CN207732650U - 一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源，该电源包括：输入防反接电路、第一级同步降压稳压电路、第二级推挽升压稳压隔离电路、电压检测电路、电流检测电路、防卡延时电路、第一PWM控制器、第二PWM控制器、FB反馈控制。本实用新型的不间断直流稳压电力电源能承受较宽的输入电压，可以将超级电容的能量尽量放出，提高能量利用率。具备防卡功能,能够保证操作机构一旦工作就能够完成该次行程，防止操作机构因供电不足而半途停止工作，解决了机构卡住的问题。

Description

一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源

技术领域

本实用新型涉及直流稳压电源领域，具体涉及一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源。

背景技术

在电力行业中，有些场合，当外电出现故障时，需要后备稳压电源为一些操作机构提供操作电源。常规的后备稳压电源一般采用化学电池(如铅酸蓄电池，锂电池等)作为储能单元。这些化学电池会受环境，温度，使用条件的影响，寿命较短，可靠性较差。有些电池还需要人工定期维护。

超级电容作为一种新型储能单元，具有功率密度高、充放电时间短、大电流放电能力超强、循环寿命长、工作温度范围宽、免维护等优点。在其额定电压范围内,可以被充电至任意电位,且可以完全放出,即使放到0电位，也不会对其寿命构成负面影响。

目前市面上常规格的直流稳压电源的输入电压范围较窄，很难满足超级电容额定电压范围内任意电压的都能工作的要求，在超级电容电压低于一定值时就会停止工作，不能将超级电容的能量尽量利用。一般的平均功率较小的直流稳压电源，大电流带负载能力差，很难满足电力操作机构很大的瞬间启动电流和较大的行程工作电流。且市面上的直流稳压电源不具备防卡功能。

鉴于上述缺陷，本实用新型创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本实用新型不间断直流稳压电力电源。

实用新型内容

为解决上述技术缺陷，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源，该电源包括：输入防反接电路、第一级同步降压稳压电路、第二级推挽升压稳压隔离电路、电压检测电路、电流检测电路、防卡延时电路、第一PWM控制器、第二PWM控制器、FB反馈控制；所述超级电容的两端串联输入防反接电路，所述防反接电路的输出端串联所述第一级同步降压稳压电路，所述第一级同步降压稳压电路的输出端串联所述第二级推挽升压稳压隔离电路，所述第二级推挽升压稳压隔离电路的输出端为电源的输出端；所述第一级同步降压稳压电路受所述第一PWM控制器控制；所述第二级推挽升压稳压隔离电路受所述第二PWM控制器控制；所述电压检测电路的输出端控制所述FB反馈控制；所述电流检测电路与所述防卡延时电路串联，所述防卡延时电路的输出端控制所述电压检测电路的输出端；所述FB反馈控制的输出端控制所述第二PWM控制器。

较佳的，所述第一PWM控制器型号为NCP1034D的控制器。

较佳的，所述第二PWM控制器型号为SG2525的控制器。

较佳的，所述输入防反接电路主要N沟道MOSFET及电阻组成。

较佳的，所述第一级同步降压稳压电路主要由2组N沟道MOSFET和电感器组成。

较佳的，所述电压检测电路为运放检测输入电压。

较佳的，所述电流检测电路为运放检测输入电流。

较佳的，所述防卡延时电路为运放作为延时电路。

与现有技术比较本实用新型的有益效果在于：1，本实用新型结构简单，实用性高，稳定性强。2，本实用新型的直流稳压电源操作电源能承受较宽的输入电压，可以将超级电容的能量尽量放出，提高能量利用率。3，本实用新型能够同时具有大电流带负载能力和防卡功能。4，本实用新型能够保证操作机构一旦工作就能够完成该次行程，防止操作机构因供电不足而半途停止工作，解决了机构卡住的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型的输入防反接电路A1与第一级同步降压稳压电路A2原理简图；

图3是本实用新型的第二级推挽升压稳压隔离电路A3原理简图；

图4是本实用新型的电压检测电路A4/电流检测电路A5/防卡延时电路A6原理简图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例

如图1所示，一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源，包括：输入防反接电路A1、第一级同步降压稳压电路A2、第二级推挽升压稳压隔离电路A3、电压检测电路A4、电流检测电路A5、防卡延时电路A6、第一PWM控制器、第二PWM控制器、FB反馈控制。防反接电路A1的输出端串联第一级同步降压稳压电路A2，第一级同步降压稳压电路A2的输出端串联第二级推挽升压稳压隔离电路A3；第一级同步降压稳压电路A2还并联一型号为NCP1034D第一PWM控制器，用于对第一级同步降压稳压电路A2的多种控制保护，包括可设置的欠压锁定和芯片电流限制。

第二级推挽升压稳压隔离电路A3并联一型号为SG2525第二PWM控制器，用于对第二级推挽升压稳压隔离电路A3的多种控制保护。第二PWM控制器与FB反馈控制并联，通过FB反馈信号来控制第二PWM控制器，如果输出不不正常，则调节第二PWM控制器占空比进行补偿。当FB反馈控制电压为0时，第二PWM控制器将停止工作，电源停止输出。

电压检测电路A4输出端与FB反馈控制串联。用于检测输入电压，以判断输入能量是否足够一次机构动作所需。如果不足，则通过控制FB让源停止输出。

电流检测电路A5与防卡延时电路A6串联，防卡延时电路A6的输出端控制电压检测电路A4输出端并联。当防卡延时电路A6动作时，在一定时间范围内，会将电压检测电路A4输出端短路，FB反馈控制在这个时间范围内不受电压检测电路A4输出端的控制，电源处于正常输出状态。

本实用新型不间断直流稳压电力电源，以额定电压为48V的超级电容作为储能单元，超级电容工作电压范围：0-63V。通过实际测试，在超级电容电压＜20V时，其所存储的能量有可能不足以完成一次行程动作。故实际工作电压范围：20-63V。

其中：额定输入电压：20-63V；额定输出电压：47.5V；额定输出功率：80W；短时输出功率：400W@≥15S(行程动作时间，可根据实际要求设定)；输入欠压保护：≤20V。

如图2所示，其中A1部分为输入防反接电路,主要由Q1N沟道MOSFET及电阻组成。当输入端的输入正负极性连接正确时，MOSFET的VGS为正电压，且大于MOSFET开启的门坎电压，所以能正常导通，此时为MOSFET的VDS短路，输入跟内部电路接通。当输入端输入的正负极性接反时，MOSFET的VGS为负电压，达不到MOSFET开启的门坎电压，所以MOSFET截止，此时为MOSFET的VDS断路，输入跟内部电路断开。此时，电源没有输出，但也不会损坏电源和输入部分。将输入极性正确连接即可恢复正常。

如图2所示，其中A2部分为第一级同步降压稳压电路，主要由2组N沟道MOSFET和电感器组成，该电路作用是将输入不稳定的电压(20-63V)转换为稳定的电压(13.5V)，为后级电路提供电源。

本实用新型选用型号为:NCP1034D的降压型控制器，此控制器具有高性能且带有同步整流器功能，工作效率高，输出电流大。芯片最高输入电压可达100V，在超级电容工作范围内能正常工作。其工作频率从25kHz到500kHz，可以以较小的尺寸，做到较大功率的输出。

如图3所示，第二级推挽升压稳压隔离电路A3，该电路作用是将第一级提供的电压(13.5V)转换为稳定的电压(47.5V)作为输出。同时将输入跟输出进行隔离。

本实用新型选用型号为:SG2525的PWM控制器，该PWM控制器性能优良、功能齐全和通用性强。主要有：1)欠压锁定功能(2)系统的故障关闭功能(3)软启动功能。

如图4所示，电压检测电路A4：采用运放检测输入电压，其中FB为反馈控制信号，当其为低电平时，电源将停止输出，因为超级电容的能量跟其电压成正比，当其所存储的能量有可能不足以完成一次操作机构的行程动作时。此时电源就关闭输出，防止机构卡住，有效提高操作机构的使用寿命。故，当输入电压≤20V时，进入欠压保护，关闭输出。

电流检测电路A5：采用运放检测输入电流，电源在平时的功率较少，对应的输入电流也小。根据设计电流检测点，在平时电路不动作，运放输出高电平，二极管D5因为反偏而截止，此时对后面A6部分无影响。当操作机构动作时，会产生较大的电流，检测到这个大电流时，运放反转，输出低电平，二极管D5因为正偏而导通，此时后面A6部分的电容C1两端电压通过D5快速泄放，强制A6进入延时阶段。

防卡延时电路A6：采用运放作为延时电路。延时阶段：运放B点电压固定，A点因为有电容C1的存在，刚开始为低电平即A＜B，运放输出低电平，二极管D6因为正偏而导通，此时相当于将欠压输出信号短路。A4对Q6的控制无效，电源正常工作。同时+12V电源通过R1对C1进行充电，随着充电时间的增加，电容C1两端的电压即A点电压慢慢上升，当一定时间后会令A＞B，此时运放反转，输出高电平，并保持稳态。二极管D6因为反偏而截止，此时对欠压输出信号无影响，FB受A4的控制，即电源受A4的控制。正常工作后，A6的这个稳态只有通过A5来触发A6重进入延时阶段。改变电阻R1、电容C1可以改变延时时间的长短。

本实用新型的工作过程：

1、当接上超级电容时，如果极性正确，输入防反接电路正常工作，超级电容接入电源内部。如果极性接反，则输入防反接电路停止工作，超级电容与电源内部断开。

2、正确接入超级电容后，输入欠压保护电路会实时检测超级电容的电压，当电压过低时，说明超级电容能量不足，会将输出关闭。当输入电压正常时，电源正常输出。

3、电流检测电路实时检测电流，正常时，操作机构不动作，电流比较小。此时防卡延时电路不会动作。如果超级电容的能量不是很足，在一段时间后，输入电压下降到欠压保护值，电源会马上关闭输出。

4、当操作机构动作时，会产生比较大的电流，此时防卡延时电路触发，在设定的时间内，强制输出。即使输入电压下降到欠压保护值，电源也不会马上关闭输出。等到达设定的延时时间后，欠压保护电路才能令电源关闭输出。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本实用新型权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源，其特征在于，该电源包括：输入防反接电路、第一级同步降压稳压电路、第二级推挽升压稳压隔离电路、电压检测电路、电流检测电路、防卡延时电路、第一PWM控制器、第二PWM控制器、FB反馈控制；所述超级电容的两端串联输入防反接电路，所述防反接电路的输出端串联所述第一级同步降压稳压电路，所述第一级同步降压稳压电路的输出端串联所述第二级推挽升压稳压隔离电路，所述第二级推挽升压稳压隔离电路的输出端为电源的输出端；所述第一级同步降压稳压电路受所述第一PWM控制器控制；所述第二级推挽升压稳压隔离电路受所述第二PWM控制器控制；所述电压检测电路的输出端控制所述FB反馈控制；所述电流检测电路与所述防卡延时电路串联，所述防卡延时电路的输出端控制所述电压检测电路的输出端；所述FB反馈控制的输出端控制所述第二PWM控制器。

2.如权利要求1所述的一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源，其特征在于，所述第一PWM控制器型号为NCP1034D的控制器。

3.如权利要求2所述的一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源，其特征在于，所述第二PWM控制器型号为SG2525的控制器。

4.如权利要求3所述的一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源，其特征在于，所述输入防反接电路主要由N沟道MOSFET及电阻组成。

5.如权利要求4所述的一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源，其特征在于，所述第一级同步降压稳压电路主要由2组N沟道MOSFET和电感器组成。

6.如权利要求5所述的一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源，其特征在于，所述电压检测电路为运放检测输入电压。

7.如权利要求6所述的一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源，其特征在于，所述电流检测电路为运放检测输入电流。

8.如权利要求7所述的一种以超级电容为储能单元的不间断直流稳压电力电源，其特征在于，所述防卡延时电路为运放作为延时电路。