超級電容高效充電器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種超級電容高效充電器。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器也稱為“雙電層電容器”，是基于雙電層原理工作的，兼具普通電容器的高功率密度和蓄電池的高能量密度的電容器。隨著納米碳材料和電極制作技術(shù)的進(jìn)步，超級電容器的性能不斷改善，尤其是能量密度有了較大提高，具有實現(xiàn)大容量電力儲能，替代蓄電池的發(fā)展?jié)摿?。超級電容器屬于物理儲能器件，其充、放電過程實質(zhì)上是導(dǎo)電離子在電極上的吸附和脫附過程，充電后到電離子有序排列，放電后重新回到無序狀態(tài)。電極材料巨大的表面積使得這一過程沒有太多障礙，理論上其充放電電流不受限制，因而具有很高的功率密度和充放電效率。而且，制造超級電容器的材料不含重金屬，不會對環(huán)境造成污染。
[0003]超級電容器與蓄電池不同，它可以被放電到電壓為0。在運輸過程中，超級電容器也是無儲能的狀態(tài)。這就要求其充電器必須能夠從零電壓開始充電，保持電流恒定。
[0004]目前，還沒有能夠非常有效的為超級電容充電的充電器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種能夠非常有效的為超級電容充電的超級電容高效充電器。
[0006]為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種超級電容高效充電器，包括:單片機(jī)、直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器、M0S晶體管、續(xù)流二極管、以及儲能電感器；其中，直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器用于將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成低壓以提供給單片機(jī)；單片機(jī)的輸出驅(qū)動信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換連接M0S晶體管的門極。M0S晶體管、電感器、續(xù)流二極管構(gòu)成BUCK電路。
[0007]優(yōu)選地，單片機(jī)連接直流對直流母線正極電壓和超級電容器電壓進(jìn)行采樣，并且根據(jù)采樣到的直流母線電壓值和超級電容器電壓值以及電路參數(shù)進(jìn)行計算以提供脈沖寬度調(diào)制信號來驅(qū)動M0S管。
[0008]優(yōu)選地，電路參數(shù)包括儲能電感器的電感值、二極管的正向?qū)▔航怠?br>[0009]優(yōu)選地，所述超級電容高效充電器還包括:顯示器，用于顯示充電器的工作狀態(tài)。
【附圖說明】
[0010]結(jié)合附圖，并通過參考下面的詳細(xì)描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點和特征，其中:
[0011]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的超級電容高效充電器的框圖。
[0012]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的超級電容高效充電器的仿真結(jié)果。
[0013]需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標(biāo)有相同或者類似的標(biāo)號。
【具體實施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0015]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的超級電容高效充電器的框圖。
[0016]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的超級電容高效充電器包括:單片機(jī)10、直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器20、M0S晶體管Q1、二極管D1、二極管D2以及儲能電感器30。
[0017]其中，直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器20用于將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成低壓以提供給單片機(jī)10 ;單片機(jī)10的輸出驅(qū)動信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換連接M0S晶體管Q1的門極。M0S晶體管Q1、儲能電感器30、續(xù)流二極管D1構(gòu)成BUCK電路。
[0018]其中，直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器20用于將直流母線51和53提供的電壓轉(zhuǎn)換成低壓以提供給單片機(jī)10 ;單片機(jī)10的輸出驅(qū)動信號進(jìn)過電平轉(zhuǎn)換連接M0S晶體管的門極。二極管D1是續(xù)流二極管，二極管D2用于防止超級電容放電時電流流過Q1。
[0019]單片機(jī)10對直流母線電壓和超級電容器電壓進(jìn)行采樣，并且根據(jù)采樣到的直流母線電壓值和超級電容器電壓值以及電路參數(shù)(具體地，電路參數(shù)包括儲能電感器30電感值、二極管D1的正向?qū)▔航岛投O管D2的正向?qū)▔航?進(jìn)行計算以提供脈沖寬度調(diào)制信號(PWM)來驅(qū)動M0S管Q1。
[0020]具體地，單片機(jī)10以直流母線電壓值和超級電容器電壓值以及電路參數(shù)為已知量，充電電流平均值為目標(biāo)量，根據(jù)開關(guān)電源的原理，計算出作為開關(guān)管的Q1的開通時間和關(guān)斷時間。充電過程中超級電容器電壓是變化的，所以要實時計算，實時調(diào)整。
[0021]直流電壓經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆謮弘娮柽B接單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換端口，單片機(jī)就可以采樣對應(yīng)的電壓。
[0022]在上述電路結(jié)構(gòu)中，二極管D2的作用是能夠防止放電電流流過續(xù)流M0S管Q1，起到保護(hù)Q1的作用。
[0023]儲能電感器30能夠起到平滑電流的作用。
[0024]充電器的主體結(jié)構(gòu)是一個異構(gòu)的BUCK變換器。M0S晶體管Q1工作在開關(guān)模式。單片機(jī)實時采樣直流母線電壓、超級電容器電壓，根據(jù)這兩個電壓和電路參數(shù)計算出續(xù)流Q1的開通時間和開關(guān)周期(換言之，計算沖寬度調(diào)制信號的占空和周期)，可以使得電感電流處于“臨界連續(xù)”狀態(tài)，即:每次Q1開通，電流都是從0開始上升，使充電電流保持恒定。這樣就避免了續(xù)流二極管Q1的反向恢復(fù)噪聲，減小了開關(guān)損耗，提高了效率。同時，單片機(jī)中的計算得到的脈沖寬度調(diào)制信號保證了超級電容器的電壓在很寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)恒定電流充電。
[0025]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的超級電容高效充電器的仿真結(jié)果。圖2的橫軸表示超級電容器電壓(單位:V)，左邊縱軸表示充電電流(單位:A)，右邊縱軸表示續(xù)流二極管Q1的開通時間及開通時間(單位:us)。其中示出了在直流母線電壓330V的情況下，超級電容器電壓在25V到305V的范圍內(nèi)電流恒定，保持充電電流在10A。
[0026]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種超級電容高效充電器，其特征在于包括:單片機(jī)、直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器、MOS晶體管、續(xù)流二極管、以及儲能電感器；其中，直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器用于將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成低壓以提供給單片機(jī)；單片機(jī)的輸出驅(qū)動信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換連接MOS晶體管的門極；MOS晶體管、電感器、續(xù)流二極管構(gòu)成BUCK電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容高效充電器，其特征在于，單片機(jī)對直流母線電壓和超級電容器電壓進(jìn)行采樣，并且根據(jù)采樣到的直流母線電壓值和超級電容器電壓值以及電路參數(shù)進(jìn)行計算以提供脈沖寬度調(diào)制信號來驅(qū)動MOS管。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超級電容高效充電器，其特征在于，電路參數(shù)包括儲能電感器的電感值、二極管的正向?qū)▔航怠?.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超級電容高效充電器，其特征在于還包括:顯示器，用于顯示充電器的工作狀態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超級電容高效充電器，包括：單片機(jī)、直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器、MOS晶體管、續(xù)流二極管、以及儲能電感器；其中，直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器用于將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成低壓以提供給單片機(jī)；單片機(jī)的輸出驅(qū)動信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換連接MOS晶體管的門極。MOS晶體管、電感器、續(xù)流二極管構(gòu)成BUCK電路。
【IPC分類】H02J7/34
【公開號】CN105406574
【申請?zhí)枴緾N201510976873
【發(fā)明人】關(guān)通, 曹清, 吳福永, 秦駿, 何寧, 劉國慶, 楊培和, 袁博
【申請人】無錫江南計算技術(shù)研究所
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月23日