CN213243567U - 一种应用于电力行业产品的恒流限压的超级电容充电电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于电力行业产品的恒流限压的超级电容充电电路。包括电压转换模块、恒流控制模块、输出电压采样模块、输出电压反馈模块和超级电容模块；电路利用电压转换电路连接恒流控制电路，恒流控制电路通过三极管基、源极电压和限流电阻设定恒定输出电流给超级电容恒流充电，利用三极管电流扩大效应参与反馈，实时调整输出状态，并限制输出电压不高于设定电压，保护超级电容。本实用新型电路结构实现简单，可代替昂贵的恒流芯片，同时可在降压、升压、交流转直流等各种方案中搭配使用，设计合理，可靠安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及超级电容领域，特别涉及一种应用于电力行业产品的恒流限压的超级电容充电电路。
背景技术
超级电容是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，超级电容具有功率密度高、充放电速度快、大电流放电能力强、能量转换效率高、循环寿命长、工作温度范围宽等显著的优点，广泛用作微机备用电源、太阳能充电器、报警装置、家用电器、照相机闪光灯和飞机点火装置等，尤其是在电动汽车领域中的开发应用已引起广泛关注。随着超级电容的发展和应用，超级电容充电技术也应运而生。
传统超级电容充电方式有两种，一种为恒流充电方式，恒流充电在充电过程中，全程采用恒定不变的电流进行充电，在充电后期，若充电电流仍然不变，会使超级电容电极电压超过额定电压，损坏超级电容；第二种为恒压充电方式，恒压充电在充电过程中，全程采用恒定不变的电压进行充电，充电电流的大小随着电池状态的变化自动调整，由于电压不变，在充电前期，极易产生充电电流超出超级电容电极所允许最大电流的情况发生，损坏超级电容。
传统的恒流限压超级电容充电方案需采用专用恒定电流的电压变换器(DC-DC)芯片，该芯片将DC-DC及恒流控制器集成在同一封装内，集成化程度高，但价格较昂贵。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种应用于电力行业产品的恒流限压的超级电容充电电路。
本实用新型所采用的技术方案是：提供一种应用于电力行业产品的恒流限压的超级电容充电电路，包括电压转换模块、恒流控制模块、输出电压采样模块、输出电压反馈模块和超级电容模块；
其中，电压转换模块一端外接电源输入电压并将输入电压转换为输出电压，另一端连接恒流控制模块，恒流控制模块连接电压转换模块输出端，用于控制恒定的电流值给超级电容充电，输出电压采样模块用于采样超级电容电压，连接超级电容模块正极，超级电容模块连接于恒流控制模块的输出端，用于接收充电的超级电容，输出电压反馈模块将输出电压采样模块的数据反馈给电压转换模块。
恒流控制模块包括电阻R1、R2，PNP型三极管VT1，二极管VD2，输出电压采样模块包括电阻R3、R4。
优选地，电压转换模块可以是升压电路、降压电路、升降压电路或交直流转换电路等任何形式的电压转换电路。
优选地，输出电压反馈模块用于将输出电压反馈于前端电压转换模块，连接电阻R3和R4，反馈输出电压至电压转换模块的FB引脚，调整输出状态，如所述电压转换模块为直流转直流电路，输出电压反馈模块可以直接连接电压转换模块的FB引脚，实现反馈；如所述电压转换模块为交流转直流电路，电压输出电压反馈模块可以使用TL431与光电耦合器，由二次侧反馈至一次侧电压转换模块的FB引脚，实现反馈。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过前期恒流后期限压的超级电容充电方式，既可以保证充电前期超级电容的快速充电，又能在充电后期限制住充电电压，防止超级电容过压损坏。
附图说明
为方便理解本实用新型是如何实施以及和常规方案的不同之处，现结合附图对实施的技术方案做简单的介绍，其中附图仅仅画出了本实用新型的实施例，还可以通过该附图延伸出其他附图。
图1为本实用新型的电路结构框图；
图2为本实用新型当所述电压转换模块为降压模块时的应用电路；
图3为本实用新型当所述电压转换模块为升压模块时的应用电路；
图4为本实用新型当所述电压转换模块为交流转直流模块时的应用电路。
具体实施方式
下面结合附图对实施的技术方案作进一步的说明，其中附图仅仅画出了本实用新型的实施例，主要是针对本实用新型的优势做具体阐述：
如附图1所示，为本实用新型的电路结构框图，输入电压经电压转换模块转换为输出电压，输出电压经恒流控制模块实现恒流给超级电容模块充电，输出电压采样模块采样超级电容电压，恒流控制模块实现恒流的同时还输出电流至输出电压反馈模块实时参与反馈，电压转换模块接受输出电压反馈模块的反馈信号，调整输出电流及输出电压。
如附图2所示,当所述电压转换模块为降压模块时，电压转化模块由降压芯片N1、第一电容C1、第一电感L1、第一二极管VD1和第二电容C2组成，恒流控制模块由第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管VT1和第二二极管VD2组成，反馈输出电压采样模块由第三电阻R3和第四电阻R4组成。
当所述电压转换模块为降压模块时，输入电压经降压电路降压。输出电流I,电流I分为两部分I1与I2,I1流入R1,I2流入VT1的源极,当VT1工作时，VT1基极与源极电压固定为Veb，流过R2电流为I3，由于VT1基极电流极小，因此I3可忽略不计，R2上电压忽略不计，因R1与Veb并联，因此电流I1恒定，电流值为I1＝Veb/R1,通过调节R1电阻即可设置恒流充电电流值，同时VT1集电极电流Ie流入输出电压采样模块的电阻R4，参与反馈，当超级电容刚开始充电时，超级电容两端电压较低，电压转换模块输出电流较大，Ie增大，R4两端电阻Vr4增加，反馈至降压芯片FB端，降压芯片减小PWM占空比调整输出电压，随着超级电容持续充电，超级电容两端电压升高，Ie逐渐减小，当超级电容两端电压与设定值相近时，VT1基极与源极电压小于开启电压，VT1不工作，最终超级电容充电至预先设置的电压值后不再升高，实现恒流限压充电。
如附图3所示，当所述电压转换模块为升压模块时，电压转化模块由升压芯片N1、第一电感L1、第一二极管VD1和第二电容C2组成，恒流控制模块由第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管VT1和第二二极管VD2组成，反馈输出电压采样模块由第三电阻R3和第四电阻R4组成。
当所述电压转换模块为升压模块时，输入电压经升压电路升压。输出电流I，恒流控制模块与以上降压模块所述恒流控制模块工作方式相同，R1、R2、VT1完成恒流，同时三极管VT1集电极电流Ie流入输出电压采样模块中电阻R4，实时参与反馈，升压芯片接受反馈信号，通过调节PWM占空比调整输出电压与电流，直至超级电容升压至预先设置电压值后不再升高，实现恒流限压充电。
如附图4所示，当所述电压转换模块为交流转直流模块时，电压转化模块由反激芯片N1、变压器T1、第一MOS管V1、第一电容C1、限流电阻R11、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第一二极管VD1组成，恒流控制模块由第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管VT1和第二二极管VD2组成，输出电压采样模块由第三电阻R3和第四电阻R4组成，输出电压反馈模块由光电耦合器N2、TL431 VZ1、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第二电容C2组成。
当所述电压转换模块为交流转直流模块时，输入交流电压经电压转换模块转换为直流。输出电流I，恒流控制模块与以上降压模块所述恒流控制模块工作方式相同，R1、R2、VT1完成恒流，同时三极管VT1集电极电流Ie流入输出电压采样模块中电阻R4，参与反馈,TL431 VZ1作为基准电路，经光电耦合器将反馈信号反馈至初级侧反激芯片N1的FB端，反激芯片通过调节PWM占空比调整输出电压与电流，直至超级电容升压至预先设置电压值后不再升高，实现恒流限压充电。
本实用新型中交流转直流模块不限于反激方案，可以使用正激方案、半桥方案、全桥方案、推挽方案等，均属于本实用新型专利保护范围内。
本实用新型电路结构实现简单，通过R1、R2、VT1即可实现恒流，代替了昂贵的恒流芯片，同时可在降压、升压、交流转直流等各种方案中搭配使用，设计合理，可靠安全，此外，本实用新型同样适用于锂电池，只需将本实用新型中超级电容组更换为锂电池组即可。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种应用于电力行业产品的恒流限压的超级电容充电电路，其特征在于，包括电压转换模块、恒流控制模块、输出电压采样模块、输出电压反馈模块和超级电容模块；
其中，电压转换模块一端外接电源输入电压并将输入电压转换为输出电压，另一端连接恒流控制模块，恒流控制模块连接电压转换模块输出端，用于控制恒定的电流值给超级电容充电，输出电压采样模块用于采样超级电容电压，连接超级电容模块正极，超级电容模块连接于恒流控制模块的输出端，用于连接充电电流，输出电压反馈模块将输出电压采样模块的数据反馈给电压转换模块；
恒流控制模块包括电阻R1、R2，PNP型三极管VT1，二极管VD2，输出电压采样模块包括电阻R3、R4。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电力行业产品的恒流限压的超级电容充电电路，其特征在于，所述电压转换模块包含升压电路、降压电路、升降压电路或交直流转换电路。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电力行业产品的恒流限压的超级电容充电电路，其特征在于，所述输出电压反馈模块用于将输出电压反馈于前端电压转换模块，连接电阻R3和R4，反馈输出电压至电压转换模块的FB引脚，调整输出状态，当所述电压转换模块为直流转直流电路，输出电压反馈模块直接连接电压转换模块的FB引脚时，能够实现反馈；当所述电压转换模块为交流转直流电路，电压反馈模块使用TL431与光电耦合器，由二次侧反馈至一次侧电压转换模块的FB引脚，实现反馈。
4.根据权利要求1所述的一种应用于电力行业产品的恒流限压的超级电容充电电路，其特征在于，所述超级电容模块包括超级电容或锂电池。
Priority Applications (1)
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| CN202020661279.9U CN213243567U (zh) | 2020-04-26 | 2020-04-26 | 一种应用于电力行业产品的恒流限压的超级电容充电电路 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN213243567U true CN213243567U (zh) | 2021-05-18 |
Family
ID=75866996
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| CN202020661279.9U Active CN213243567U (zh) | 2020-04-26 | 2020-04-26 | 一种应用于电力行业产品的恒流限压的超级电容充电电路 |
Country Status (1)
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2020
- 2020-04-26 CN CN202020661279.9U patent/CN213243567U/zh active Active
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