CN221227157U - 超级电容充放电电路、电路板及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超级电容充放电电路、电路板及电子设备，涉及电子技术领域，具体包括电源适配模块、开关模块、供电反馈模块、充电模块、放电模块和超级电容模块，外部电源通过电源适配模块与开关模块连接，开关模块与用电设备连接的同时，还通过充电模块与超级电容模块连接，超级电容模块通过放电模块与用电设备连接，供电反馈模块分别与用电设备和开关模块连接，用于获取用电设备的供电状态以控制开关模块的导通状态。上述超级电容充放电电路能够快速切换充放电状态，满足用电设备不同的用电需求，并在外部电源断开的情况下，持续且充分地供电，超级电容的能量利用效率高，放电充分且具有较长的使用寿命，有效提升系统整体运行的稳定性。

Description

超级电容充放电电路、电路板及电子设备

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种超级电容充放电电路、电路板及电子设备。

背景技术

目前市面上智能电子产品的种类越来越多，而当智能电子产品面临异常状况导致突然断电的情况时，通常需要依赖自身设备里的备用电池或电容供电以使得设备能够持续工作一段时间，以在彻底断电前完成数据保存或信息发送等动作，但利用备用电池或电容进行供电，存在能量利用效率低的问题，并且在放电过程中无法完全放电，导致电路中的残压影响电子产品中电路的稳定性。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的不足之处，本实用新型提供了一种超级电容充放电电路、电路板及电子设备，解决了现有技术中在电子设备断电后，利用电池或电容供电能量利用率低，且电路中的残压影响电路稳定性的技术问题。

本实用新型一方面提供了一种超级电容充放电电路，包括：电源适配模块、开关模块、供电反馈模块、充电模块、放电模块和超级电容模块；

所述电源适配模块的输入端与外部电源连接，所述电源适配模块的输出端与所述开关模块的第一输入端连接，所述开关模块的第一输出端与用电设备连接；

所述开关模块的第二输出端通过所述充电模块与所述超级电容模块连接，所述超级电容模块通过所述放电模块与所述用电设备连接，其中，所述超级电容模块包括至少一个超级电容；

所述供电反馈模块的输入端与所述用电设备连接，所述供电反馈模块的输出端与所述开关模块的第二输入端连接，所述供电反馈模块用于获取所述用电设备的供电状态以控制所述开关模块的导通状态。

可选的，所述超级电容模块包括第一超级电容、第二超级电容、第一电阻和第二电阻；

所述第一超级电容的第一端与所述充电模块的输出端连接，所述第一超级电容的第二端与所述第二超级电容的第一端连接，所述第二超级电容的第二端与接地端连接；

所述第一超级电容的第一端还与所述放电模块的输入端连接；

所述第一电阻与所述第一超级电容并联，且所述第二电阻与所述第二超级电容并联。

可选的，所述充电模块包括多个并联的第三电阻；

多个所述第三电阻并联后的第一端与所述开关模块的第二输出端连接，多个所述第三电阻并联后的第二端与所述超级电容模块连接。

可选的，所述电源适配模块包括电源管理芯片和单向二极管；

所述电源管理芯片的输入端与外部电源连接，所述电源管理芯片的输出端与所述单向二极管的输入端连接，所述单向二极管的输出端与所述开关模块的第一输入端连接，其中，所述电源管理芯片用于将外部电源的电压转换为所述用电设备的工作电压，所述单向二极管用于确保所述电源管理芯片输出的电流单向输出至所述开关模块。

可选的，所述电源适配模块还包括滤波稳压单元、发光二极管和第四电阻，其中，所述滤波稳压单元包括瞬态抑制二极管和多个第一滤波电容；

所述瞬态抑制二极管的正极与所述电源管理芯片的输出端连接，所述瞬态抑制二极管的负极与接地端连接；

每一所述第一滤波电容的第一端与所述电源管理芯片的输出端连接，每一所述第一滤波电容的第二端与接地端连接；

所述发光二极管的正极通过所述第四电阻与所述电源管理芯片的输出端连接，所述发光二极管的负极与接地端连接。

可选的，所述开关模块包括第一NPN三极管和第一PMOS晶体管；

所述NPN三极管的基极与所述供电反馈模块的输出端连接，所述NPN三极管的发射极与接地端连接，所述NPN三极管的集电极与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述第一PMOS晶体管的栅极连接，所述第五电阻的第二端还与所述第一PMOS晶体管的漏极连接，所述第五电阻的第二端还通过所述第六电阻与接地端连接，所述第五电阻的第二端还通过所述第七电阻与所述第一PMOS晶体管的源极连接；

所述第一PMOS晶体管的漏极与所述用电设备连接，所述第一PMOS晶体管的源极与所述电源适配模块的输出端连接，所述第一PMOS晶体管的源极还与所述充电模块的输入端连接。

可选的，所述NPN三极管用于接收所述供电反馈模块输出的控制信号；

当所述供电反馈模块输出的控制信号为高电平时，所述NPN三极管导通以控制所述第一PMOS晶体管导通，使得所述用电设备接收所述电源适配模块输出的电流以进行上电工作，同时所述电源适配模块输出的电流通过所述充电模块向所述超级电容模块进行充电；

当所述供电反馈模块输出的控制信号为低电平时，所述NPN三极管截止以控制所述第一PMOS晶体管截止。

可选的，所述第一PMOS晶体管的漏极与所述用电设备之间还连接有滤波单元，所述滤波单元包括多个第二滤波电容；

每一所述第二滤波电容的第一端与所述用电设备连接，每一所述第二滤波电容的第二端与接地端连接。

可选的，所述放电模块包括：第一肖特基二极管、第二PMOS晶体管和开关控制单元；

所述超级电容模块的输出端与所述第一肖特基二极管的阳极连接，所述第一肖特基二极管的阴极与用电设备连接；

所述超级电容模块的输出端还与所述第二PMOS晶体管的漏极连接，所述第二PMOS晶体管的源极与所述用电设备连接，所述第二PMOS晶体管的栅极通过第八电阻与接地端连接；

所述超级电容模块的输出端还通过接地电容与接地端连接；

所述开关控制单元的输入端与所述电源适配模块的输出端连接，所述开关控制单元的输出端分别与所述第二PMOS晶体管的源极和所述第二PMOS晶体管的栅极连接，所述开关控制单元用于控制所述第二PMOS晶体管的导通状态。

可选的，所述供电反馈模块包括第二肖特基二极管、反向电容、第九电阻和第十电阻；

所述反向电容的第一端通过所述第九电阻与所述用电设备连接，所述反向电容通过所述第十电阻与接地端连接，所述反向电容的第二端还与所述第二肖特基二极管的阳极连接，所述肖特基二极管的阴极与所述开关模块的输入端连接。

本实用新型提供的超级电容充放电电路，利用外部电源向用电设备供电的同时，对超级电容充电以储备电量，而当外部电源断开时，利用超级电容放电以对用电设备继续供电，确保系统在断电后的一段时间内正常运行，超级电容的充放电效率高，能量利用效率高，在放电过程中能够做到充分放电以避免电能在电路中长时间存留，降低对超级电容的寿命和性能造成的损坏，提高系统整体运行的稳定性。超级电容还可以在短时间内快速储存和释放大量电能，使得电路可以在瞬间提供高功率输出，满足部分用电设备对瞬态能量的需求，具有较广的应用范围。设置有供电反馈模块能够根据用电设备的用电需求以及用电状态快速切换充放电状态，具有较快的响应速度。上述超级电容充放电电路能够快速切换充放电状态，满足用电设备不同的用电需求，并在外部电源断开的情况下，持续且充分地供电，超级电容的能量利用效率高，放电充分且具有较长的使用寿命，有效提升系统整体运行的稳定性。

本实用新型另一方面提供了一种电路板，包括如上述任意一项所述的超级电容充放电电路。

本实用新型还提供了一种电子设备，包括如上述任意一项所述的超级电容充放电电路。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本申请提供的一个实施例中超级电容充放电电路的结构示意图；

图2为本申请提供的一个实施例中超级电容充放电电路中电源适配模块与开关模块连接结构的电路图；

图3为本申请提供的一个实施例中超级电容充放电电路中超级电容模块与充电模块连接结构的电路图；

图4为本申请提供的一个实施例中超级电容充放电电路中放电模块的电路图；

图5为本申请提供的一个实施例中超级电容充放电电路中供电反馈模块的电路图。

图中：

in1、第一输入端；in2、第二输入端；out1、第一输出端；out2、第二输出端；

C1、第一超级电容；C2、第二超级电容；C3、第一滤波电容；C4、第二接地电容；C5、漏极电容；C6、第二滤波电容；C7、第一接地电容；C8、反向电容；

R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；R6、第六电阻；R7、第七电阻；R8、第八电阻；R9、第九电阻；R10、第十电阻；

D1、单向二极管；D2、瞬态抑制二极管；D3、发光二极管；D4、第一肖特基二极管；D5、第二肖特基二极管；

Q1、第一NPN三极管；Q2、第一PMOS晶体管；Q3、第二PMOS晶体管；Q4、第二NPN三极管；Q5、第三NPN三极管；

b、基极；c、集电极；e、发射极；

S、源极；G、栅极；D、漏极。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型一方面提供了一种超级电容充放电电路，如图1所示，包括电源适配模块、开关模块、供电反馈模块、充电模块、放电模块和超级电容模块，其中，电源适配模块的输入端与外部电源连接，电源适配模块的输出端与开关模块的第一输入端in1连接，开关模块的第一输出端out1与用电设备连接，开关模块的第二输出端out2通过充电模块与超级电容模块连接，超级电容模块通过放电模块与用电设备连接，其中，超级电容模块包括至少一个超级电容，供电反馈模块的输入端与用电设备连接，供电反馈模块的输出端与开关模块的第二输入端in2连接，供电反馈模块用于获取用电设备的供电状态以控制开关模块的导通状态。

本实用新型提供的超级电容充放电电路，利用外部电源向用电设备供电的同时，对超级电容充电以储备电量，而当外部电源断开时，利用超级电容放电以对用电设备继续供电，确保系统在断电后的一段时间内正常运行，超级电容的充放电效率高，能量利用效率高，在放电过程中能够做到充分放电以避免电能在电路中长时间存留，降低对超级电容的寿命和性能造成的损坏，提高系统整体运行的稳定性。超级电容还可以在短时间内快速储存和释放大量电能，使得电路可以在瞬间提供高功率输出，满足部分用电设备对瞬态能量的需求，具有较广的应用范围。设置有供电反馈模块能够根据用电设备的用电需求以及用电状态快速切换充放电状态，具有较快的响应速度。上述超级电容充放电电路能够快速切换充放电状态，满足用电设备不同的用电需求，并在外部电源断开的情况下，持续且充分地供电，超级电容的能量利用效率高，放电充分且具有较长的使用寿命，有效提升系统整体运行的稳定性。

具体地，在上述实施例中，如图3所示，超级电容模块包括第一超级电容C1、第二超级电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2，其中第一超级电容C1的第一端与充电模块的输出端连接，第一超级电容C1的第二端与第二超级电容C2的第一端连接，第二超级电容C2的第二端与接地端连接，第一超级电容C1的第一端还与放电模块的输入端连接，第一电阻R1与第一超级电容C1并联，且第二电阻R2与第二超级电容C2并联。

其中，超级电容也被称为超级电容器、超级电容电池、电化学电容器或电化学超级电容器，是一种能够储存和释放大量电荷的电子元件。超级电容具体采用电化学原理，通过在电极-电解质界面上吸附或脱附电荷来存储电能，相对于传统的化学电池，超级电容能够快速进行充放电，具备较高的功率以及较强的输出能力，适用于短时间内需要快速释放大量能量的应用场景，相比化学电池，超级电容的循环寿命更长，可经受更多次的充放电循环，具备更长久的使用寿命，同时，超级电容的能量密度较低，即储存单位质量的能量相对较少，并且超级电容主要使用环保材料，无污染物质的排放对环境友好，具有较广的应用范围与应用前景。

在本实施方式中，超级电容模块具体包括两个串联的超级电容，对第一超级电容C1和第二超级电容C2串联可以实现电压平衡，例如：在超级电容模块进行充电或放电的过程中，当第一超级电容C1的电压达到一定阈值时，多余的电荷可以通过第二超级电容C2和接地端进行平衡，从而避免过高的电压造成电路整体损坏或不稳定。而对应每一个超级电容设置一个并联的电阻，可以提高能量转换的效率和电路的可靠性，并联的第一电阻R1和第二电阻R2可以降低电流的过大变化，同时限制充放电速率，以保护电容和电路元件。因此本申请提供的超级电容模块能够实现充放电控制和电压平衡，提供稳定的电源输出，并提高能量转换效率和电路可靠性。

具体地，在上述实施例中，如图3所示，充电模块包括多个并联的第三电阻R3，其中，多个第三电阻R3并联后的第一端与开关模块的第二输出端连接，多个第三电阻R3并联后的第二端与超级电容模块连接。

在本实施方式中，通过将多个第三电阻R3并联设置，具体在图2中设置有四个并联的第三电阻R3，进而在充电过程中实现电阻间电流的均衡分配，有助于确保超级电容模块中的每个超级电容都能够均匀充电，避免因充电不均导致的电容不平衡问题，并且并联的四个第三电阻R3可以有效控制充电过程中的电流大小和充电速度，通过调整第三电阻R3的阻值还可以限制充电电流的大小，确保在超级电容的充电过程中不会出现过高的电流浪涌，从而提高充电的稳定性和安全性，并联的第三电阻R3在充电过程中也起到了保护超级电容的作用，同时，多个第三电阻R3的并联结构具有很强的灵活性和可扩展性，可以根据需要增加或减少第三电阻R3的数量，以适应不同的充电要求。需要注意的是，充电模块只应用于对超级电容模块充电时使用，即在超级电容模块进行放电的过程中，电流并不经过充电模块中的四个并联的第三电阻R3，避免电阻消耗法拉电容的能量。

具体地，在上述实施例中，如图2所示，电源适配模块包括电源管理芯片和单向二极管D1，电源管理芯片的输入端与外部电源连接，电源管理芯片的输出端与单向二极管D1的输入端连接，单向二极管D1的输出端与开关模块的第一输入端连接，其中，电源管理芯片用于将外部电源的电压转换为用电设备的工作电压，单向二极管D1用于确保电源管理芯片输出的电流单向输出至开关模块。

在本实施方式中，电源管理芯片可以将外部电源的电压进行转换，以满足用电设备的工作电压需求，具体地，电源管理芯片选用DC-DC BUCK降压芯片，可以提供稳定、适当的电压输出，确保用电设备正常运行。单向二极管D1在电源适配模块中起到了保护作用，确保电源管理芯片输出的电流只能单向流动，有效防止电流逆向流向电源管理芯片，避免反向电流损坏芯片或对其产生不良影响，通过设置单向二极管D1可以提高系统的可靠性和稳定性，可以防止由于电源短路或其他故障引起的反向电流对电源管理芯片和其他电路元件造成损害，有助于确保系统长时间稳定运行。整合电源管理芯片和单向二极管D1的设置方式可以简化系统的设计和布局，进而减少所需的接线和元件数量，降低系统的成本和复杂度。

进一步的，如图2所示，电源适配模块还包括滤波稳压单元、发光二极管D3和第四电阻R4，其中，滤波稳压单元包括瞬态抑制二极管D2和多个第一滤波电容C3，瞬态抑制二极管D2的正极与电源管理芯片的输出端连接，瞬态抑制二极管D2的负极与接地端连接，每一第一滤波电容C3的第一端与电源管理芯片的输出端连接，每一第一滤波电容C3的第二端与接地端连接，发光二极管D3的正极通过第四电阻R4与电源管理芯片的输出端连接，发光二极管D3的负极与接地端连接。

在本实施方式中，瞬态抑制二极管D2和第一滤波电容C3组成的滤波稳压单元有助于去除电源中的噪声和干扰，使得用电设备得到更纯净的电源供应，提高系统的稳定性和可靠性。具体地，瞬态抑制二极管D2连接在电源管理芯片的输出端，可以提供针对电源中瞬态过电压的保护，迅速将过电压导向到接地端，防止其通过电源管理芯片，保护芯片免受过电压的损害，多个第一滤波电容C3的连接进一步稳定了输出电压，减少了电源波动引起的电压变化。而滤波稳压单元中具体还可设置有其他用于滤波稳压的零部件，本申请并不做具体限制。而发光二极管D3通过第四电阻R4连接到电源管理芯片的输出端，可以用作状态指示器，通过亮灭或闪烁来显示设备的工作状态，发光二极管D3的设置提供了可视化的信息，帮助用户了解设备的运行情况。

具体地，在上述实施例中，开关模块包括第一NPN三极管Q1和第一PMOS晶体管Q2，其中，NPN三极管的基极b与供电反馈模块的输出端连接，NPN三极管的发射极e与接地端连接，NPN三极管的集电极c与第五电阻R5的第一端连接，第五电阻R5的第二端与第一PMOS晶体管Q2的栅极G连接，第五电阻R5的第二端还与第一PMOS晶体管Q2的漏极D连接，第五电阻R5的第二端还通过第六电阻R6与接地端连接，第五电阻R5的第二端还通过第七电阻R7与第一PMOS晶体管Q2的源极S连接，第一PMOS晶体管Q2的漏极D与用电设备连接，第一PMOS晶体管Q2的源极S与电源适配模块的输出端连接，第一PMOS晶体管Q2的源极S还与充电模块的输入端连接。

在本实施方式中，如图2所示，通过第一NPN三极管Q1与第一PMOS晶体管Q2的组合，使得开关模块能够实现可靠的电源控制。具体地，第一NPN三极管Q1的基极b还通过第二接地电容C4与接地端连接，第一NPN三极管Q1的集电极c连接到第一PMOS晶体管Q2的栅极G，当系统触发开机启动时，对应发送的高电平传递至第一NPN三极管Q1的基极b，第一NPN三极管Q1导通，第一NPN三极管Q1的集电极c连接通过发射极e连接到接地端，使得第一PMOS晶体管Q2的栅级电平也被拉低，进而使得第一PMOS晶体管Q2的源极S中的电流导通到漏极D，漏极D连接有漏极电容C5，最后第一PMOS晶体管Q2的漏极D连接用电设备的电源输入端，系统开始上工作电。当外部电源断开时，由于超级电容模块提供的电流使得系统仍维持一段时间工作，当电能消耗一定时间，系统不能维持正常工作，第一NPN三极管Q1的基极b所接收的电平信号由高电平变为低电平，使得第一NPN三极管Q1截止，进而导致第一PMOS晶体管Q2也截止，不再有外部电源进行供电，超级电容模块完全放电，整个系统停止工作。其中，当供电反馈模块的输出端提供足够的电压信号时，第一NPN三极管Q1的导通将导致第一PMOS晶体管Q2开启，从而将电源连接到用电设备，确保了供电的可靠性，同时，第一NPN三极管Q1的发射极e连接到接地端，它能够提供反向电压保护，即当出现反向电压时，第一NPN三极管Q1会将其引导到接地，以保护电路和用电设备免受损害，第一NPN三极管Q1负责控制第一PMOS晶体管Q2的导通，从而切换电源的连接状态，有助于提高能源转换的效率，并减少能量损耗，并且通过将第一PMOS晶体管Q2的源极S连接到电源适配模块的输出端，以及连接到充电模块的输入端，可以实现与其他模块的灵活连接，便于集成不同的电源和充电功能。综上，本申请提供的开关模块采用第一NPN三极管Q1和第一PMOS晶体管Q2的结合可以实现可靠的电源控制、反向电压保护、高效能量切换和灵活连接其他模块等功能，有助于提供稳定、高效的电源管理功能，快速切换导通截止的状态，并确保用电设备的正常运行。

进一步的，第一NPN三极管Q1用于接收供电反馈模块输出的控制信号；当供电反馈模块输出的控制信号为高电平时，第一NPN三极管Q1导通以控制第一PMOS晶体管Q2导通，使得用电设备接收电源适配模块输出的电流以进行上电工作，同时电源适配模块输出的电流通过充电模块向超级电容模块进行充电；当供电反馈模块输出的控制信号为低电平时，第一NPN三极管Q1截止以控制第一PMOS晶体管Q2截止。

在本实施方式中，第一NPN三极管Q1用于接收供电反馈模块输出的控制信号，进而实现信号的可靠传递和控制，确保准确的电源开关控制。当供电反馈模块输出的控制信号为高电平时，第一NPN三极管Q1导通，控制第一PMOS晶体管Q2导通，使得用电设备可以接收到来自电源适配模块输出的电流，以满足上电工作的需求。同时，电源适配模块输出的电流通过充电模块向超级电容模块进行充电。这样可以确保电源适配和电流的准确控制，以满足用电设备和超级电容模块的电力需求。而当供电反馈模块输出的控制信号为低电平时，第一NPN三极管Q1截止，从而控制第一PMOS晶体管Q2截止，能够有效地阻止电流的流动，实现节能和保护功能，即当用电设备不需要继续工作时，关闭电源可以降低能源消耗和系统损耗。电源适配模块和充电模块均可以与其他模块进行灵活连接，以实现电源和充电功能的整合，增加了系统的灵活性和可扩展性。

进一步的，如图2所示，第一PMOS晶体管Q2的漏极D与用电设备之间还连接有滤波单元，滤波单元包括多个第二滤波电容C6，每一第二滤波电容C6的第一端与用电设备连接，每一第二滤波电容C6的第二端与接地端连接。

在本实施方式中，由第二滤波电容C6组成的滤波单元有助于过滤可能来自电源线路或其他电子设备的高频噪声和干扰信号，通过连接第二滤波电容C6，可以滤除这些噪声，提供更清晰和干净的电源信号给用电设备。滤波单元的设置可以提高系统的稳定性，平滑电源信号的变化，减少电源波动对用电设备的影响，有助于确保用电设备能够在稳定的电源条件下正常工作，避免由于电源波动引起的不稳定性或操作问题，其中第二滤波电容C6可以通过储存电荷并释放电荷的方式，将电流的峰值进行平滑，能够抑制电压的剧烈变化，防止电流峰值对用电设备的损坏或操作干扰。

具体地，在上述实施例中，如图4所示，放电模块包括第一肖特基二极管D4、第二PMOS晶体管Q3和开关控制单元，其中，超级电容模块的输出端与第一肖特基二极管D4的阳极连接，第一肖特基二极管D4的阴极与用电设备连接，超级电容模块的输出端还与第二PMOS晶体管Q3的漏极D连接，第二PMOS晶体管Q3的源极S与用电设备连接，第二PMOS晶体管Q3的栅极G通过第八电阻R8与接地端连接，超级电容模块的输出端还通过第一接地电容C7与接地端连接，开关控制单元的输入端与电源适配模块的输出端连接，开关控制单元的输出端分别与第二PMOS晶体管Q3的源极S和第二PMOS晶体管Q3的栅极G连接，开关控制单元用于控制第二PMOS晶体管Q3的导通状态。

在本实施方式中，通过第一肖特基二极管D4和第二PMOS晶体管Q3的组合，放电模块可以实现快速放电功能，当开关控制单元控制第二PMOS晶体管Q3导通时，超级电容模块的电荷可以迅速通过第一肖特基二极管D4和第二PMOS晶体管Q3进行放电，以满足对快速放电的需求，同时，放电模块具有反向电流保护功能。当存在反向电流时，第一肖特基二极管D4会将其引导到接地，以避免反向电流对电路和用电设备造成损害。开关控制单元用于控制第二PMOS晶体管Q3的导通状态，便于通过控制开关控制单元的输入信号，实现对第二PMOS晶体管Q3的开启或关闭，从而控制超级电容模块的放电操作，开关控制单元可以与电源适配模块的输出端连接，实现与其他模块的灵活连接和整合，可以方便地将放电模块与其他电源管理模块进行配合，实现更复杂的电源控制功能。

其中，开关控制单元具体有多种实现形式，本申请具体采用两个NPN三极管相连接的形式，如图4所示，具体包括第二NPN三极管Q4和第三NPN三极管Q5，其中，第二NPN三极管Q4的基极b接入电源，具体可以为电源适配模块的输出端，第二NPN三极管Q4的发射极e与接地端连接，第二NPN三极管Q4的集电极c与第三NPN三极管Q5的基极b连接，第三NPN三极管Q5的发射极e与接地端连接，第三NPN三极管Q5的集电极c与用电设备连接。具体地，第二NPN三极管Q4的发射极e与接地端连接，可以作为参考电平，第二NPN三极管Q4的集电极c与第三NPN三极管Q5的基极b连接，这样可以将接收到的电源信号放大，并传递到第三NPN三极管Q5，通过第二NPN三极管Q4和第三NPN三极管Q5的连接，可以实现控制信号的传递和调整，即第二NPN三极管Q4与第三NPN三极管Q5的导通与截止状态同步，进而控制第二PMOS晶体管Q3的导通状态，实现对放电过程的控制，达到分级放电的效果。两个NPN三极管串联连接的形式可以灵活地控制开关控制单元的工作状态，通过控制第二NPN三极管Q4的导通和截止，可以实现对第三NPN三极管Q5的开启和关闭，以控制超级电容模块放电确保电路系统的稳定性和安全性。

具体地，在上述实施例中，如图5所示，供电反馈模块包括第二肖特基二极管D5、反向电容C8、第九电阻R9和第十电阻R10，其中反向电容C8的第一端通过第九电阻R9与用电设备连接，反向电容C8通过第十电阻R10与接地端连接，反向电容C8的第二端还与第二肖特基二极管D5的阳极连接，肖特基二极管的阴极与开关模块的输入端连接。

在本实施方式中，供电反馈模块用于获取用电设备的实际用电需求来控制开关模块的通断，通过第二肖特基二极管D5与反向电容C8的连接，配合第九电阻R9和第十电阻R10，可以实现对开关模块的导通状态精确控制，确保开关模块在正确的时间进行导通或截止，以满足用电设备的电源需求。具体地，通过对反向电容C8充放电过程的控制，可以准确地切换开关模块的导通和截止状态，实现精确的电源控制，并且供电反馈模块能够迅速检测电压变化并作出相应的调整，当需要改变开关模块的导通状态时，供电反馈模块可以迅速响应并改变电源输出，以满足设备的电源需求，同时通过根据反馈信号调整开关模块的导通状态，供电反馈模块可以提供高效能量利用，能够根据实际需求调整电源输出，避免能量的浪费和不必要的功耗。而第二肖特基二极管D5具有低反向漏电流的特性，可以提供反向电流保护，当电源供电过程中出现反向电流时，第二肖特基二极管D5会阻止反向电流的流动，以保护电路免受反向电流的损害，并且第二肖特基二极管D5具有快速开关速度的特点，能够迅速地从导通状态切换到截止状态或从截止状态切换到导通状态，以在供电反馈模块中实现快速和精确的开关操作，同时第二肖特基二极管D5具有较低的正向压降特性。这意味着在导通状态下，它能够提供较低的正向压降，从而减少能量损耗和热量产生，并且第二肖特基二极管D5具有较低的漏电流特性，这有助于减少功耗和能量损失。它可以防止在截止状态下有太多的漏电流通过，从而提高系统的效率。

利用本申请提供的超级电容充放电电路进行充放电的过程如下：

当外部电源正常供电的过程中，开关模块中的第一NPN三极管Q1和第一PMOS晶体管Q2均为导通状态，电压通过电源管理芯片转换为用电设备的工作电压，并通过单向二极管D1以进行供电，同时，电流经过充电模块中的四个并联的第三电阻R3流向超级电容模块中串联的第一超级电容C1以及第二超级电容C2中存储电量；而当外部电源断开或是用电设备不再需要供电时，开关模块接收供电反馈模块的信号关闭，此时通过超级电容模块存储的电量进行最后的供电，电流避开充电模块中并联的四个第三电阻R3流向放电模块中的第一肖特基二极管D4和第二PMOS晶体管Q3以对用电设备进行供电，直至超级电容模块中的电量完全释放完毕，用电设备停止工作。

本实用新型另一方面提供了一种电路板，包括上述的超级电容充放电电路。

本实用新型提供的电路板设置有超级电容充放电电路，可以实现快速能量存储和释放、平衡电源和需求、储备电源和应急备份、减少电源波动和噪声，以及增强系统可靠性，有助于提高电路板的性能、稳定性和可靠性，拓宽电路板的应用范围，使得电路板适用于许多应用领域。

本实用新型还提供了一种电子设备，包括上述的超级电容充放电电路。

本实用新型提供的电子设备设置有超级电容充放电电路，能够在电子设备的运行过程中提供瞬态功率支持，满足一些临时高功率需求，并且超级电容充放电电路还可以作为电子设备的紧急备份电源，当主要电源失效或断电时，超级电容可以提供临时的能量供应，保持设备的运行或进行安全关机操作，并避免数据丢失或设备损坏，有助于提高设备性能、延长电池寿命、维护数据完整性，并增强设备的可靠性和稳定性。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种超级电容充放电电路，其特征在于，包括：电源适配模块、开关模块、供电反馈模块、充电模块、放电模块和超级电容模块；

所述电源适配模块的输入端与外部电源连接，所述电源适配模块的输出端与所述开关模块的第一输入端连接，所述开关模块的第一输出端与用电设备连接；

所述开关模块的第二输出端通过所述充电模块与所述超级电容模块连接，所述超级电容模块通过所述放电模块与所述用电设备连接，其中，所述超级电容模块包括至少一个超级电容；

所述供电反馈模块的输入端与所述用电设备连接，所述供电反馈模块的输出端与所述开关模块的第二输入端连接，所述供电反馈模块用于获取所述用电设备的供电状态以控制所述开关模块的导通状态。

2.根据权利要求1所述的超级电容充放电电路，其特征在于，所述超级电容模块包括第一超级电容、第二超级电容、第一电阻和第二电阻；

所述第一超级电容的第一端与所述充电模块的输出端连接，所述第一超级电容的第二端与所述第二超级电容的第一端连接，所述第二超级电容的第二端与接地端连接；

所述第一超级电容的第一端还与所述放电模块的输入端连接；

所述第一电阻与所述第一超级电容并联，且所述第二电阻与所述第二超级电容并联。

3.根据权利要求1所述的超级电容充放电电路，其特征在于，所述充电模块包括多个并联的第三电阻；

多个所述第三电阻并联后的第一端与所述开关模块的第二输出端连接，多个所述第三电阻并联后的第二端与所述超级电容模块连接。

4.根据权利要求1所述的超级电容充放电电路，其特征在于，所述电源适配模块包括电源管理芯片和单向二极管；

所述电源管理芯片的输入端与外部电源连接，所述电源管理芯片的输出端与所述单向二极管的输入端连接，所述单向二极管的输出端与所述开关模块的第一输入端连接，其中，所述电源管理芯片用于将外部电源的电压转换为所述用电设备的工作电压，所述单向二极管用于确保所述电源管理芯片输出的电流单向输出至所述开关模块。

5.根据权利要求4所述的超级电容充放电电路，其特征在于，所述电源适配模块还包括滤波稳压单元、发光二极管和第四电阻，其中，所述滤波稳压单元包括瞬态抑制二极管和多个第一滤波电容；

所述瞬态抑制二极管的正极与所述电源管理芯片的输出端连接，所述瞬态抑制二极管的负极与接地端连接；

每一所述第一滤波电容的第一端与所述电源管理芯片的输出端连接，每一所述第一滤波电容的第二端与接地端连接；

所述发光二极管的正极通过所述第四电阻与所述电源管理芯片的输出端连接，所述发光二极管的负极与接地端连接。

6.根据权利要求1所述的超级电容充放电电路，其特征在于，所述开关模块包括第一NPN三极管、第一PMOS晶体管、第五电阻、第六电阻和第七电阻；

所述NPN三极管的基极与所述供电反馈模块的输出端连接，所述NPN三极管的发射极与接地端连接，所述NPN三极管的集电极与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述第一PMOS晶体管的栅极连接，所述第五电阻的第二端还与所述第一PMOS晶体管的漏极连接，所述第五电阻的第二端还通过所述第六电阻与接地端连接，所述第五电阻的第二端还通过所述第七电阻与所述第一PMOS晶体管的源极连接；

所述第一PMOS晶体管的漏极与所述用电设备连接，所述第一PMOS晶体管的源极与所述电源适配模块的输出端连接，所述第一PMOS晶体管的源极还与所述充电模块的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的超级电容充放电电路，其特征在于，所述第一PMOS晶体管的漏极与所述用电设备之间还连接有滤波单元，所述滤波单元包括多个第二滤波电容；

每一所述第二滤波电容的第一端与所述用电设备连接，每一所述第二滤波电容的第二端与接地端连接。

8.根据权利要求1所述的超级电容充放电电路，其特征在于，所述放电模块包括：第一肖特基二极管、第二PMOS晶体管和开关控制单元；

所述超级电容模块的输出端与所述第一肖特基二极管的阳极连接，所述第一肖特基二极管的阴极与用电设备连接；

所述超级电容模块的输出端还与所述第二PMOS晶体管的漏极连接，所述第二PMOS晶体管的源极与所述用电设备连接，所述第二PMOS晶体管的栅极通过第八电阻与接地端连接；

所述超级电容模块的输出端还通过接地电容与接地端连接；

所述开关控制单元的输入端与所述电源适配模块的输出端连接，所述开关控制单元的输出端分别与所述第二PMOS晶体管的源极和所述第二PMOS晶体管的栅极连接，所述开关控制单元用于控制所述第二PMOS晶体管的导通状态。

9.根据权利要求1所述的超级电容充放电电路，其特征在于，所述供电反馈模块包括第二肖特基二极管、反向电容、第九电阻和第十电阻；

所述反向电容的第一端通过所述第九电阻与所述用电设备连接，所述反向电容通过所述第十电阻与接地端连接，所述反向电容的第二端还与所述第二肖特基二极管的阳极连接，所述肖特基二极管的阴极与所述开关模块的输入端连接。

10.一种电路板，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的超级电容充放电电路。

11.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的超级电容充放电电路。