CN216599111U - 一种基于超级电容的升压型后备电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于超级电容的升压型后备电源系统，包括供电电路、电容充电电路、超级电容模组、供电切换电路、升压电路，在系统正常供电时，供电切换电路打开第一路通道，关闭第二路通道，由供电电源直接向系统负载供电，同时电容充电电路对超级电容模组充电，当超级电容模组被充电到额定值后，关闭充电，超级电容模组不参与向负载供电。当系统掉电或处于欠压状态时，供电切换电路打开第二路通道、关闭第一路通道，超级电容模组通过第二路通道对系统负载直接供电，当超级电容放电电压低于设定的阈值时，供电切换电路第二路通道关闭并由升压电路对系统负载供电。延长了供电时间，保证了数据存储和保护操作，减少维护成本，提高设备可靠性。

Description

一种基于超级电容的升压型后备电源

技术领域

本实用新型涉及后备电源，尤其是涉及一种基于超级电容的升压型后备电源。

背景技术

在现代的电子系统中数据的保存尤为重要，尤其在工业应用及通信系统中，但在设备运行过程中，出现电源故障或非正常掉电时，会威胁到临时存储在易失性存储器之中的数据，为保护数据的完整性，需在设备中加入后备电源，使其内部重要单元或关键部件进行状态记录和必要的系统配置。

超级电容器是介于化学电池与普通电容器两者之间的一种新型储能元件，由于它具备超大电容量、控制简单、无污染、功率密度大、比充电电池能量高，且可进行高效率快速充放电，并可长期浮充，比充电电池充电寿命长，使用温度范围宽等诸多优点，可解决在传统采用蓄电池作为后备电源系统中存在的掉电保护时间过短、充电电流过大、使用寿命短、使用温度范围窄，维护成本高且需定期更换，并对环境仍有一定的污染等问题。超级电容器所具备的上述优点，使其越来越受到重视，成为替代蓄电池成为后备电源储能元件的一个不错的选择。

发明内容

鉴于克服传统采用蓄电池作为后备电源系统的缺点，本实用新型提供一种基于超级电容的升压型后备电源,采用超级电容作为后备电源储能元件，能在输入电压直接为系统负载供电的同时，快速对超级电容满电，当输入电压不满足要求时，超级电容会立即为系统负载供电，当电容电压放电低于设定阈值时，升压电路开始为系统负载供电，维持电压恒定直至能量耗尽，大大延长了系统掉电期间数据的可保存时间，提高了系统的可靠性。具体技术方案是：一种基于超级电容的升压型后备电源系统，包括供电电路、电容充电电路、超级电容模组、供电切换电路、升压电路，其特征在于：所述电容充电电路、超级电容模组、升压电路单向串接相连，供电电路分别与电容充电电路、供电切换电路第一通道相连；超级电容模组与供电切换电路第二通道单向相连，供电切换电路的第一通道、第二通道、升压电路分别与系统负载单向相连。

所述的电容充电电路采用型号为LTC4425IMSE电容充电管理芯片，电路连接为电阻R3一端与电阻R6一端并联、并连接LTC4425IMSE电容充电管理芯片的11端、12端及电容C10一端，电容C10另一端接地，电阻R3另一端分别连接LTC4425IMSE电容充电管理芯片的9端及电阻R4一端，电阻R4另一端连接LTC4425IMSE电容充电管理芯片的7端, 电阻R6一端连接LTC4425IMSE电容充电管理芯片的4端、6端,另一端分别连接LTC4425IMSE电容充电管理芯片的5端、电阻R10一端，电阻R10另一端连接LTC4425IMSE电容充电管理芯片的13端并接地，LTC4425IMSE电容充电管理芯片的1、2端并接后接供电切换电路+Vout端、10端接供电切换电路+Vmid端。

所述的供电切换电路采用型号为LTC4416IMS切换电路芯片和两个P型场效应管。

所述的超级电容模组为六个超级电容，型号为MAL222591004E3，电路连接为，电容C11、电容C12、电容C13并联为第一组，电容C16、电容C17、电容C18并联为第二组然后两组串联，电容充电电路的LTC4425IMSE芯片Vout引脚连接第一组电容的正极、Vmid引脚连接第一组电容的负极和第二组电容的正极，第二组电容的负极接地，LTC4425IMSE芯片内部的超级电容充电均衡电路通过Vmid引脚连接至两组超级电容的中间。

所述的升压电路采用LT3759IMSE升压芯片、N型场效应管和电感以及其他外部器件形成升压电路，在超级电容模组放电电压低于至设定阈值时，LT3759IMSE通过内部的升压控制器控制N型场效应管和电感以及其他外部器件形成的升压电路给系统负载供电，实现超级电容作为储能核心后备电源。

采用一体化整体设计。

与传统技术相比，具有以下有益效果，能在5V充电电压下快速充满电，可实现输入电压直接为后级供电，满足了设备对后备电源的功能要求，当输入电压不满足要求时，超级电容会立即为后级电路供电，当电容电压降低时升压电路开始为后级系统负载供电，维持电压恒定直至能量耗尽，大大延长了系统掉电期间数据的可保存时间，由于超级电容不需要维护且使用温度范围广，又减少了对设备的维护成本，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的电容充电控制电路原理图；

图3为本实用新型的超级电容模组原理图；

图4为本实用新型的供电切换电路原理图；

图5为本实用新型的升压电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种基于超级电容的升压型后备电源，包括供电电路、电容充电电路、超级电容模组、供电切换电路、升压电路，供电电路与电容充电电路、供电切换电路相连，电容充电电路的输出与超级电容模组相连，超级电容模组与供电切换电路、升压电路相连，供电切换电路与供电电路、超级电容模组和系统负载相连，升压电路与负载相连，在系统正常供电时供电切换电路打开第一路通道，关闭第二路通道，由供电电源直接向负载供电，同时电容充电电路开始对超级电容模组充电，当超级电容模组被充电到额定值后，由电容充电电路关闭其与供电的通道，作为后备电源不参与系统的正常工作状态下的供电，当系统掉电或处于欠压状态时，供电切换电路动作打开第二路通道，同时关闭第一路通道，由超级电容模组通过供电切换电路的第二路通道对系统负载直接供电，当超级电容放电电压低于设定的阈值时，供电切换电路第二路通道关闭并开始由升压电路对负载供电完成相应的数据存储和保护操作，后备电源系统采用一体化计，不仅满足了设备对后备电源的稳定供电的要求，同时由于超级电容不需要维护且使用温度范围广，减少了使用人员对设备的维护成本，提高了设备可靠性。

如图2所示，电容充电电路采用型号为LTC4425IMSE电容充电管理芯片，LTC4425IMSE电容充电管理芯片专为从一个2.7V至5.5V电源对一个两节超级电容模组进行充电而设计，LTC4425IMSE能够以一个恒定充电电流将输出电容充电至一个外部设置的输出电压，其内部有源平衡电路负责使每个超级电容两端的电压保持相等，并将每个电容两端的峰值电压箝位至一个可通过引脚来选择的最大值。

如图3所示，超级电容模组为型号MAL222591004E3的六个超级电容，连接关系为，每三个电容并联为一组共两组，然后第一组与第二组电容串联，LTC4425IMSE通过Vout引脚连接第一组电容的正极、通过Vmid引脚连接第一组电容的负极和第二组电容的正极，第二组电容的负极接地，LTC4425IMSE芯片内部的超级电容充电均衡电路通过Vmid引脚连接至两组超级电容的中间。

如图4所示，供电切换电路利用P型场效应管开关特性，当正常供电时供电切换电路打开供电路与系统负载之间的第一通道，关闭超级电容模组与第二通道，使其作为后备电源不参与正常工作状态下的向系统负载供电。当掉电或处于欠压状态时，供电切换电路打开第二路通道，同时关闭第一路通道，由超级电容模组通过供电切换电路的第二路通道对系统负载直接供电。

如图5所示，升压电路采用LT3759IMSE升压芯片，在超级电容放电电压低于至设定阈值时，LT3759IMSE通过内部的升压控制器控制N型场效应管和电感以及其他外部器件形成的升压电路给系统负载供电，三级连续供电实现超级电容作为储能核心后备电源，使系统完成相应的数据存储和保护操作。

本实用新型的工作原理为，后备电源是基于超级电容的储能原理所设计的。在系统正常供电时供电切换电路打开第一路通道，关闭第二路通道，由供电电源直接向系统负载供电，同时电容充电控制电路开始对超级电容模组充电，当超级电容模组被充电到额定值后，由电容充电控制电路关闭与5V供电的通道，作为后备电源不参与系统的正常工作状态下的供电。当系统掉电或处于欠压状态时，供电切换电路动作打开第二路通道，同时关闭第一路通道，由超级电容模组通过供电切换电路的第二路通道对系统负载直接供电，超级电容放电电压低于设定的阈值时，供电切换电路第二路通道关闭并开始由升压电路对系统负载供电，三级连续供电保证了相应的数据存储和保护操作的完成。

Claims (6)

1.一种基于超级电容的升压型后备电源，包括供电电路、电容充电电路、超级电容模组、供电切换电路、升压电路，其特征在于：所述电容充电电路、超级电容模组、升压电路单向串接相连，供电电路分别与电容充电电路、供电切换电路第一通道相连；超级电容模组与供电切换电路第二通道单向相连，供电切换电路的第一通道、第二通道、升压电路分别与系统负载单向相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的升压型后备电源，其特征在于：所述的电容充电电路采用型号为LTC4425IMSE电容充电管理芯片，电路连接为电阻R3一端与电阻R6一端并联、并连接LTC4425IMSE电容充电管理芯片的11端、12端及电容C10一端，电容C10另一端接地，电阻R3另一端分别连接LTC4425IMSE电容充电管理芯片的9端及电阻R4一端，电阻R4另一端连接LTC4425IMSE电容充电管理芯片的7端, 电阻R6一端连接LTC4425IMSE电容充电管理芯片的4端、6端,另一端分别连接LTC4425IMSE电容充电管理芯片的5端、电阻R10一端，电阻R10另一端连接LTC4425IMSE电容充电管理芯片的13端并接地，LTC4425IMSE电容充电管理芯片的1、2端并接后接供电切换电路+Vout端、10端接供电切换电路+Vmid端。

3.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的升压型后备电源，其特征在于：所述的供电切换电路采用型号为LTC4416IMS切换电路芯片和两个P型场效应管。

4.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的升压型后备电源，其特征在于：所述的超级电容模组为六个超级电容，型号为MAL222591004E3，电路连接为，电容C11、电容C12、电容C13并联为第一组，电容C16、电容C17、电容C18并联为第二组然后两组串联，电容充电电路的LTC4425IMSE芯片Vout引脚连接第一组电容的正极、Vmid引脚连接第一组电容的负极和第二组电容的正极，第二组电容的负极接地，LTC4425IMSE芯片内部的超级电容充电均衡电路通过Vmid引脚连接至两组超级电容的中间。

5.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的升压型后备电源，其特征在于，所述的升压电路采用LT3759IMSE升压芯片、N型场效应管和电感以及其他外部器件形成升压电路，在超级电容模组放电电压低于至设定阈值时，LT3759IMSE通过内部的升压控制器控制N型场效应管和电感以及其他外部器件形成的升压电路给系统负载供电，实现超级电容作为储能核心后备电源。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种基于超级电容的升压型后备电源，其特征在于：采用一体化整体设计。

Images