流来对超级电容充电；并且，在超级电容被充电到预设电位或是放电时，关闭充电模式控制器，以不影响电压升降控制器的运行。本公开实施例至少具有下列优点：(1)本公开的充电模式控制器可避免在充电初期产生突波或浪涌电流，以保护电力系统的内部元件；(2)有别于现有的电压升降控制器仅依据超级电容的储电量来控制充电，本公开的总反馈包含电流反馈和电压反馈的信号分量，可提高控制精度；及(3)电流感测器设置在电力电子转换器的储能电感之后，可避免感测到电源供应器输入端的噪声。
虽然本公开已以实施例公开如上，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本公开的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本公开的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (16)

1.一种充电电路，用以对一超级电容充电或放电，包含：
一电力电子转换器，用以依据一控制命令，对该超级电容充电或放电；
一电流感测器，耦接该超级电容，用以感测一第一感测电压和一第二感测电压；
一电压升降控制器，耦接该超级电容、该电力电子转换器及该电流感测器，用以依据该第一感测电压、该第二感测电压及一总反馈来产生该控制命令和一电流命令；以及
一充电模式控制器，耦接该超级电容和该电压升降控制器，用以依据一驱动电压、该电流命令和该超级电容的一第三感测电压，产生一电流反馈和一电压反馈至该电压升降控制器；
其中该第三感测电压、该电流反馈和该电压反馈被加总后输入至该电压升降控制器的同一输入端，以作为该总反馈。
2.如权利要求1所述的充电电路，其中该充电模式控制器包含：
一电压转换单元，耦接一电源供应器及该超级电容，用以依据该驱动电压来产生一第一预设电位、一第二预设电位、一第三预设电位及一第四预设电位，且用以依据该第三感测电压来产生一第四感测电压；
一定电流控制器，耦接该电压转换单元及该电压升降控制器，用以依据该第一预设电位及该电流命令，产生该电流反馈至该电压升降控制器；以及
一定电压控制器，耦接该电压转换单元、该电压升降控制器及该超级电容，用以依据该第二预设电位、该第三预设电位、该第四预设电位及该第四感测电压，产生该电压反馈至该电压升降控制器。
3.如权利要求2所述的充电电路，其中该定电流控制器包含：
一第一电阻；
一第一运算放大器，包含：
一正输入端，用以接收该电流命令；
一负输入端，用以接收该第一预设电位；以及
一输出端，耦接该第一电阻的一第一端；
一第一二极管，包含：
一阳极，耦接该第一电阻的一第二端；以及
一阴极，耦接该电压升降控制器及该定电压控制器，用以输出该电流反馈；
其中，当该电流命令大于该第一预设电位时，该定电流控制器输出该电流反馈；且当该电流命令小于或等于该第一预设电位时，该定电流控制器关闭。
4.如权利要求3所述的充电电路，其中该定电流控制器还包含一第一迟滞电路，该第一迟滞电路包含一第一电容及一第二电阻，其中：
该第一电容耦接于该第一运算放大器的该负输入端与该第二电阻之间；
该第二电阻的一第一端耦接该第一电容，且该第二电阻的一第二端耦接该第一电阻的该第二端及该第一二极管的该阳极。
5.如权利要求2所述的充电电路，其中该定电压控制器包含：
一比较器，包含：
一正输入端，用以接收该第四感测电压；
一负输入端，用以接收该第二预设电位；以及
一输出端，耦接该第一预设电位、一接地电压及一晶体管的一栅极；该晶体管，包含：
该栅极，用以接收该第三预设电位或该接地电压；
一源极，耦接该接地电压；以及
一漏极，耦接该第四预设电位及一第三电阻的一第一端；
其中，当该第四感测电压小于该第二预设电位时，该晶体管的该栅极接收该接地电压以关闭该晶体管，使该充电电路进行一第一定功率充电模式；
当该第四感测电压大于或等于该第二预设电位时，该晶体管的该栅极接收该第三预设电位以导通该晶体管，使该充电电路进行一第二定功率充电模式。
6.如权利要求5所述的充电电路，其中该定电压控制器包含：
该第三电阻；
一第二运算放大器，包含：
一正输入端，耦接该第三电阻的一第二端；
一负输入端，用以接收一第五预设电位，其中该第四预设电位经由该第三电阻限流后产生该第五预设电位；以及
一输出端，耦接该第一电阻的一第一端；
一第四电阻，包含一第一端耦接该第二运算放大器的该输出端，及一第二端耦接该第二运算放大器的该负输入端及一第五电阻的一第一端；
该第五电阻；
一第二二极管，包含：
一阳极，耦接该第五电阻的一第二端；以及
一阴极，耦接该电压升降控制器及该定电压控制器，用以输出该电压反馈；
其中，当该晶体管关闭时，该第二运算放大器的该正输入端接收该第五预设电位，以逐渐拉升该电压反馈；当该晶体管导通时，该第二运算放大器的该正输入端接收该接地电压，以逐渐降低该电压反馈直到该充电电路关闭。
7.如权利要求6所述的充电电路，其中该定电压控制器还包含一第二迟滞电路，该第二迟滞电路包含一第六电阻及一第三二极管，其中：
该第六电阻的一第一端耦接该比较器的该负输入端，且该第六电阻的一第二端耦接该一第三二极管的一阴极；
该第三二极管的一阳极耦接该比较器的该输出端。
8.如权利要求1所述的充电电路，其中该充电模式控制器包含：
一定电流控制器，耦接一电源供应器及该电压升降控制器，用以依据一第一预设电位及该电流命令，产生该电流反馈至该电压升降控制器；以及
一定电压控制器，耦接耦接该电源供应器及该电压升降控制器及该超级电容，用以依据一第二预设电位、一第三预设电位及一第四预设电位及该第三感测电压，产生该电压反馈至该电压升降控制器。
9.如权利要求8所述的充电电路，其中该定电流控制器包含：
一第一电阻；
一第一运算放大器，包含：
一正输入端，用以接收该电流命令；
一负输入端，用以接收该第一预设电位；以及
一输出端，耦接该第一电阻的一第一端；
一第一二极管，包含：
一阳极，耦接该第一电阻的一第二端；以及
一阴极，耦接该电压升降控制器及该定电压控制器，用以输出该电流反馈；
一第七电阻，包含一第一端耦接该驱动电压，及一第二端耦接该第一运算放大器的该负输入端；
一第八电阻，包含一第一端耦接该第一运算放大器的该负输入端，及一第二端耦接一接地电压，其中该第一预设电位经由该第七电阻和该第八电阻分压该驱动电压而产生；
一第九电阻，包含一第一端耦接该电流命令，及一第二端耦接一第十电阻的一第一端；
该第十电阻，包含一第一端耦接该第九电阻的该第二端，及一第二端耦接该第一运算放大器的该正输入端；
一第二电容，与该第十电阻并联，用以阻断该电流命令的一直流电流；
其中，当该电流命令大于该第一预设电位时，该定电流控制器输出该电流反馈；且当该电流命令小于或等于该第一预设电位时，该定电流控制器关闭。
10.如权利要求9所述的充电电路，其中该定电流控制器还包含一第一迟滞电路，该第一迟滞电路包含一第一电容及一第二电阻，其中：
该第一电容耦接于该第一运算放大器的该负输入端与该第二电阻之间；
该第二电阻的一第一端耦接该第一电容，且该第二电阻的一第二端耦接该第一电阻的该第二端及该第一二极管的该阳极。
11.如权利要求8所述的充电电路，其中该定电压控制器包含：
一第十一电阻，包含一第一端耦接该第三感测电压；
一第十二电阻，包含一第一端耦接该第十一电阻的一第二端，及一第二端耦接一接地电压，其中一第四感测电压经由该第十一电阻与该第十二电阻分压而产生；
一第十三电阻，包含一第一端耦接该驱动电压；
一第十四电阻，包含一第一端耦接该第十三电阻的一第二端，及一第二端耦接该接地电压，其中该第二预设电位经由该第十三电阻与该第十四电阻分压而产生；
一第三电容，包含一第一端耦接该第四感测电压，及一第二端耦接该第一预设电位；
一比较器，包含：
一正输入端，用以接收该第四感测电压；
一负输入端，用以接收该第二预设电位；以及
一输出端，耦接该第三预设电位、一接地电压及一晶体管的一栅极；
该晶体管，包含：
该栅极，用以接收该第三预设电位或该接地电压；
一源极，耦接该接地电压；以及
一漏极，耦接该第一预设电位及一第三电阻的一第一端；
一第十五电阻，包含一第一端耦接该驱动电压；
一第十六电阻，包含一第一端耦接该第十五电阻的一第二端及该晶体管的该栅极，及一第二端耦接该接地电压及该晶体管的该源极；
其中，当该第四感测电压小于该第二预设电位时，该晶体管的该栅极接收该接地电压以关闭该晶体管，使该充电电路进行一第一定功率充电模式；当该第四感测电压大于或等于该第二预设电位时，该晶体管的该栅极接收该第三预设电位以导通该晶体管，使该充电电路进行一第二定功率充电模式。
12.如权利要求11所述的充电电路，其中该定电压控制器还包含：
一第十七电阻，包含一第一端耦接该驱动电压；
一第十八电阻，包含一第一端耦接该第十七电阻的一第二端及该晶体管的该漏极，及一第二端耦接该接地电压；
该第三电阻；
一第二运算放大器，包含：
一正输入端，耦接该第三电阻的一第二端；
一负输入端，用以接收一第五预设电位，其中该驱动电压经由该第十七电阻及该第十八电阻分压并经由该第三电阻限流后产生该第五预设电位；以及
一输出端，耦接该第一电阻的一第一端；
一第四电阻，包含一第一端耦接该第二运算放大器的该输出端，及一第二端耦接该第二运算放大器的该负输入端及一第五电阻的一第一端；
该第五电阻；
一第二二极管，包含：
一阳极，耦接该第五电阻的一第二端；以及
一阴极，耦接该电压升降控制器及该定电压控制器，用以输出该电压反馈；
其中，当该晶体管关闭时，该第二运算放大器的该正输入端接收该第五预设电位，以逐渐拉升该电压反馈；当该晶体管导通时，该第二运算放大器的该正输入端接收该接地电压，以逐渐降低该电压反馈直到该充电电路关闭。
13.如权利要求12所述的充电电路，其中该定电压控制器还包含一第二迟滞电路，该第二迟滞电路包含一第六电阻及一第三二极管，其中：
该第六电阻的一第一端耦接该比较器的该负输入端，且该第六电阻的一第二端耦接该一第三二极管的一阴极；
该第三二极管的一阳极耦接该比较器的该输出端。
14.如权利要求1所述的充电电路，其中：
该电流感测器的一第一端耦接该电力电子转换器来感测该第一感测电压，且该电流感测器的一第二端耦接该超级电容来感测该第二感测电压；
该电压升降控制器还用以依据该第一感测电压、该第二感测电压及该电流感测器的一等效电阻值来计算该超级电容的一充电电流。
15.一种电力系统，包含：
如权利要求1所述的充电电路；
一超级电容；以及
一电源供应器，耦接该充电电路，用以：
于充电时，提供一充电电源及一驱动电压至该充电电路，使该充电电路根据该充电电源及该驱动电压对该超级电容充电；以及
于放电时，存储来自该超级电容的电源。
16.一种充电方法，用于如权利要求1所述的充电电路，包含：
依据一第一感测电压、一第二感测电压及一总反馈产生一电流命令；
提供一驱动电压、该电流命令和一第三感测电压至一充电模式控制器；
转换该驱动电压为一第一预设电位、一第二预设电位，并转换该第三感测电压为一第四感测电压；
当该第四感测电压小于该第二预设电位时，对一超级电容进行一第一定功率充电模式；
当该第四感测电压大于或等于该第二预设电位时，对该超级电容进行一第二定功率充电模式；以及
当该电流命令小于该第一预设电位时，对该超级电容进行一定电压充电模式；
其中该超级电容的该第三感测电压、该充电模式控制器产生的一电流反馈和一电压反馈被加总后输入至一电压升降控制器的同一输入端，以作为该总反馈。
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