CN220934874U - 一种超级电容充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超级电容充电电路，该超级电容充电电路包括电源模块、控制模块、恒流充电模块、恒压充电模块、第一比较模块和超级电容组。恒流充电模块用于根据工作电压对超级电容组进行恒流充电模式充电，恒压充电模块用于根据工作电压对超级电容组进行恒压充电模式充电。第一比较模块用于根据超级电容组的电压值选择性地控制恒流充电模块或恒压充电模块中的其中一者导通工作，如此，通过第一比较模块实现恒流充电模式和恒压充电模式的自动切换，可以快速、安全有效的给超级电容组进行高效率的充电，且由于不需要通过控制模块进行控制，通用性较强，性价比较高。

Description

一种超级电容充电电路

技术领域

本实用新型涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种超级电容充电电路。

背景技术

超级电容作为新型储能器件，介于电池与电容之间，其既具有电容器快速充放电的特性，又具备电池的储能特性。超级电容器的电容量达到法拉级别，是传统电容器的数百甚至上百万倍；同时超级电容器继承了传统电容器高功率密度、充放电时间短、宽温度范围、寿命长等优点，可反复循环使用，与其他储能技术相比效率更高、更环保，符合新能源的发展趋势。超级电容可以用来做系统的备用电源、能量回收等。

现在的超级电容充电方案比较多，如有线性充电电路，但效率不高；或者用专门的电池充电管理芯片，但不够灵活和多变；或者采用DC-DC方案的大功率超级电容充电，但大功率超容充电一般电路都比较复杂，成本高，对于那些几百法拉以内低储能容量的超级电容来说，显然不划算，性价比不高。

实用新型内容

本实用新型提供一种超级电容充电电路，实现快速、安全有效的给超级电容组进行高效率的充电，且由于不需要通过控制模块进行控制，通用性较强，性价比较高。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种超级电容充电电路，包括

电源模块、控制模块、恒流充电模块、恒压充电模块、第一比较模块和超级电容组；

所述电源模块用于产生供电电压；

所述控制模块用于根据所述供电电压生成工作电压；

所述恒流充电模块用于根据所述工作电压对所述超级电容组进行恒流充电模式充电；

所述恒压充电模块用于根据所述工作电压对所述超级电容组进行恒压充电模式充电；

所述第一比较模块用于根据所述超级电容组的电压值选择性地控制所述恒流充电模块或所述恒压充电模块中的其中一者导通工作。

进一步的，所述超级电容充电电路还包括第一晶体管模块和第二晶体管模块，所述第一晶体管模块连接在所述控制模块和所述恒流充电模块之间，所述第二晶体管模块连接在所述控制模块和所述恒压充电模块之间，所述第一比较模块用于在超级电容组的电压值大于第一阈值时通过所述第一晶体管模块控制所述恒流充电模块导通工作，并通过第二晶体管模块控制所述恒压充电模块停止工作，在超级电容组的电压值小于或者等于所述第一阈值时通过所述第二晶体管模块控制所述恒压充电模块导通工作，并通过所述第一晶体管模块控制所述恒流充电模块停止工作。

进一步的，所述第一晶体管模块包括第一三极管、第一晶体管和第二晶体管；所述第一比较模块的输出端与所述第一三极管的基极电连接，所述第一三极管的集电极分别与所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极电连接，所述第一三极管的发射极与第一接地端电连接，所述第一晶体管的漏极与所述控制模块的输出端电连接，所述第一晶体管的源极与所述第二晶体管的源极电连接，所述第二晶体管的漏极与所述恒流充电模块电连接。

进一步的，所述第二晶体管模块包括第二三极管、第三三极管、第三晶体管和第四晶体管；所述第一比较模块的输出端与第二三极管的基极电连接，所述第二三极管的发射极与第一接地端电连接，所述第二三极管的集电极分别与所述第三晶体管的漏极以及所述第三三极管的基极电连接，所述第三三极管的发射极与第一接地端电连接，所述第三三极管的集电极分别与所述第三晶体管的栅极和所述第四晶体管的栅极电连接，所述第三晶体管的漏极与所述控制模块的输出端连接，所述第三晶体管的源极与所述第四晶体管的源极电连接，所述第四晶体管的漏极与所述恒压充电模块电连接。

进一步的，所述超级电容充电电路还包括模拟开关模块；

所述恒流充电模块包括电流传感器和电流反馈信号产生电路，所述电流反馈信号产生电路位于所述电流传感器的输出端，且所述电流反馈信号产生电路与所述模拟开关模块的第一开关端电连接，所述电流反馈信号产生电路用于在所述模拟开关模块的第一开关端导通时，输出电流反馈信号至所述模拟开关模块；

所述恒压充电模块包括电压反馈信号产生电路，所述电压反馈信号产生电路与所述模拟开关模块的第二开关端电连接，所述电压反馈信号产生电路用于在所述模拟开关模块的第二开关端导通时，输出电压反馈信号至所述模拟开关电路。

进一步的，所述模拟开关模块包括模拟开关和第四三极管，所述第四三极管的基极与所述第一比较模块电连接，所述第四三极管的集电极与所述模拟开关的输入端电连接，所述模拟开关的第一开关端与所述电流反馈信号产生电路电连接，所述模拟开关的第二开关端与所述电压反馈信号产生电路电连接，所述第四三极管用于根据所述第一比较模块的输出信号控制所述模拟开关的第一开关端导通，或者所述模拟开关的第二开关端导通。

进一步的，所述超级电容充电电路还包括第二比较模块，所述第二比较模块的输出端与所述控制模块的使能端电连接，所述第二比较模块用于在所述超级电容组的电压值大于第二阈值时控制所述控制模块停止工作。

进一步的，所述超级电容充电电路还包括第三晶体管模块，所述第三晶体管模块连接在所述控制模块和所述电源模块之间，所述第二比较模块还用于在所述超级电容组的电压值大于所述第二阈值时通过所述第三晶体管模块控制所述电源模块和所述控制模块之间断开。

进一步的，所述第一比较模块包括第一比较电路和第一阈值设定电路；

所述第一比较电路的正相输入端与所述第一阈值设定电路连接，所述第一比较电路的反向输入端与超级电容组电连接；所述第一阈值设定电路用于设定第一阈值。

进一步的，所述第二比较模块包括第二比较电路和第二阈值设定电路；

所述第二比较电路的正相输入端与所述第二阈值设定电路电连接，所述第二比较电路的反向输入端与超级电容组电连接，所述第二阈值设定电路用于设定第二阈值。

本实用新型中的超级电容充电电路包括电源模块、控制模块、恒流充电模块、恒压充电模块、第一比较模块和超级电容组。恒流充电模块用于根据工作电压对超级电容组进行恒流充电模式充电，恒压充电模块用于根据工作电压对超级电容组进行恒压充电模式充电。第一比较模块用于根据超级电容组的电压值选择性地控制恒流充电模块或恒压充电模块中的其中一者导通工作，如此，通过第二比较模块实现恒流充电模式和恒压充电模式的自动切换，可以快速、安全有效的给超级电容组进行高效率的充电，且由于不需要通过控制模块进行控制，通用性较强，性价比较高。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种超级电容充电电路的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的一种超级电容充电电路的整体电路结构图。

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，以下将结合本实用新型实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本实用新型的技术方案。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本实用新型的保护范围之内。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本实用新型实施例提供的一种超级电容充电电路的结构框图，如图1所示，超级电容充电电路包括电源模块10、控制模块20、恒流充电模块30、恒压充电模块40、模拟开关模块50、第一比较模块60和超级电容组70。电源模块10用于产生供电电压。控制模块20用于根据供电电压生成工作电压。恒流充电模块30用于根据工作电压对超级电容组70进行恒流充电模式充电。恒压充电模块40用于根据工作电压对超级电容组70进行恒压充电模式充电。第一比较模块60用于根据超级电容组70的电压值选择性地控制恒流充电模块30或恒压充电模块40中的其中一者导通工作。

具体的，第一比较模块60的输出端分别与恒流充电模块30以及恒压充电模块40电连接，第一比较模块60的正相输入端用于设定第一阈值Vth，第一比较模块60的反相输入端与超级电容组70电连接。其中，第一阈值Vth可以为超级电容组70恒流充电模式和恒压充电模式的切换临界值，进而第一比较模块60将超级电容组70的电压值与第一阈值Vth进行实时比较，当超级电容组70的电压值小于或者等于第一阈值Vth，说明超级电容组70需要采用恒流充电模式，此时，第一比较模块60的输出端输出高电平信号，在高电平信号下，恒流充电模块30导通，恒压充电模块40断开，超级电容充电电路采用恒流充电模式为超级电容组70进行充电；而当超级电容组70的电压值大于第一阈值Vth时，说明超级电容组70需要采用恒压充电模式，此时，第一比较模块60的输出端输出低电平信号，在低电平信号下，恒流充电模块30断开，恒压充电模块40导通，超级电容充电电路采用恒压充电模式为超级电容组70进行充电，如此，通过第一比较模块60，实现恒流充电模式和恒压充电模式的自动切换，可以快速、安全有效的给超级电容组进行高效率的充电，且由于不需要通过控制模块20进行充电模式的控制，通用性较强，性价比较高。

综上，本实用新型中的超级电容充电电路包括电源模块、控制模块、恒流充电模块、恒压充电模块、第一比较模块和超级电容组。其中，电源模块用于产生供电电压。控制模块用于根据供电电压生成工作电压，恒流充电模块用于根据工作电压对超级电容组进行恒流充电模式充电，恒压充电模块用于根据工作电压对超级电容组进行恒压充电模式充电。第一比较模块用于根据超级电容组的电压值选择性地控制恒流充电模块或恒压充电模块中的其中一者导通工作，如此，通过第二比较模块和模拟开关模块，实现恒流充电模式和恒压充电模式的自动切换，可以快速、安全有效的给超级电容组进行高效率的充电，且由于不需要通过控制模块进行控制，通用性较强，性价比较高。此外，通过第一比较模块可以在超级电容组的电压值超过第一阈值后，停止对超级电容组充电，提高了充电过程的安全性。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图1，超级电容充电电路还包括第一晶体管模块810和第二晶体管模块820，第一晶体管模块810连接在控制模块20和恒流充电模块30之间，第二晶体管模块820连接在控制模块20和恒压充电模块40之间，第一比较模块60用于在超级电容组70的电压值大于第一阈值Vth时通过第一晶体管模块810控制恒流充电模块30导通工作，并通过第二晶体管模块820控制恒压充电模块40停止工作，在超级电容组70的电压值小于或者等于第一阈值Vth时通过第二晶体管模块820控制恒压充电模块40导通工作，并通过第一晶体管模块810控制所述恒流充电模块停止工作。

具体的，第一比较模块60包括第一比较电路610，第一比较电路610包括第一运算放大器U1，第一晶体管模块810包括第一三极管Q1、第一晶体管Q2和第二晶体管Q3。第一运算放大器U1的输出端与第一三极管Q1的基极电连接，第一三极管Q1的集电极分别第一晶体管Q2的栅极和第二晶体管Q3的栅极电连接，第一三极管Q1的发射极与第一接地端GND电连接，第一晶体管Q2的漏极与控制模块20的输出端电连接，第一晶体管Q2的源极与第二晶体管Q3的源极电连接，第二晶体管Q3的漏极与恒流充电模块30电连接。第二晶体管模块820包括第二三极管Q4、第三三极管Q5、第三晶体管Q6和第四晶体管Q7。第一运算放大器U1的输出端与第二三极管Q4的基极电连接，第二三极管Q4的发射极与第一接地端GND电连接，第二三极管Q4的集电极分别与第三晶体管Q6的漏极以及第三三极管Q5的基极电连接，第三三极管Q5的发射极与第一接地端GND电连接，第三三极管Q5的集电极分别与第三晶体管Q6的栅极和第四晶体管Q7的栅极电连接，第三晶体管Q6的漏极与控制模块20的输出端连接，第三晶体管Q6的源极与第四晶体管Q7的源极电连接，第四晶体管Q7的漏极与恒压充电模块40电连接。进而，当超级电容组70的电压值小于或者等于第一阈值Vth时，第一运算放大器U1的输出端输出高电平信号，在高电平信号下，第一三极管Q1导通，以驱动第一晶体管Q2和第二晶体管Q3导通，此时恒流充电模块30导通，采用恒流充电模式对超级电容组70进行充电。而恒压充电模块60中，在高电平信号下，第二三极管Q4导通，由于第第二三极管Q4导通，使得第三三极管Q5的基极电压为第一接地端的电压，即第三三极管Q5截止，进而第三晶体管Q6和第四晶体管Q7截止，恒压充电模块40断开。

当超级电容组70的电压值大于第一阈值Vth时，第一运算放大器U1的输出端输出低电平信号，在低电平信号下，第一三极管Q1截止，使得第一晶体管Q2和第二晶体管Q3截止，此时恒流充电模块30断开，而恒压充电模块40中，由于第二三极管Q4截止，使得第三三极管Q5的基极为高电平电压，即第第三三极管Q5导通，以驱动第三晶体管Q6和第四晶体管Q7导通，恒压充电模块40导通，采用恒压充电模式对超级电容组70进行充电。如此，第一晶体管模块810和第二晶体管模块820的导通条件不同，进而根据第一运算放大器U1输出的电平信号控制恒流充电模块30导通，或者恒压充电模块40导通，通过硬件的控制方式便可实现模式的切换，通用性较强，性价比较高，且可以快速、安全有效的给超级电容组进行高效率的充电。

需要说明的是，第一晶体管模块810还包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12。其中，第九电阻R9和第十电阻R10设置于第一三极管Q1的基极和发射极之间，通过第九电阻R9和第十电阻R10来设置第一三极管Q1的开启电压，同样的，第十一电阻R11和第十二电阻R12设置于第一晶体管Q2的源极与栅极之间以及第二晶体管Q3的源极和栅极之间，通过第十一电阻R11和第十二电阻R12来设置第一晶体管Q2和第二晶体管Q3的开启电压。第二晶体管模块820还包括第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20和第二十一电阻R21。其中，第十六电阻R16和第十七电阻R17设置于第二三极管Q4的基极和发射极之间，通过第十六电阻R16和第十七电阻R17来设置第二三极管Q4的开启电压，第十九电阻R19设置于第三三极管Q5的基极和发射极之间，进而通过第十九电阻设置第三三极管Q5的开启电压。同样的，第二十电阻R20和第二十一电阻R21设置于第三晶体管Q6的源极与栅极之间以及第四晶体管Q7的源极和栅极之间，通过第二十电阻R20和第二十一电阻R21来设置第三晶体管Q6和第四晶体管Q7的开启电压。

在上述实施例的基础上，继续参见图1和图2，超级电容充电电路还包括模拟开关模块50。恒流充电模块30包括电流传感器U2和电流反馈信号产生电路，电流反馈信号产生电路位于电流传感器U2的输出端，且电流反馈信号产生电路与模拟开关模块50的第一开关端电连接，电流反馈信号产生电路用于在模拟开关模块50的第一开关端导通时，输出电流反馈信号至模拟开关模块50。恒压充电模块40包括电压反馈信号产生电路，电压反馈信号产生电路与模拟开关模块50的第二开关端电连接，电压反馈信号产生电路用于在模拟开关模块50的第二开关端导通时，输出电压反馈信号至模拟开关模块50。

具体的，模拟开关模块50可以包括模拟开关U3和第四三极管Q8，其中模拟开关U3可以为选择开关，模拟开关U3的公共端与控制模块20的反馈端电连接，模拟开关U3的输入端与第四三极管Q8的集电极电连接，第四三极管Q8的基极与第一运算放大器U1电连接，第四三极管Q8的发射极与第一接地端GND电连接，模拟开关U3的第一开关端(FB-CC)与电流反馈信号产生电路电连接，模拟开关U3的第二开关端(FB-CC)与电压反馈信号产生电路电连接。进而当超级电容组70的电压值小于或者等于第一阈值Vth时，第一运算放大器U1的输出端输出高电平信号，在高电平信号下，恒流充电电路520导通，采用恒流充电模式对超级电容组70进行充电，同时第四三极管Q8导通，使得模拟开关U3的第一开关端(FB-CC)导通，电流反馈信号产生电路输出电流反馈信号至模拟开关U3，进而模拟开关U3切换为恒流充电电路反馈；当超级电容组70的电压值大于第一阈值Vth时，第一运算放大器U1的输出端输出低电平信号，在低电平信号下，恒压充电模块30导通，采用恒压充电模式对超级电容组70进行充电，同时第四三极管Q8截止，使得模拟开关U3的第二开关端(FB-CV)导通，模拟开关U3的第二开关端(FB-CV)与电压反馈信号产生电路电连接，电压反馈信号产生电路输出电压反馈信号至模拟开关U3，进而模拟开关U3切换为恒压充电电路反馈。

需要说明的是，恒流充电模块30还包括第十三电阻R13和电流反馈信号产生电路。电流反馈信号产生电路包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第七电容C7和第八电容C8。第十三电阻R13的第一端分别与第二晶体管Q3的漏极以及电流传感器U2的第一输入端电连接，第十三电阻R13的第二端分别与超级电容组70和电流传感器U2的第二输入端电连接，电流传感器U2的输出端分别与第十四电阻R14的第一端以及第七电容C7的第一极板电连接，第十四电阻R14的第二端以及第七电容C7的第二极板均与第十五电阻R15的第一端电连接，第十五电阻R15的第二端与第一接地端GND电连接，第十五电阻R15的第一端还与模拟开关U3的第一开关端(FB-CC)电连接。电流传感器U2的正电压端分别与电源电压端VCC以及第八电容C8的第一极板电连接，第八电容C8的第二极板以及电流传感器U2的接地端均与第一接地端GND电连接。

其中，第十三电阻R13是采样电阻，电流传感器U2设置在第十三电阻R13的两端，通过电流传感器U2检测恒流充电模式中充电电流的大小，进而可以通过调节第十三电阻R13的阻值来改变恒流充电模式中充电电流的大小。例如，设电流传感器U2的内部增益为Gb，控制模块的反馈电压为V_FB，电流传感器U2的输出电压为Vout，第十三电阻R13的阻值为a，第十四电阻R14的阻值为b，第十五电阻R15的阻值为c，恒流充电模块30的反馈电压为V_FB-CC，则恒流充电模式中充电电流I为：

Vout＝a×I×Gb；(1)

V_FB＝Vout×(c/(b+a))；(2)

结合方程(1)和(2)可得

其中，控制模块的反馈电压V_FB的值通常由控制模块20决定，电流传感器U2的内部增益Gb的值由电流传感器U2决定，进而可以通过调节第十三电阻R13的阻值a，第十四电阻R14的阻值b以及第十五电阻R15的阻值c来调节恒流充电模式中充电电流的大小。

还需要说明的是，恒压充电模块40包括第二十二电阻R22和电压反馈信号产生电路，电压反馈信号产生电路包括第二十三电阻R23、第二十四电阻R24和第九电容C9。第二十二电阻R22的第一端与第四晶体管Q7的漏极电连接，第二十二电阻R22的第二端与超级电容组70电连接，第九电容C9的第一极板分别与第三晶体管Q6的漏极以及控制模块20的输出端(图中以VCC-OUT示出)电连接，第九电容C9的第二极板、第二十三电阻R23的第二端以及第二十四电阻R24的第一端均与模拟开关U3的第二开关端(FB-CV)电连接，第二十三电阻R23的第一端与控制模块20的输出端(VCC-OUT)电连接，第二十四电阻R24的第二端与第一接地端GND电连接。其中，第二十二电阻R22为恒压限流电阻，恒压充电模式的充电电压为V0，即在恒压充电模式下，以第二阈值V0进行充电，设超级电容组70的电压为u，超级电容组70的容值为C，t时间内超级电容组70的电压变化量为du，t时间内的时间变化量为dt，恒压充电模式下的充电电流为L，第二十二电阻R22的阻值为f，则可以得到：

联合(3)和(4)方程组，可以得到超级电容组70的电压为：

进而根据第二十二电阻R22的阻值f，第二阈值V0、第一阈值Vth以及充电时间t，便可以得到超级电容组70的电压。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图1和图2，超级电容充电电路还包括第二比较模块90，第二比较模块90的输出端与控制模块20的使能端电连接，第二比较模块90用于在超级电容组的电压值大于第二阈值时控制控制模块20停止工作。此外，超级电容充电电路还包括第三晶体管模块830，第三晶体管模块830连接在控制模块20和电源模块10之间，第二比较模块90还用于在超级电容组的电压值大于第二阈值时通过第三晶体管模块830控制电源模块10和控制模块20之间断开。

具体的，第二比较模块90包括第二运算放大器U4，第三晶体管模块830包括第五晶体管Q9和第五三极管Q10。其中，第二运算放大器U4的输出端与第五三极管Q10的基极电连接，第五三极管Q10的发射极分别与第五三极管Q10的基极和第一接地端GND电连接，第五三极管Q10的集电极与第五晶体管Q9的栅极以及第五晶体管Q9的源极电连接，第五晶体管Q9的源极还与电源模块10电连接，第五晶体管Q9的漏极与控制模块20的输入端电连接。

第二运算放大器U4用于根据第二阈值V0和超级电容组的电压值的比较结构来输出控制信号，当超级电容组70的电压值小于或者等于第二阈值V0，则说明充电还未到达超级电路组70的额定电压值，第二运算放大器U4输出高电平信号，控制模块20的使能端使能，即控制模块20与模拟开关模块50之间的电路导通，模拟开关模块50开始工作，同时，第五三极管Q10导通，驱动第五晶体管Q9导通，即电源模块10和控制模块20之间导通，电源模块10通过控制模块20为超级电容组70充电；而当超级电容组70的电压值大于第二阈值V0，说明充电已经达到超级电路组70的额定电压值，继续充电可能影响超级电路组70的使用寿命，则第二运算放大器U2输出低电平信号，进而控制模块20的输入端与电源模块10之间的电路断开以及控制模块20的使能端关闭，电源模块10停止为超级电容组70充电，且控制模块20与模拟开关模块50之间的电路断开，模拟开关模块50不工作。

需要说明的是，模拟开关模块50还包括第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29和第十三电容C13。第二十七电阻R27的第一端分别与第四三极管Q8的基极以及第二十八电阻R28的第一端电连接，第二十七电阻R27的第二端与第一运算放大器U1的输出端电连接，第二十八电阻R28的第二端与第一接地端GND电连接，第二十九电阻R29的第一端与模拟开关U3的正电压端电连接，第二十九电阻29的第二端与第四三极管Q8的集电极电连接。第十三电容C13的第一极板分别与模拟开关U3的正电压端以及电源电压端VCC电连接，第十三电容C13的第二极板与第一接地端GND电连接。具体的，第二十七电阻R27和第二十八电阻R28设置于第二三极管Q3的基极和发射极之间，通过第二十七电阻R27和第二十八电阻R28来设置第二三极管Q3的开启电压。

还需要说明的是，第三晶体管模块830还包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5。其中，第四电阻R4和第五电阻R5设置于第五三极管Q10的基极和发射极之间，通过第四电阻R4和第五电阻R5来设置第五三极管Q10的开启电压，同样的，第二电阻R2和第三电阻R3设置于第五晶体管Q9的源极与栅极之间，通过第二电阻R2和第三电阻R3来设置第五晶体管Q9的开启电压。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图1和图2，第一比较模块60包括第一比较电路610和第一阈值设定电路620。第一比较电路610的正相输入端与第一阈值设定电路620连接，第一比较电路610的反向输入端与超级电容组70电连接。第一阈值设定电路620用于设定第一阈值。

具体的，第一比较模块60包括第一比较电路610和第一阈值设定电路60，第一阈值设定电路620用于设定第一阈值Vth，例如根据超级电容组70恒流充电模式和恒压充电模式的切换临界值来设定第一阈值Vth的电压值，第一比较电路610的正相输入端与第一阈值设定电路620电连接，第一比较电路610的反相输入端与超级电容组70电连接，进而第一比较电路610将超级电容组70的电压值与第一阈值Vth进行实时比较。需要说明的是，第一阈值设定电路620包括第二二极管D2、第十电容C10和第二十五电阻R25，第二十五电阻R25的第一端与电源电压端VCC电连接，第二十五电阻R25的第二端分别与第二二极管D2的第一端以及第一运算放大器U1的正相输入端电连接，第二二极管D2的第一端还与第十电容C10的第一极板电连接，第二二极管D2的第二端分别与第十电容C10的第二极板以及第一接地端GND电连接。第一比较电路610还包括第二十六电阻R26、第十一电容C11和第十二电容C12，第一运算放大器U1的反相输入端通过第二十六电阻R26与超级电容组70的电压端(图中以VCC-F示出)电连接，第十一电容C11的第一极板与第一运算放大器U1的反相输入端电连接，第十一电容C11的第二极板与第一接地端GND电连接，第二运算放大器U2的正电压端分别与电源电压端VCC以及第十二电容C12的第一极板电连接，第十二电容C12的第二极板与第一接地端GND电连接。

示例性的，第一阈值设定电路620包括第二二极管D2，第二二极管D2的第一端分别与第一运算放大器U1的正相输入端以及第二十五电阻R25电连接，第二二极管D2的第二端分别与第十电容C10和第一接地端GND电连接，进而可以通过调整第二二极管D2的型号来调整第二二极管D2的输出电压值，以此来调节第一阈值Vth的大小，如此可以根据不同的应用场景，改变第一阈值Vth的参数，改变超级电容组70恒压充电模式和恒流充电模式的临界值，通用性较强。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图1和图2，第二比较模块90包括第二比较电路910和第二阈值设定电路920。第二比较电路910的正相输入端与第二阈值设定电路920电连接，第二比较电路910的反向输入端与超级电容组70电连接，第二阈值设定电路920用于设定第二阈值V0。

具体的，第二比较模块90包括第二比较电路910和第二阈值设定电路920，其中，第二阈值设定电路920用于设定第二阈值V0，例如可以根据超级电路组70的额定电压值设定第二阈值V0的电压值，第二阈值设定电路920与第二比较电路910的正相输入端电连接，第二比较电路910的反相输入端与超级电容组70电连接，进而第二比较电路910将超级电容组70的电压值与第二阈值V0实时对比。需要说明的是，第二阈值设定电路920包括第一电容C1、第一二极管D1、第一电阻R1和第二电容C2，第二运算放大器U4的正相输入端分别与第一电容C1的第一极板以及第一二极管D1的第一端电连接，第一电容C1的第二极板与第一接地端GND电连接，第一二极管D1的第一端还与第一电阻R1的第一端电连接，第一电阻R1的第二端分别与电源电压端VCC以及第二运算放大器U4的正电压端电连接，第二电容C2的第一极板分别与第一运算放大器U1的正电压端以及电源电压端VCC电连接，第二电容C2的第二极板分别与第一二极管D1的第二端以及第一接地端GND电连接。第二阈值设定电路920可以通过调整第一二极管D1的型号来调整第一二极管D1的输出电压值，以此来调节第二阈值V0的大小，如此可以根据不同的应用场景，改变第二阈值V0的参数，对超级电容组70进行充电，通用性较强。第二比较电路920还包括第六电容C6、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8。

还需要说明的是，超级电容充电电路还包括位于控制模块20输入端的第一滤波电路和位于控制模块20输出端的第二滤波电路。第一滤波电路包括第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5。第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5位于控制模块20的输入端和控制模块20的接地端之间，进而通过第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5对电源模块01提供的电源进行滤波，以抑制电磁噪声，不允许频率较高的电磁干扰电流通过。

第二滤波电路包括第十四电容C17、第十五电容C18、第十六电容C19和电感L1。电感L1的第一端与控制模块20的输出端电连接，第十四电容C17、第十五电容C18和第十六电容C19均并联设置于电感L1的第二端与恒流充电模块40的输入端之间。具体的，控制模块20可以包括DC-DC控制芯片U5，DC-DC控制芯片U5起到调压整流作用，进而可以根据实际需要设定的DC-DC芯片的工作模式，例如可以设定为BUCK降压模式、BOOST升压模式、或者BUCK/BOOST模式。第二滤波电路设置于DC-DC控制芯片U5的模式选择端和DC-DC控制芯片U5的输出端(VCC-OUT)之间。由于滤波电路用于对控制模块20输出的电压进行滤波，进而可以理解为第二滤波电路设置于控制模块20的输出端(VCC-OUT)和恒流充电模块40的输入端之间，以及控制模块20的输出端(VCC-OUT)和恒压充电模块50的输入端之间，以抑制电磁噪声，不允许频率较高的电磁干扰电流通过，减小了充电过程中高频信号的干扰。

可以理解的是，超级电容组70包括第一超级电容C14、第二超级电容C15、第三超级电容C16、第三十电阻R30、第三十一电阻R31和第三十二电阻R32。第一超级电容C14、第二超级电容C15和第三超级电容C16串联设置，第三十电阻R30与第一超级电容C14并联设置，第三十一电阻R31与第二超级电容C15并联设置，第三十二电阻R32与第三超级电容C15并联设置。具体的，由于超级电容的工艺限制，无法做到参数完全相同的超级电容，进而通过第三十电阻R30、第三十一电阻R31和第三十二电阻R32来平衡电荷，避免串联超级电容时，因充电时电荷不平衡带来的物理冲击，延长超级电容的使用寿命和电路可靠性。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种超级电容充电电路，其特征在于，包括电源模块、控制模块、恒流充电模块、恒压充电模块、第一比较模块和超级电容组；

所述电源模块用于产生供电电压；

所述控制模块用于根据所述供电电压生成工作电压；

所述恒流充电模块用于根据所述工作电压对所述超级电容组进行恒流充电模式充电；

所述恒压充电模块用于根据所述工作电压对所述超级电容组进行恒压充电模式充电；

所述第一比较模块用于根据所述超级电容组的电压值选择性地控制所述恒流充电模块或所述恒压充电模块中的其中一者导通工作。

2.根据权利要求1所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述超级电容充电电路还包括第一晶体管模块和第二晶体管模块，所述第一晶体管模块连接在所述控制模块和所述恒流充电模块之间，所述第二晶体管模块连接在所述控制模块和所述恒压充电模块之间，所述第一比较模块用于在超级电容组的电压值大于第一阈值时通过所述第一晶体管模块控制所述恒流充电模块导通工作，并通过所述第二晶体管模块控制所述恒压充电模块停止工作，在超级电容组的电压值小于或者等于所述第一阈值时通过所述第二晶体管模块控制所述恒压充电模块导通工作，并通过所述第一晶体管模块控制所述恒流充电模块停止工作。

3.根据权利要求2所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述第一晶体管模块包括第一三极管、第一晶体管和第二晶体管；所述第一比较模块的输出端与所述第一三极管的基极电连接，所述第一三极管的集电极分别与所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极电连接，所述第一三极管的发射极与第一接地端电连接，所述第一晶体管的漏极与所述控制模块的输出端电连接，所述第一晶体管的源极与所述第二晶体管的源极电连接，所述第二晶体管的漏极与所述恒流充电模块电连接。

4.根据权利要求2所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述第二晶体管模块包括第二三极管、第三三极管、第三晶体管和第四晶体管；所述第一比较模块的输出端与第二三极管的基极电连接，所述第二三极管的发射极与第一接地端电连接，所述第二三极管的集电极分别与所述第三晶体管的漏极以及所述第三三极管的基极电连接，所述第三三极管的发射极与第一接地端电连接，所述第三三极管的集电极分别与所述第三晶体管的栅极和所述第四晶体管的栅极电连接，所述第三晶体管的漏极与所述控制模块的输出端连接，所述第三晶体管的源极与所述第四晶体管的源极电连接，所述第四晶体管的漏极与所述恒压充电模块电连接。

5.根据权利要求1所述的超级电容充电电路，其特征在于，

所述超级电容充电电路还包括模拟开关模块；

所述恒流充电模块包括电流传感器和电流反馈信号产生电路，所述电流反馈信号产生电路位于所述电流传感器的输出端，且所述电流反馈信号产生电路与所述模拟开关模块的第一开关端电连接，所述电流反馈信号产生电路用于在所述模拟开关模块的第一开关端导通时，输出电流反馈信号至所述模拟开关模块；

所述恒压充电模块包括电压反馈信号产生电路，所述电压反馈信号产生电路与所述模拟开关模块的第二开关端电连接，所述电压反馈信号产生电路用于在所述模拟开关模块的第二开关端导通时，输出电压反馈信号至所述模拟开关电路。

6.根据权利要求5所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述模拟开关模块包括模拟开关和第四三极管，所述第四三极管的基极与所述第一比较模块电连接，所述第四三极管的集电极与所述模拟开关的输入端电连接，所述模拟开关的第一开关端与所述电流反馈信号产生电路电连接，所述模拟开关的第二开关端与所述电压反馈信号产生电路电连接，所述第四三极管用于根据所述第一比较模块的输出信号控制所述模拟开关的第一开关端导通，或者所述模拟开关的第二开关端导通。

7.根据权利要求1所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述超级电容充电电路还包括第二比较模块，所述第二比较模块的输出端与所述控制模块的使能端电连接，所述第二比较模块用于在所述超级电容组的电压值大于第二阈值时控制所述控制模块停止工作。

8.根据权利要求7所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述超级电容充电电路还包括第三晶体管模块，所述第三晶体管模块连接在所述控制模块和所述电源模块之间，所述第二比较模块还用于在所述超级电容组的电压值大于所述第二阈值时通过所述第三晶体管模块控制所述电源模块和所述控制模块之间断开。

9.根据权利要求1所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述第一比较模块包括第一比较电路和第一阈值设定电路；

所述第一比较电路的正相输入端与所述第一阈值设定电路连接，所述第一比较电路的反向输入端与超级电容组电连接；

所述第一阈值设定电路用于设定第一阈值。

10.根据权利要求7所述的超级电容充电电路，其特征在于，所述第二比较模块包括第二比较电路和第二阈值设定电路；

所述第二比较电路的正相输入端与所述第二阈值设定电路电连接，所述第二比较电路的反向输入端与超级电容组电连接，所述第二阈值设定电路用于设定第二阈值。