CN205178619U - 超级电容充电保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种超级电容充电保护电路，包括输出电流采集电路、输出电压采集电路、电容电压采样电路、单片机以及脉宽调制电路；输出电流采集电路和输出电压采集电路分别用于采集充电器的输出电流值和输出电压值，电容电压采样电路用于采集超级电容的电压值；所述单片机的输入端分别与输出电流采集电路、输出电压采集电路和电容电压采样电路连接，单片机的输出端连接脉宽调制电路的输入端，脉宽调制电路的输出端连接充电器；所述脉宽调制电路用于控制充电器的输出电压值高于超级电容的实际电压值一定值。本实用新型电路能够在超级电容初始充电过程中减小对超级电容的电流冲击，以避免过流保护装置误动作，起到保护超级电容器的作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源技术领域，特别是一种用于超级电容在充电过程中的保护电路。
背景技术
超级电容作为储能元件，具有功率密度大、充电速度快、容量高、可逆性好、寿命长、可大电流放电等优点，并且超级电容的充放电曲线更接近于电容器，可作为后备电源代替传统电池应用在各个领域中，特别能够适应于短时高峰值电流的领域中。
由于超级电容在运输、安装过程中不允许带电，因此只能在超级电容安装好后才允许给超级电容充电，为防止充电过程中充电器输出电压过大产生较大电流冲击超级电容，通常在充电器和超级电容之间连接过流保护装置。但超级电容在初始加电瞬间，由于充电器和超级电容的电压差很大，充电器对超级电容的冲击电流很大，很容易使充电器和超级电容间的过流保护装置误动作。目前为了避免过流保护装置动作一般采用的方法有三种：1）选用大容量的过流保护装置，缺点是增加了设备成本,且过流保护装置不能起到应有的过流保护作用；2）选择过流保护缓慢的过流保护装置，缺点是不能及时的进行过流保护；3）初次加电时在过流保护装置动作时人为的复位过流保护装置，缺点是增加了人的干预，有一定的不可预见性。
实用新型内容
本实用新型需要解决的技术问题是提供一种能够在超级电容初始充电过程中减小对超级电容电流冲击的保护电路，以避免过流保护装置误动作。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。
一种超级电容充电保护电路，包括输出电流采集电路、输出电压采集电路、电容电压采样电路、单片机以及脉宽调制电路；所述输出电流采集电路用于采集充电器的输出电流值，输出电压采集电路用于采集充电器的输出电压值，电容电压采样电路用于采集超级电容的电压值；所述单片机的输入端分别与输出电流采集电路、输出电压采集电路和电容电压采样电路连接，单片机的输出端连接脉宽调制电路的输入端，脉宽调制电路的输出端连接充电器；所述脉宽调制电路用于控制充电器的输出电压值高于超级电容的实际电压值一定值。
上述超级电容充电保护电路，所述充电器的输出电压值与超级电容实际电压值的压差为50V。
上述超级电容充电保护电路，所述单片机的输出端还与充电器的受控端连接，用于控制充电器的启动与关闭。
由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得的技术进步如下。
本实用新型电路结构简单、体积小、成本低、可靠性高，能够在超级电容初始充电过程中减小对超级电容的电流冲击，以避免过流保护装置误动作，起到保护超级电容器的作用。
附图说明
图1为本实用新型的电气原理框图；
图2为本实用新型具体实施例的电路图。
图中各标号表示为：CAP_V：超级电容电压正端；VOUT：充电器输出电压正信号；VOUT_CY：充电器输出电压采样信号；CAP_V_CY：超级电容电压采样信号；OUT_I：充电器输出电流采样信号；ON/OFF：充电器开关机控制信号；PWM：充电器电压调整信号；R1~R15.第一电阻至第十五电阻，C1.第一电容，C2.第二电容，U1。第一运放，U2.第二运放，V.三极管，D.二极管。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。
本实用新型提供的超级电容充电保护电路，其电气原理如图1所示，包括输出电流采集电路、输出电压采集电路、电容电压采样电路、单片机以及脉宽调制电路；单片机的输入端分别与输出电流采集电路、输出电压采集电路和电容电压采样电路连接，单片机的输出端连接脉宽调制电路的输入端，脉宽调制电路的输出端连接充电器。
输出电压采集电路连接在充电器的输出端单片机之间，用于采集充电器的输出电压值，并将采集的充电器输出电压采样信号OUT_CY传输给单片机。本实施例中，输出电压采集电路的电路图如图2所示，包括串联连接在充电器正极输出端与地之间的第六电阻R6和第七电阻R7，充电器输出电压采样信号OUT_CY取自第六电阻R6和第七电阻R7的连接端。
输出电流采集电路连接在超级电容负极与单片机之间，用于采集充电器的输出电流值，并将采集的充电器输出电流采样信号OUT_I传输给单片机。本实施例中，输出电流采集电路的电路图如图2所示，包括第十电阻R10~第十五电阻R15、第二电容C2和第二运放U2；第二运放U2的正极输入端经第十四电阻R14连接超级电容的负极端，第二运放U2的正极输入端还经第十五电阻R15接地；第二运放U2的负极输入端经第十二电阻R12接地；第十三电阻R13连接在第十四电阻R14和第十二电阻R12之间；第十一电阻R11连接在第二运放U2的负极输入端与第二运放U2的输出端之间；第二运放U2的输出端依次经第十电阻R10和第二电容C2接地，充电器输出电流采样信号OUT_I取自第十电阻R10和第二电容C2的连接端。
电容电压采样电路连接超级电容的电压正端CAP_V和单片机之间，用于采集超级电容的电压值，并将采集的超级电容电压采样信号CAP_V_CY传输给单片机。本实施例中，电容电压采样电路的电路图如图2所示，包括串联连接在超级电容正极输入端与地之间的第八电阻R8和第九电阻R9，超级电容电压采样信号CAP_V_CY取自第八电阻R8和第九电阻R9的连接端。
脉宽调制电路连接在单片机与充电器之间，用于在单片机的控制下输出充电器电压调整信号PWM，控制充电器的输出电压值高于超级电容的实际电压值一定值，本实用新型该定值设置为50V。本实施例中，脉宽调制电路的电路图如图2所示，包括第一运放U1第三电阻R3、第五电阻R5和第一电容C1；单片机的调压信号输出端经第三电阻R3连接第一运放U1的正极输入端，单片机的调压信号输出端还经第五电阻R5接地，第一电容C1并接在第一运放U1的正极输入端与地之间；第一运放U1的负极输入端与第一运放U1的输出端连接；第一运放U1的输出端连接充电器的受控端。
本实用新型中，单片机的输出端与充电器之间还设置有开关机控制电路，用于，输出充电器开关机控制信号ON/OFF，来控制充电器的开机与关机。本实施例中，开关机控制电路的电路图如图2所示，包括三极管V、第二电阻R2和第四电阻R4；单片机的开关机信号输出端依次经第四电阻R4和第二电阻R2连接电源+5V；三极管的基极连接在第二电阻R2和第四电阻R4连接端，三极管的发射极接地，三极管的集电极连接充电器的开关机受控端。
在本实用新型中，在充电器的正极输出端与超级电容的正极端之间还设置了过流保护装置，过流保护装置可以为空气开关或者接触器等，起到过流时切断电路的作用；本实施例中过流保护装置选用空气开关。为防止超级电容充电时反接，本实施例在充电器的正极输出端与空气开关之间串接二极管D，如图2所示。
下面以充电器采用250V/3A恒流恒压充电器、超级电容采用260V/22F、过流保护装置采用空气开关为例说明本实用新型的工作原理。本实施例中电压定值Ue设定为50V。
间隔开关机原理：在充电器处于开启状态时，如输出电流采集电路采集的充电器输出电流值持续30S小于50mA时，单片机控制充电器关机；在充电器处于关机状态时，输出电压采集电路采集的充电器输出电压值持续30S为零时，单片机控制充电器重新开机。如此重复进行充电器的间隔开关机动作。
输出电压调整原理：
在充电器处于关机状态下，电容电压采样电路检测超级电容的实时电压值，若检测到超级电容存在电压U，则单片机向充电器发出ON信号，同时向脉宽调制电路输出充电器应输出的电压值设定为“U+50V”，待充电器开机时，为超级电容进行充电。
若充电器处于开机状态下，空气开关闭合，在充电器电路中接入超级电容，则电容电压采样电路会突然检测到超级电容的电压值。如果该超级电容的电压值U小于50V时，由于充电器有输出电流，可以正常充电；单片机通过脉宽调制电路输出端PWM调制信号，控制充电器的输出电压值为在超级电容实时电压值U的基础上增加50V，充电器以“U+50V”的电压、3A的电流对超级电容充电;同时控制充电器的输出电压值最大为250V。随着超级电容电压U'的增加，单片机和脉宽调制电路动态调整充电器的输出电压，始终保持充电器的输出电压设定值为“U'+50V”，输出电压设定值最大限制为250V。如果该超级电容的电压值U大于50V，则单片机立即输出OFF信号控制充电器关机，再经过30S后，单片机再输出ON信号控制充电器开机，而此时，充电器开机输出的电压值为“U+50V”。
本实用新型的应用，可使充电器的输出电压和超级电容的电压差值最大为50V，大大减小了充电器对过流保护装置和超级电容的冲击。
Claims (3)
1.超级电容充电保护电路，其特征在于：包括输出电流采集电路、输出电压采集电路、电容电压采样电路、单片机以及脉宽调制电路；所述输出电流采集电路用于采集充电器的输出电流值，输出电压采集电路用于采集充电器的输出电压值，电容电压采样电路用于采集超级电容的电压值；所述单片机的输入端分别与输出电流采集电路、输出电压采集电路和电容电压采样电路连接，单片机的输出端连接脉宽调制电路的输入端，脉宽调制电路的输出端连接充电器；所述脉宽调制电路用于控制充电器的输出电压值高于超级电容的实际电压值一定值。
2.根据权利要求1所述的超级电容充电保护电路，其特征在于：所述充电器的输出电压值与超级电容实际电压值的压差为50V。
3.根据权利要求2所述的超级电容充电保护电路，其特征在于：所述单片机的输出端还与充电器的受控端连接，用于控制充电器的启动与关闭。
Priority Applications (1)
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| CN201520961563.7U CN205178619U (zh) | 2015-11-29 | 2015-11-29 | 超级电容充电保护电路 |
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Publications (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN105449814A (zh) * | 2015-11-29 | 2016-03-30 | 深圳市国耀电子科技股份有限公司 | 减小超级电容充电时电流冲击的保护电路及方法 |
| CN110943522A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-03-31 | 海南星宇智控科技有限公司 | 一种抗干扰电路及其驱动方法 |
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