CN204012796U - 一种超级电容充电电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种超级电容充电电路，属于超级电容的充电电路的技术领域；解决的技术问题为：提供一种无需MCU干预、并能够调节充电电压的超级电容充电电路；采用的技术方案为：一种超级电容充电电路，包括：供电电源、稳压电路、反馈控制电路和超级电容组，所述供电电源与所述稳压电路相连，所述稳压电路与所述超级电容组相连，所述反馈控制电路分别与所述稳压电路和所述超级电容组相连；本实用新型适用于充电控制技术领域。
Description
技术领域
本实用新型一种超级电容充电电路，属于超级电容的充电电路的技术领域。
背景技术
超级电容器是20世纪70年代发展起来的一种介于电池和传统电容器之间的新型储能器件，具有功率密度大、充电速度快、容量高、可逆性好、使用寿命长和易于维护等优点，此外，超级电容器的充放电曲线更接近于电容器而不同于传统电池，可以应用于短时高峰值电流中或者传统电池无法应用的领域中，再加上超级电容器还具有充放电次数多、存储周期长和无需定期维护等优点，因此，超级电容器是替代锂电池等传统电池的最佳方案。
虽然市场上已经出现了一些专为超级电容器而设计的充电IC产品，这些产品也具有输入/输出电流限制功能、自动电池平衡功能以及其他众多的保护功能，但是这些器件仅能提供单个或两个串联电容的充电控制，无法应用于多个串联电容的充电，而在实际的工程应用中，常常需要将多个超级电容串联起来工作，以提供更高的工作电压和更多的能量。
现今，针对多个串联电容常用的充电方法主要有：恒定电压充电法、恒定电流充电法、恒定功率充电法和MCU采集控制法；恒定电压充电法是指在充电过程中、充电电压始终保持不变的方法，此法虽然可避免在充电后期出现由于充电电流过大而造成极板活性物质脱落和电能损失的情况，但是会由于充电初期充电电流过大而超出电极允许的最大电流，容易使电容极板弯曲，造成电容器的报废；恒定电流充电法是指在充电过程中、充电电流始终保持不变的方法，此法虽然能够使电容的充电时间缩短，但是若在充电后期仍保持充电电流的大小不变，那么电极电压将会超过最大允许电压，导致电解液析出气泡过多而呈现出沸腾状态，这不但浪费了电能，而且容易使电池的温度过高，造成电容储存容量下降而提前报废；恒定功率充电法是指在充电过程中、始终保持恒定的功率进行充电的方法，若在充电电源带载能力有限的情况下使用此种方法充电，由于初始充电电压较低，使得充电电流较大，势必影响其他负载的正常工作；MCU采集控制法是指采用MCU实时检测超级电容组的端电压、经过分析和处理、得到相对应的PWM控制信号来控制主回路开关管的开通和关断、从而改变充电电流大小的方法，此法虽然能够根据需要对充电电流进行精确控制，但是需要MCU的干预，电路较复杂，成本较高。
实用新型内容
本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种无需MCU干预、并能够调节充电电压的超级电容充电电路。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种超级电容充电电路，包括：供电电源、稳压电路、反馈控制电路和超级电容组，所述供电电源与所述稳压电路相连，所述稳压电路与所述超级电容组相连，所述反馈控制电路分别与所述稳压电路和所述超级电容组相连。
所述稳压电路包括具有宽输入范围且输出可调的开关电源芯片，所述反馈控制电路包括双向电流采集器，所述开关电源芯片的供电输入端并接去耦电容C1的一端后与供电电源相连，所述开关电源芯片的输出端并接采样电阻R1的一端后与所述开关电源芯片的电流检测正端相连，所述开关电源芯片的电压调节控制端并接电阻R2的一端后与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与所述双向电流采集器的输出端相连，所述双向电流采集器的电流检测负端并接采样电阻R1的另一端后与所述超级电容组的电源端相连，所述电阻R2的另一端和去耦电容C1的另一端均接地；所述超级电容组包括多个超级电容器，所述的多个超级电容器之间依次串联在一起；所述的每个超级电容器的两端均并接有一个分压电阻；所述的多个超级电容器中，在每两个相邻的超级电容器非接触的两端均并接有一个稳压二极管。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本实用新型中，充电电路包括供电电源、稳压电路、反馈控制电路和超级电容组，供电电源为稳压电路提供电源，稳压电路向超级电容组进行稳定的充电，反馈控制电路从稳压电路向超级电容组充电的线路上采集充电电压信号，然后将充电电压信号反馈给稳压电路，进而控制稳压电路输出合适的充电电压给超级电容组，本充电电路无需MCU的干预即可实现对充电电压的调节，结构简单，成本低廉。
2、本实用新型中，稳压电路包括开关电源芯片，反馈控制电路包括双向电流采集器，开关电源芯片的供电输入端与供电电源相连、输出端与超级电容组相连，双向电流采集器在开关电源芯片和超级电容组之间的连线上进行充电电压信号的采集、并通过电流检测正端、电流检测负端将采集到的信号输入其芯片内部、经过放大后再通过输出端输送给开关电源芯片的电压调节控制端，双向电流采集器根据此反馈电压信号对充电电压的输出值进行调节，使超级电容组的充电电流保持恒定，随着充电电压值的不断升高、当达到供电电压值时，超级电容组的充电电流逐渐降低、充电速度减慢，直至自动停止充电；在上述充电过程中，超级电容组中的超级电容保持恒流充电、充电效率高，且发热量小，不会对超级电容造成损害、以致减少其使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明；
图1为本实用新型的方框原理图；
图2为本实用新型的电路原理图；
图3为两个超级电容器串联在一起的电路结构示意图；
图中：1为供电电源，2为稳压电路，3为反馈控制电路，4为超级电容组。
具体实施方式
如图1所示，一种超级电容充电电路，包括：供电电源1、稳压电路2、反馈控制电路3和超级电容组4，所述供电电源1与所述稳压电路2相连，所述稳压电路2与所述超级电容组4相连，所述反馈控制电路3分别与所述稳压电路2和所述超级电容组4相连。
如图2所示，具体地，所述稳压电路2包括具有宽输入范围且输出可调的开关电源芯片，本实施例中的开关电源芯片可为TI公司的TPS5430DDA芯片，TPS5430DDA芯片是降压开关型集成稳压芯片，电压输入范围为5.5V~36V，可提供3A的连续电流输出（峰值电流可达4A），TPS5430DDA芯片具有完善的保护电路，包括过流保护电路、过热保护电路等，利用该芯片只需极少的外围器件便可构成高效的稳压电路；所述反馈控制电路3包括双向电流采集器，本实施例中的双向电流采集器可为AD公司的AD8210YRZ芯片，AD8210YRZ芯片为电流检测运算放大器，该芯片能够放大经分流电阻流至负载的电流，并输出以地为参考、与负载电流成比例的电压，初始增益为20V/V，本实施例中使用的增益还为此增益，AD8210YRZ芯片具有高电压接口，并能够在分流电阻上进行双向电流监控，简化了高端电流的监控动作，AD8210YRZ芯片具有高工模抑制特性和出色的温度性能，可在应用中实现最佳精度。
所述开关电源芯片的供电输入端（即本实施例中TPS5430DDA芯片的VIN端）并接去耦电容C1的一端后与供电电源1相连，所述开关电源芯片的输出端（即本实施例中TPS5430DDA芯片的PH端）并接采样电阻R1的一端后与所述双向电流采集器的电流检测正端（即本实施例中AD8210YRZ芯片的+IN端）相连，所述开关电源芯片的电压调节控制端（即本实施例中TPS5430DDA芯片的SENSE端）并接电阻R2的一端后与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与所述双向电流采集器的输出端（即本实施例中AD8210YRZ芯片的OUT端）相连，本实施例中，TPS5430DDA芯片的BOOT端与电容C2的一端相连，电容C2的另一端与TPS5430DDA芯片的PH端相连；所述双向电流采集器的电流检测负端（即本实施例中AD8210YRZ芯片的-IN端）并接采样电阻R1的另一端后与所述超级电容组4的电源端相连，本实施例中，AD8210YRZ芯片的参考电压VREF1端与电源电压VDD相连， AD8210YRZ芯片的参考电压VREF2端与超级电容组4的接地端相连，所述电阻R2的另一端与去耦电容C1的另一端均接地；本实施例中，采样电阻R1的阻值可为0.1Ω，去耦电容C1的电容值可为10μF，电容C2的电容值可为0.01μF。
所述超级电容组4包括多个超级电容器，所述的多个超级电容器之间依次串联在一起，本实施例中的超级电容器可选用韩国VINA公司的超级电容器VEC 2R7 156 QC，该超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应，性能稳定；若施加的电压低于额定电压，超级电容器的寿命会延长，相反地，若施加电压高于额定电压，超级电容器的寿命将会缩短，所以为了防止超级电容器因为充电电压过高而被损坏，如图3所示，可在所述的每个超级电容器的两端均并接一个分压电阻；由于超级电容器容量的差异，每个电容器储存的电荷量是不均衡的，在放电过程中，个别电容器可能出现负压、使得电容记性改变，而若电容器长时间在相反的极性状态下工作，不仅会缩短使用寿命，还会发生例如电解液泄漏等严重的损毁，所以为了防止上述情况的发生，如图3所示，所述的多个超级电容器中，可在每两个相邻的超级电容器非接触的两端均并接一个稳压二极管。
本实施例中，设定恒定的充电电流为600mA，则AD8210YRZ芯片的OUT端输出的电压值为20×0.6A×0.1Ω=1.2V，而TPS5430DDA芯片通过调节VENSE端至1.22V输出，充电初期，当充电电流小于（大于）600mA时，TPS5430DDA芯片的VENSE端电压小于（大于）1.22V，TPS5430DDA芯片内部调节升高（降低）输出电压，以保证充电电流保持在600mA，充电后期，超级电容器的端电压接近供电电源时，充电电流降低直至停止充电；本实施例中的充电电流可根据实际需要进行设定，只要匹配合适电阻R2和电阻R3的值即可。
本实用新型也可为锂电池进行充电，仅需将超级电容组更换为相应电压的锂电池组即可，上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种超级电容充电电路，其特征在于：包括：供电电源（1）、稳压电路（2）、反馈控制电路（3）和超级电容组（4），所述供电电源（1）与所述稳压电路（2）相连，所述稳压电路（2）与所述超级电容组（4）相连，所述反馈控制电路（3）分别与所述稳压电路（2）和所述超级电容组（4）相连。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容充电电路，其特征在于：所述稳压电路（2）包括具有宽输入范围且输出可调的开关电源芯片，所述反馈控制电路（3）包括双向电流采集器；
所述开关电源芯片的供电输入端并接去耦电容C1的一端后与供电电源（1）相连，所述开关电源芯片的输出端并接采样电阻R1的一端后与所述开关电源芯片的电流检测正端相连，所述开关电源芯片的电压调节控制端并接电阻R2的一端后与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与所述双向电流采集器的输出端相连，所述双向电流采集器的电流检测负端并接采样电阻R1的另一端后与所述超级电容组（4）的电源端相连，所述电阻R2的另一端和去耦电容C1的另一端均接地。
3.根据权利要求1或2所述的一种超级电容充电电路，其特征在于：所述超级电容组（4）包括多个超级电容器，所述的多个超级电容器之间依次串联在一起。
4.根据权利要求3所述的一种超级电容充电电路，其特征在于：所述的每个超级电容器的两端均并接有一个分压电阻。
5.根据权利要求3所述的一种超级电容充电电路，其特征在于：所述的多个超级电容器中，在每两个相邻的超级电容器非接触的两端均并接有一个稳压二极管。
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