CN216794653U

CN216794653U - 一种超级电容充电电路

Info

Publication number: CN216794653U
Application number: CN202122845675.4U
Authority: CN
Inventors: 颜晓刚; 韩玉涛; 贝伟仰
Original assignee: Xiamen Ruiwei Information Technology Co ltd
Current assignee: Xiamen Ruiwei Information Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2031-11-19

Abstract

一种超级电容充电电路，包括：降压电路、MCU电路、快速充电电路和电阻充电电路；所述降压电路与输入电压相连接以生成降压电压；所述MCU电路与所述快速充电电路相连接以在所述输入电压达到第一预设值或超级电容的电压未达到第二预设值时控制对所述超级电容充电；所述电阻充电电路与所述降压电路相连接以在输入电压未达到第一预设值或所述超级电容的电压达到第二预设值时对所述超级电容进行充电。本实用新型的充电电路包括电阻充电和快速充电两部分，实现了超级电容的高效、快速、稳定充电，避免了在整机设备运行时，由快速充电电路给超级电容进行大电流的放电补偿，保证了超级电容的使用寿命。

Description

一种超级电容充电电路

技术领域

本实用新型涉及超级电容技术领域，特别是一种超级电容充电电路。

背景技术

超级电容具有极其优良的充、放电性能，在额定电压范围内，可以以极快的速度充电，放电时则可以放出所存储的所有能量。当超级电容充电电压到达电容设计的上限时，控制电路需能够关断充电电路，停止充电，以免超级电容过充损坏，现在的超级电容充电方式基本都采用专用超级电容充电芯片，或采用带瞬时电流限流功能的电源转换芯片进行充电，或直接采用电阻充电。采用专用超级电容充电芯片或采用带瞬时电流限流功能的电源转换芯片进行充电存在如下缺点：专用超级电容充电芯片价格昂贵，电路复杂；带瞬时电流限流功能的电源转换芯片对于超级电容的自放电补偿控制不好，即使在输入供电稳定的情况下，也会因超级电容自放电而存在对超级电容的大电流充电现象，在高温下会影响超级电容使用寿命。电阻充电方式实现虽然简单，但不能实现对超级电容的快速充电。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提出一种超级电容充电电路，由电阻充电电路和快速充电电路交替给超级电容充电，既实现了超级电容的高效、快速、稳定充电，又避免了在整机设备运行时，由快速充电电路给超级电容进行大电流的放电补偿，保证了超级电容的使用寿命。

本实用新型采用如下技术方案：

一种超级电容充电电路，包括：降压电路、MCU电路、快速充电电路和电阻充电电路；所述降压电路与输入电压相连接以生成降压电压；所述MCU电路与所述快速充电电路相连接以在所述输入电压达到第一预设值或超级电容的电压未达到第二预设值时控制对所述超级电容充电；所述电阻充电电路与所述降压电路相连接以在输入电压未达到第一预设值或所述超级电容的电压达到第二预设值时对所述超级电容进行充电。

优选的，所述的超级电容充电电路，还包括：超级电容电压回馈电路；所述超级电容电压回馈电路与所述超级电容和负载电路分别相连接，以在所述超级电容的电压超过所述降压电压时由超级电容给所述负载电路供电。

优选的，所述超级电容电压回馈电路包括第一二极管；所述第一二极管的阴极与所述降压电压相连接；所述第一二极管的阳极与所述超级电容的正极相连接。

优选的，所述降压电路包括降压转换器；所述MCU电路包括MCU芯片。

优选的，所述快速充电电路包括恒流驱动芯片、电感和第四二极管；所述恒流驱动芯片的一输入端与所述输入电压相连接；所述恒流驱动芯片的使能端与所述MCU电路相连接，所述MCU电路根据采集到的输入电压和快速充电电路的电压向所述使能端输出高/低电平；所述恒流驱动芯片的一输出端通过一电感连接至所述超级电容；所述第四二极管的阴极与所述电感相连接；所述第四二极管的阳极接地。

优选的，所述快速充电电路还包括：第三二极管；所述第三二极管的阳极与所述输入电压相连接；所述第三二极管的阴极与所述恒流驱动芯片的所述输入端相连接。

优选的，所述快速充电电路还包括：串联的第三电阻和第六电阻；所述恒流驱动芯片的过压检测端与所述第三电阻的一端和所述第六电阻的一端分别相连接；所述第三电阻的另一端与所述超级电容的正极相连接；所述第六电阻的另一端接地。

优选的，所述快速充电电路还包括：串联的第五电阻和第十电阻；所述第五电阻的一端与所述恒流驱动芯片的限流端相连接；所述第五电阻的另一端与所述超级电容和第六电阻的一端分别相连接；所述第六电阻的另一端接地。

优选的，所述电阻充电电路包括第一电阻；所述第一电阻的一端与所述降压电压相连接；所述第一电阻的另一端与所述超级电容的正极相连接。

优选的，所述电阻充电电路还包括第二二极管；所述第二二极管的阳极与所述输入电压相连接；所述第二二极管的阴极与所述第一电阻的一端相连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的超级电容充电电路包括直流电阻充电和快速充电两部分，主要的充电动作由MCU电路可控的快速充电电路完成，当输入电压未达到第一预设值时控制快速充电电路不启动，通过直流电阻给超级电容充电；此外，在快速充电结束后通过直流电阻进行超级电容的自放电补偿，此时电流很小，所以电阻上消耗的功耗极低，低于快速充电电路工作时的自身功耗，实现了超级电容的高效、快速、稳定充电，避免了在整机设备运行时，由快速充电电路给超级电容进行大电流的放电补偿，保证了超级电容的使用寿命。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本实用新型的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下列举本实用新型的具体实施方式。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构框图；

图2为本实用新型实施例的部分电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步的详细描述。

参见图1和图2所示，本实施例一种超级电容充电电路，包括：降压电路10、MCU电路20、快速充电电路30和电阻充电电路40；所述降压电路10与输入电压VIN相连接以生成降压电压Vm；所述MCU电路20与所述快速充电电路30相连接以在所述输入电压VIN达到第一预设值或超级电容50的电压未达到第二预设值Vf时控制对所述超级电容50充电；所述电阻充电电路40与所述降压电路10相连接以在输入电压VIN未达到第一预设值或所述超级电容50的电压达到第二预设值Vf时对所述超级电容50进行充电。

本实施例中，所述的超级电容50包括串联的5个，分别为第一超级电容SC1、第二超级电容SC2、第三超级电容SC3、第四超级电容SC4和第五超级电容SC5，每个所述超级电容50并联有一电阻(分别为R2、R4、R7、R8和R9)，所述电阻R2、R4、R7、R8和R9为超级电容50的充放电均衡电阻。

本实施例中，所述超级电容充电电路，还包括电容电压检测电路60和输入电压检测电路70；所述电容电压检测电路60与所述MCU电路20相连接将采集到的超级电容50的电压发送给所述MCU电路20；所述输入电压检测电路70与所述MCU电路20相连接以将采集到的输入电压VIN的值发送给所述MCU电路20。具体的，所述电容电压检测电路60和输入电压检测电路70可通过采样电阻实现，其实现方式为现有的实现方式，本实施例不做具体说明，图2中也未体现。

进一步的，所述的超级电容充电电路，还包括：超级电容电压回馈电路90；所述超级电容电压回馈电路90与所述超级电容50和负载电路80分别相连接，以在所述超级电容50的电压超过所述降压电压Vm时由超级电容50给所述负载电路80供电。

具体的，当输入电压VIN降低导致降压电压Vm降低至低于超级电容50的电压时，超级电容50通过电压回馈电路给负载供电(同步供给MCU电流维持其工作，图中未体现)，同时MCU电路20使能快速充电电路30，以便输入电压VIN恢复时快速给超级电容50充电。

具体的，所述超级电容电压回馈电路90包括第一二极管D1；所述第一二极管D1的阴极与所述降压电压Vm相连接；所述第一二极管D1的阳极与所述超级电容50的正极相连接。

本实施例中，所述降压电路10包括降压转换器；所述MCU电路20包括MCU芯片U2。所述MCU芯片U2可以为微控制器，如GD32F103VCT6等。

本实施例中，所述快速充电电路30包括恒流驱动芯片U1、电感L1和第四二极管D4；所述恒流驱动芯片U1的一输入端VDD与所述输入电压VIN相连接；所述恒流驱动芯片U1的使能端EN与所述MCU电路20相连接，所述MCU电路20根据采集到的输入电压VIN和快速充电电路30的电压向所述使能端EN输出高/低电平；所述恒流驱动芯片U1的一输出端SW通过一电感L1连接至所述超级电容50；所述第四二极管D4的阴极与所述电感L1相连接；所述第四二极管D4的阳极接地。

具体的，所述MCU芯片U2根据采集到的输入电压VIN和快速充电电路30的电压向所述使能端输出高/低电平，即输入电压VIN未达到第一预设值或所述超级电容50的电压达到第二预设值Vf时控制输出低电平，输入电压VIN达到第一预设值或超级电容50的电压未达到第二预设值Vf时控制输出高电平。具体实现时还可以是输入电压VIN达到第一预设值并持续预设时间(即输入电压VIN稳定后)才控制输出高电平。所述第二预设值Vf小于降压电压Vm。

所述恒流驱动芯片U1是降压型恒流驱动芯片U1，开关闭合的时候，第四二极管D4承受负压关断，电感L1充电，电流正向流动，电流值呈现指数上升趋势。开关断开的时候，第四二极管D4起续流作用，电感L1开始放电，电流逐渐下降，通过第四二极管D4回到电感L1的另外一端，短暂供电。这样电压就能降低。实际使用的时候，开关是通过所述恒流驱动芯片U1内部MOSFE实现的。

本实施例中，所述快速充电电路30还包括：第三二极管D3；所述第三二极管D3的阳极与所述输入电压VIN相连接；所述第三二极管D3的阴极与所述恒流驱动芯片U1的所述输入端VDD相连接。所述第三二极管D3为防反接二极管。

所述快速充电电路30还包括：串联的第三电阻R3和第六电阻R6；所述恒流驱动芯片U1的过压检测端OVP与所述第三电阻R3的一端和所述第六电阻R6的一端分别相连接；所述第三电阻R3的另一端与所述超级电容50的正极相连接；所述第六电阻R6的另一端接地。所述第三电阻R3和第六电阻R6为过压反馈电阻。

所述快速充电电路30还包括：串联的第五电阻R5和第十电阻R10；所述第五电阻R5的一端与所述恒流驱动芯片U1的限流端FB相连接；所述第五电阻R5的另一端与所述超级电容50和第六电阻R6的一端分别相连接；所述第六电阻R6的另一端接地。所述第五电阻R5为限流电阻，所述第十电阻R10为设定恒流的电阻，具体的恒流可以设定为第二预设值与第十电阻R10的商。

本实施例中，所述电阻充电电路40包括第一电阻R1；所述第一电阻R1的一端与所述降压电压Vm相连接；所述第一电阻R1的另一端与所述超级电容50的正极相连接。

所述电阻充电电路40还包括第二二极管D2；所述第二二极管D2的阳极与所述输入电压VIN相连接；所述第二二极管D2的阴极与所述第一电阻R1的一端相连接。所述第二二极管D2为防反接二极管。

本实用新型一种超级电容充电电路，所述降压电路10把输入的高电压VIN转为降压电压Vm；降压电压Vm通过电阻充电电路40给超级电容50充电；快速充电电路30是基于PWM方式的恒流转换电路，可以设定一定的电压限值，为安全起见，快速充电电路30的输出电压限值(第二预设值Vf)小于降压电压Vm；快速充电电路30由MCU电路20进行控制，MCU电路20检测输入电压VIN，当输入电压VIN上电并大于一定值时及持续一段时间后后，MCU电路20使能快速充电电路30，快速给超级电容50充电，MCU电路20同步检测超级电容50的电压，当超级电容50的电压维持在第二预设值Vf一定时间后，MCU电路20关断快速充电电路30，继续由电阻充电电路40完成超级电容50的最终充电并补偿超级电容50完成充电后的自放电；当输入电压VIN降低导致降压电压Vm降低时，超级电容50通过电压回馈电路给负载供电(同步供给MCU芯片U2维持其工作)，同时MCU电路20使能快速充电电路30，以便输入电压VIN恢复时快速给超级电容50充电。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims

1.一种超级电容充电电路，其特征在于，包括：降压电路、MCU电路、快速充电电路和电阻充电电路；所述降压电路与输入电压相连接以生成降压电压；所述MCU电路与所述快速充电电路相连接以在所述输入电压达到第一预设值或超级电容的电压未达到第二预设值时控制对所述超级电容充电；所述电阻充电电路与所述降压电路相连接以在输入电压未达到第一预设值或所述超级电容的电压达到第二预设值时对所述超级电容进行充电。

2.根据权利要求1所述的超级电容充电电路，其特征在于，还包括：超级电容电压回馈电路；所述超级电容电压回馈电路与所述超级电容和负载电路分别相连接，以在所述超级电容的电压超过所述降压电压时由超级电容给所述负载电路供电。

3.根据权利要求2所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述超级电容电压回馈电路包括第一二极管；所述第一二极管的阴极与所述降压电压相连接；所述第一二极管的阳极与所述超级电容的正极相连接。

4.根据权利要求1所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述降压电路包括降压转换器；所述MCU电路包括MCU芯片。

5.根据权利要求1所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述快速充电电路包括恒流驱动芯片、电感和第四二极管；所述恒流驱动芯片的一输入端与所述输入电压相连接；所述恒流驱动芯片的使能端与所述MCU电路相连接，所述MCU电路根据采集到的输入电压和快速充电电路的电压向所述使能端输出高/低电平；所述恒流驱动芯片的一输出端通过一电感连接至所述超级电容；所述第四二极管的阴极与所述电感相连接；所述第四二极管的阳极接地。

6.根据权利要求5所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述快速充电电路还包括：第三二极管；所述第三二极管的阳极与所述输入电压相连接；所述第三二极管的阴极与所述恒流驱动芯片的所述输入端相连接。

7.根据权利要求5所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述快速充电电路还包括：串联的第三电阻和第六电阻；所述恒流驱动芯片的过压检测端与所述第三电阻的一端和所述第六电阻的一端分别相连接；所述第三电阻的另一端与所述超级电容的正极相连接；所述第六电阻的另一端接地。

8.根据权利要求5所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述快速充电电路还包括：串联的第五电阻和第十电阻；所述第五电阻的一端与所述恒流驱动芯片的限流端相连接；所述第五电阻的另一端与所述超级电容和第六电阻的一端分别相连接；所述第六电阻的另一端接地。

9.根据权利要求1所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述电阻充电电路包括第一电阻；所述第一电阻的一端与所述降压电压相连接；所述第一电阻的另一端与所述超级电容的正极相连接。

10.根据权利要求9所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述电阻充电电路还包括第二二极管；所述第二二极管的阳极与所述输入电压相连接；所述第二二极管的阴极与所述第一电阻的一端相连接。