減小超級電容充電時電流沖擊的保護電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電源技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于超級電容在充電過程中的保護電路。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容作為儲能元件，具有功率密度大、充電速度快、容量高、可逆性好、壽命長、可大電流放電等優(yōu)點，并且超級電容的充放電曲線更接近于電容器，可作為后備電源代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池應(yīng)用在各個領(lǐng)域中，特別能夠適應(yīng)于短時高峰值電流的領(lǐng)域中。
[0003]由于超級電容在運輸、安裝過程中不允許帶電，因此只能在超級電容安裝好后才允許給超級電容充電，為防止充電過程中充電器輸出電壓過大產(chǎn)生較大電流沖擊超級電容，通常在充電器和超級電容之間連接過流保護裝置。但超級電容在初始加電瞬間，由于充電器和超級電容的電壓差很大，充電器對超級電容的沖擊電流很大，很容易使充電器和超級電容間的過流保護裝置誤動作。目前為了避免過流保護裝置動作一般采用的方法有三種:1)選用大容量的過流保護裝置，缺點是增加了設(shè)備成本，且過流保護裝置不能起到應(yīng)有的過流保護作用;2)選擇過流保護緩慢的過流保護裝置，缺點是不能及時的進行過流保護；
3)初次加電時在過流保護裝置動作時人為的復(fù)位過流保護裝置，缺點是增加了人的干預(yù)，有一定的不可預(yù)見性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠在超級電容初始充電過程中減小對超級電容電流沖擊的保護電路和方法，以避免過流保護裝置誤動作。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0006]一種減小超級電容充電時電流沖擊的保護電路，包括輸出電流采集電路、輸出電壓采集電路、電容電壓采樣電路、單片機以及脈寬調(diào)制電路;所述輸出電流采集電路用于采集充電器的輸出電流值，輸出電壓采集電路用于采集充電器的輸出電壓值，電容電壓采樣電路用于采集超級電容的電壓值;所述單片機的輸入端分別與輸出電流采集電路、輸出電壓采集電路和電容電壓采樣電路連接，單片機的輸出端連接脈寬調(diào)制電路的輸入端，脈寬調(diào)制電路的輸出端連接充電器;所述脈寬調(diào)制電路用于控制充電器的輸出電壓值高于超級電容的實際電壓值一定值。
[0007]上述減小超級電容充電時電流沖擊的保護電路，所述充電器的輸出電壓值與超級電容實際電壓值的壓差為50V。
[0008]上述減小超級電容充電時電流沖擊的保護電路，所述單片機的輸出端還與充電器的受控端連接，用于控制充電器的啟動與關(guān)閉。
[0009]—種使用上述保護電路、減小超級電容充電時電流沖擊的方法，具體包括以下步驟:
A.充電器開機狀態(tài)下，檢測充電器輸出電流值是否連續(xù)30S大于50mA，如是進入步驟B，如否，則控制充電器關(guān)機并進入開關(guān)機子流程； B.檢測超級電容電壓值U是否小于定值Ue，如是進行步驟C，如否，控制充電器關(guān)機并進入開關(guān)機子流程；
C.控制充電器的輸出電壓值為U+Ue，充電器以3A電流值為超級電容進行充電。
[0010]上述一種減小超級電容充電時電流沖擊的方法，步驟B所述開關(guān)機子流程具體為:充電器關(guān)機狀態(tài)下，檢測超級電容電壓值U，控制充電器以輸出電壓值為U+Ue的狀態(tài)下，進行待充電;持續(xù)30S后，控制充電器開機。
[0011 ]由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進步如下。
[0012]本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、可靠性高，能夠在超級電容初始充電過程中減小對超級電容的電流沖擊，以避免過流保護裝置誤動作，起到保護超級電容的作用。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明所述保護電路的電氣原理框圖；
圖2為本發(fā)明具體實施例中保護電路的電路圖；
圖3為本發(fā)明所述方法的主流程圖；
圖4為本發(fā)明方法中所述開關(guān)機子流程的流程圖。
[0014]圖中各標號表示為:CAP_V:超級電容電壓正端；V0UT:充電器輸出電壓正信號；V0UT_CY:充電器輸出電壓采樣信號;CAP_V _CY:超級電容電壓采樣信號；0UT_1:充電器輸出電流采樣信號;0N/0FF:充電器開關(guān)機控制信號;PWM:充電器電壓調(diào)整信號;R1?R15.第一電阻至第十五電阻，Cl.第一電容，C2.第二電容，U1。第一運放，U2.第二運放，V.三極管，D.二極管。
【具體實施方式】
[0015]下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0016]本發(fā)明電氣原理如圖1所示，包括輸出電流采集電路、輸出電壓采集電路、電容電壓采樣電路、單片機以及脈寬調(diào)制電路;單片機的輸入端分別與輸出電流采集電路、輸出電壓采集電路和電容電壓采樣電路連接，單片機的輸出端連接脈寬調(diào)制電路的輸入端，脈寬調(diào)制電路的輸出端連接充電器。
[0017]輸出電壓采集電路連接在充電器的輸出端單片機之間，用于采集充電器的輸出電壓值，并將采集的充電器輸出電壓采樣信號0UT_CY傳輸給單片機。本實施例中，輸出電壓采集電路的電路圖如圖2所示，包括串聯(lián)連接在充電器正極輸出端與地之間的第六電阻R6和第七電阻R7，充電器輸出電壓采樣信號0UT_CY取自第六電阻R6和第七電阻R7的連接端。
[0018]輸出電流采集電路連接在超級電容負極與單片機之間，用于采集充電器的輸出電流值，并將采集的充電器輸出電流采樣信號0UT_I傳輸給單片機。本實施例中，輸出電流采集電路的電路圖如圖2所示，包括第十電阻R10?第十五電阻R15、第二電容C2和第二運放U2;第二運放U2的正極輸入端經(jīng)第十四電阻R14連接超級電容的負極端，第二運放U2的正極輸入端還經(jīng)第十五電阻R15接地;第二運放U2的負極輸入端經(jīng)第十二電阻R12接地;第十三電阻R13連接在第十四電阻R14和第十二電阻R12之間；第^^一電阻R11連接在第二運放U2的負極輸入端與第二運放U2的輸出端之間；第二運放U2的輸出端依次經(jīng)第十電阻R10和第二電容C2接地，充電器輸出電流采樣信號0UT_I取自第十電阻R10和第二電容C2的連接端。
[0019]電容電壓采樣電路連接超級電容的電壓正端CAP_V和單片機之間，用于采集超級電容的電壓值，并將采集的超級電容電壓采樣信號CAP_V_CY傳輸給單片機。本實施例中，電容電壓采樣電路的電路圖如圖2所示，包括串聯(lián)連接在超級電容正極輸入端與地之間的第八電阻R8和第九電阻R9，超級電容電壓采樣信號CAP_V_CY取自第八電阻R8和第九電阻R9的連接端。
[0020]脈寬調(diào)制電路連接在單片機與充電器之間，用于在單片機的控制下輸出充電器電壓調(diào)整信號PWM，控制充電器的輸出電壓值高于超級電容的實際電壓值一定值，本發(fā)明該定值設(shè)置為50V。本實施例中，脈寬調(diào)制電路的電路圖如圖2所示，包括第一運放U1第三電阻R3、第五電阻R5和第一電容