CN207184104U - 一种单体超级电容器管理电路 - Google Patents

Abstract

一种单体超级电容器管理电路，包括单体超级电容器、平衡电路、超压告警电路和告警驱动电路；所述单体超级电容分别与所述平衡电路和所述超压告警电路电连接，所述超压告警电路与所述告警驱动电路电连接，所述告警驱动电路输出超压告警信号。本申请的有益效果是：能够同时实现单体超级电容器的平衡和超压告警功能，对低程度的超压进行放电使之回落，对高程度的超压进行告警，从而实现对单体超级电容器的管理，对其他相关联的电路或元器件起到保护的作用。

Description

一种单体超级电容器管理电路

技术领域

本申请属于电源监视技术领域，具体地说，涉及一种单体超级电容器管理电路。

背景技术

目前电源产品在电子类产品应用中十分广泛，电源中多数会用到超级电容，由于超级电容的特殊性、充放电性，使得在0V～额压之间的电容工作不稳定，从而影响电源的性能，甚至容易对负载产生影响。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种单体超级电容器管理电路，能够可靠地检测超级电容器两端的电压，并进行管理，保障电路的正常工作。

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种单体超级电容器管理电路，并采用以下技术方案来实现。

一种单体超级电容器管理电路，包括单体超级电容器、平衡电路、超压告警电路和告警驱动电路；所述单体超级电容分别与所述平衡电路和所述超压告警电路电连接，所述超压告警电路与所述告警驱动电路电连接，所述告警驱动电路输出超压告警信号。

进一步的，所述平衡电路包括电压检测器U1；所述单体超级电容器的正极分别连接电阻R1和电阻R2的一端，所述电阻R1和所述电阻R2的另一端分别连接所述电压检测器U1的VIN端和VOUT端；所述单体超级电容器的负极与所述电压检测器U1的GND端电连接；所述电压检测器U1的VIN端和GND端之间连接有电容C2；所述电压检测器U1的VOUT端与三极管Q3的集电极电连接，所述电压检测器U1的GND端与所述三极管Q3的发射极电连接；所述电压检测器U1的VOUT端与MOS管Q1的G极电连接，所述MOS管Q1的D极和G极分别与电阻R2的两端电连接；所述MOS管Q1的S极分别与电阻R3和电阻R11的一端电连接，所述电阻R3和所述电阻R11的另一端分别与所述三极管Q3的基极和发射极电连接。

进一步的，所述MOS管Q1为N沟道MOS管，所述三极管Q3为NPN型三极管。

进一步的，所述超压告警电路包括电压检测器U2；所述单体超级电容器的正极分别与电阻R4和电阻R5的一端电连接，所述电阻R4和所述电阻R5的另一端分别与所述电压检测芯片U2的VIN端和VOUT端电连接；所述单体超级电容的负极与所述电压检测芯片U2的GND端电连接；所述电压检测芯片U2的GND端和VIN端之间连接有滤波电容C3；所述单体超级电容器的正极串联电阻R6后与光耦U3的输入端正极电连接，所述光耦U3B的输入端负极与MOS管Q2的D极电连接，所述MOS管Q2的G极与所述电压检测器U2的VOUT端电连接；所述MOS管Q2的S极与所述单体超级电容器的负极电连接；所述光耦U3输出端负极与GND电连接，输出端正极连接上拉电阻R7后与电源电连接；所述光耦U3的输出端正极与所述告警驱动电路电连接。

进一步的，所述MOS管Q2为N沟道MOS管。

进一步的，所述告警驱动电路包括三极管Q4和三极管Q5；所述超压告警电路的输出端与所述三极管Q4的基极电连接；所述三极管Q4的基极和集电极分别串联电阻R8和电阻R9后与电源电连接；所述三极管Q4的集电极与三极管Q5的基极电连接，所述三极管Q5的集电极串联电阻R10后与所述电源电连接；所述三极管Q4和所述三极管Q5的发射极均与GND电连接；所述三极管Q5的集电极作为最终的告警信号输出端与后续电路电连接。

进一步的，所述三极管Q5与后续电路电连接的方式是通过端子J1；所述端子J1包括3pin，分别与所述电源、所述三极管Q5的集电极和所述GND电连接。

进一步的，所述三极管Q4和所述三极管Q5均为NPN型三极管。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：能够同时实现单体超级电容器的平衡和超压告警功能，对低程度的超压进行放电使之回落，对高程度的超压进行告警，从而实现对单体超级电容器的管理，对其他相关联的电路或元器件起到保护的作用；采用简单的电压检测器作为超级电容器的电压检测元件，电压检测精度高、一致性好、成本低廉、应用灵活，可广泛应用在具有超级电容器的电路中。

当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请管理电路整体框图。

图2是本申请平衡电路原理图。

图3是本申请超压告警电路原理图。

图4是本申请告警驱动电路原理图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1所示，一种单体超级电容器管理电路，包括单体超级电容器、平衡电路、超压告警电路和告警驱动电路。单体超级电容分别与平衡电路和超压告警电路电连接，超压告警电路与告警驱动电路电连接，告警驱动电路输出告警信号。

如图2所示，平衡电路与单体超级电容器C1电连接。单体超级电容器C1的正极VB+分别连接电阻R1和电阻R2的一端，电阻R1和电阻R2的另一端分别连接电压检测器U1的输入端和输出端。单体超级电容器C1的负极VB-与电压检测器U1的GND端电连接。电压检测器U1的输入端和GND端之间连接有电容C2。电压检测器U1的输出端与三极管Q3的集电极电连接，电压检测器U1的GND端与三极管Q3的发射极电连接。电压检测器U1的输出端与N沟道MOS管Q1的G极电连接，MOS管Q1的D极与G极分别与电阻R2的两端电连接。MOS管Q1的S极分别与电阻R3和电阻R11的一端电连接，电阻R3和电阻R11的另一端分别与三极管Q3的基极和发射极电连接。电压检测器U1选用XC61CN2702MR。

其中，电容C2和电阻R1组成滤波电路对电压检测芯片U1的输入信号进行滤波，使电路工作更稳定。当电压检测器U1检测到输入电压达到平衡电路电压阈值时，输出高电平，打开MOS管Q1，MOS管Q1的S极具有了高电平，继而将三极管Q3导通。Q1、Q3、R11构成恒流电路开始进行放电，直到单体超级电容器C1的电压低至阈值电压，电压检测芯片U1输出低电平，关闭MOS管Q1，完成对超级电容器电压的平衡功能。该平衡阈值由电压检测器自身参数决定，所以当不同的电路阈值不同时，需要选择不同型号的电压检测器。

如图3所示，超压告警电路与单体超级电容器C1电连接。单体超级电容器C1的正极VB+分别与电阻R4和电阻R5的一端电连接，电阻R4和电阻R5的另一端分别与电压检测芯片U2的输入端和输出端电连接。单体超级电容C1的负极VB-与电压检测芯片U2的GND端电连接。电压检测芯片U2的GND端和输入端之间连接有滤波电容C3。单体超级电容器C1的正极VB+串联电阻R6后与光耦U3的输入端正极电连接，光耦U3B的输入端负极与N沟道MOS管Q2的D基电连接，MOS管Q2的G极与电压检测器U2的输出端电连接。MOS管Q2的S极与单体超级电容器C1的负极VB-电连接。光耦U3的输出端的两pin，一pin接GND，另一pin连接上拉电阻R7，并作为报警信号输出端输出报警信号，与后续的告警驱动电路电连接。电压检测器U2选用XC61CN2802MR，和平衡阈值一样，当超压报警阈值不同时需要选择不同的电压检测器。

其中，电阻R4和电容C3组成滤波电路对电压检测芯片U2的输入信号进行滤波，使电路工作更稳定。当超级电容C1两端电压超压时，电压检测器U2检测到电压超过告警阈值，输出高电压，导通Q2，使得光耦U3的输入端负极被拉低，发光二极管亮，光耦U3的输出端导通，告警信号端被拉低，即超压时告警信号为低电平。

如图4所示，光耦U3的告警信号输出端与三极管Q4的基极电连接，三极管Q4的基极和集电极分别串联电阻R8和电阻R9后与电源电连接；三极管Q4的集电极与三极管Q5的基极电连接，三极管Q5的集电极串联电阻R10后与电源电连接。三极管Q4和三极管Q5的发射极均与GND电连接。三极管Q5的集电极作为最终的告警信号与后续警告电路电连接。本实施例选用的连接方式是通过端子J1，端子J1有3pin，分别为电源pin、告警信号pin和GND pin。

当告警发生时，光耦U3的输出信号端被拉低，从而使三极管Q4处于截止状态，三极管Q5导通，Q5的集电极输出低电平。当没有告警信号时，光耦U3的输出端由于上拉电阻的存在，为高电平，三极管Q4的基极为高电平，Q4导通，从而拉低Q4的集电极，三极管Q5截止。由于上拉电阻R10的存在，Q5的集电极输出高电平。

本申请的有益效果是：能够同时实现单体超级电容器的平衡和超压告警功能，对低程度的超压进行放电使之回落，对高程度的超压进行告警，从而实现对单体超级电容器的管理，对其他相关联的电路或元器件起到保护的作用；采用简单的电压检测器作为超级电容器的电压检测元件，电压检测精度高、一致性好、成本低廉、应用灵活，可广泛应用在具有超级电容器的电路中。

以上对本申请实施例所提供的一种单体超级电容器管理电路，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种单体超级电容器管理电路，其特征在于：包括单体超级电容器、平衡电路、超压告警电路和告警驱动电路；所述单体超级电容分别与所述平衡电路和所述超压告警电路电连接，所述超压告警电路与所述告警驱动电路电连接，所述告警驱动电路输出超压告警信号。

2.根据权利要求1所述单体超级电容器管理电路，其特征在于：所述平衡电路包括电压检测器U1；所述单体超级电容器的正极分别连接电阻R1和电阻R2的一端，所述电阻R1和所述电阻R2的另一端分别连接所述电压检测器U1的VIN端和VOUT端；所述单体超级电容器的负极与所述电压检测器U1的GND端电连接；所述电压检测器U1的VIN端和GND端之间连接有电容C2；所述电压检测器U1的VOUT端与三极管Q3的集电极电连接，所述电压检测器U1的GND端与所述三极管Q3的发射极电连接；所述电压检测器U1的VOUT端与MOS管Q1的G极电连接，所述MOS管Q1的D极和G极分别与电阻R2的两端电连接；所述MOS管Q1的S极分别与电阻R3和电阻R11的一端电连接，所述电阻R3和所述电阻R11的另一端分别与所述三极管Q3的基极和发射极电连接。

3.根据权利要求2所述单体超级电容器管理电路，其特征在于：所述MOS管Q1为N沟道MOS管，所述三极管Q3为NPN型三极管。

4.根据权利要求1所述单体超级电容器管理电路，其特征在于：所述超压告警电路包括电压检测器U2；所述单体超级电容器的正极分别与电阻R4和电阻R5的一端电连接，所述电阻R4和所述电阻R5的另一端分别与所述电压检测芯片U2的VIN端和VOUT端电连接；所述单体超级电容的负极与所述电压检测芯片U2的GND端电连接；所述电压检测芯片U2的GND端和VIN端之间连接有滤波电容C3；所述单体超级电容器的正极串联电阻R6后与光耦U3的输入端正极电连接，所述光耦U3B的输入端负极与MOS管Q2的D极电连接，所述MOS管Q2的G极与所述电压检测器U2的VOUT端电连接；所述MOS管Q2的S极与所述单体超级电容器的负极电连接；所述光耦U3输出端负极与GND电连接，输出端正极连接上拉电阻R7后与电源电连接；所述光耦U3的输出端正极与所述告警驱动电路电连接。

5.根据权利要求4所述单体超级电容器管理电路，其特征在于：所述MOS管Q2为N沟道MOS管。

6.根据权利要求1-5任一所述单体超级电容器管理电路，其特征在于：所述告警驱动电路包括三极管Q4和三极管Q5；所述超压告警电路的输出端与所述三极管Q4的基极电连接；所述三极管Q4的基极和集电极分别串联电阻R8和电阻R9后与电源电连接；所述三极管Q4的集电极与三极管Q5的基极电连接，所述三极管Q5的集电极串联电阻R10后与所述电源电连接；所述三极管Q4和所述三极管Q5的发射极均与GND电连接；所述三极管Q5的集电极作为最终的告警信号输出端与后续电路电连接。

7.根据权利要求6所述单体超级电容器管理电路，其特征在于：所述三极管Q5与后续电路电连接的方式是通过端子J1；所述端子J1包括3pin，分别与所述电源、所述三极管Q5的集电极和所述GND电连接。

8.根据权利要求6所述单体超级电容器管理电路，其特征在于：所述三极管Q4和所述三极管Q5均为NPN型三极管。