超級電容三段式充電電路及其為超級電容快速充電的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超級電容三段式充電電路，包括Buck變換器電路、電流采樣電路、充電模式控制電路和充電驅(qū)動電路，超級電容與Buck變換器電路的輸出端連接，電流采樣電路與Buck變換器電路連接，充電模式控制電路與電流采樣電路的輸出端、超級電容和充電驅(qū)動電路的參考電壓輸出端均連接，充電驅(qū)動電路與充電模式控制電路的輸出端和電流采樣電路的輸出端均連接，Buck變換器電路與充電驅(qū)動電路的PWM信號輸出端連接；本發(fā)明公開還公開了一種超級電容三段式充電電路為超級電容快速充電的方法。本發(fā)明實現(xiàn)方便且成本低，提高了超級電容的充電速度，工作穩(wěn)定性和可靠性高，能夠有效的保護超級電容的充放電性能，實用性強。
【專利說明】
超級電容三段式充電電路及其為超級電容快速充電的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于超級電容充電電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超級電容三段式充電電路及其為超級電容快速充電的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對于綠色能源和生態(tài)環(huán)境越來越關(guān)注，超級電容器作為一種新型的儲能器件，因其無可替代的優(yōu)越性，越來越受到人們的重視。超級電容具有存儲能量大、充電速度快、循環(huán)使用壽命長、功率密度高、超低溫特性好和綠色環(huán)保等諸多優(yōu)點。與蓄電池相比，它具有更低的串聯(lián)等效電阻、更長的使用壽命、更寬的溫度工作范圍、更寬的電壓變化范圍、免維護和可密封等優(yōu)勢。目前，關(guān)于超級電容的充電方式主要由以下幾種，恒流充電、恒壓充電、恒流轉(zhuǎn)恒壓充電、脈沖電流充電以及恒功率充電等。采取恒流充電，此方法比較簡單，但它的缺點在于，如果充電電流較小，充電時間會很長，若充電電流較大，充電后期可能對超級電容造成一定的損壞，大電流充電在實現(xiàn)縮短充電時間的同時，超級電容器的儲能量也受到了較大的限制。恒壓充電能夠在很大程度上穩(wěn)定電容器的雙電層平衡電勢，有利于雙電層的穩(wěn)定形成。恒壓充電剛開始時充電效率隨著充電時間的增加而增加，但當充電效率達到一定時，充電效率隨著充電時間的增加將會將低。恒功率充電能夠有效的提高充電效率，縮短充電時間，但是其控制電路實現(xiàn)比較復(fù)雜。充電方式對超級電容的充電效率，儲能容量，充電時間等都有很大的影響。恒流充電效率高但是到了充電的后期電容兩端電壓過大且會影響超級電容的儲能容量;恒壓充電效率過低，充電時間慢;恒功率充電控制電路復(fù)雜。所以可以采取組合充電的方式，來克服不同充電方式對超級電容性能的影響。但是，現(xiàn)在技術(shù)中還缺乏電路結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、工作可靠性高，能夠解決超級電容在單一充電模式時帶來的弊端、能夠有效的保護超級電容的充放電性能的超級電容充電電路。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種電路結(jié)構(gòu)簡單、計新穎合理、實現(xiàn)方便且成本低、提高了超級電容的充電速度、工作穩(wěn)定性和可靠性高、能夠有效的保護超級電容的充放電性能、實用性強、使用效果好、便于推廣使用的超級電容三段式充電電路。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種超級電容三段式充電電路，其特征在于:包括與電壓源的輸出端連接的Buck變換器電路、用于對Buck變換器電路的輸出電流進行采樣的電流采樣電路、充電模式控制電路和充電驅(qū)動電路，所述超級電容與Buck變換器電路的輸出端連接，所述電流采樣電路與Buck變換器電路連接，所述充電模式控制電路與電流采樣電路的輸出端、超級電容和充電驅(qū)動電路的參考電壓輸出端均連接，所述充電驅(qū)動電路與充電模式控制電路的輸出端和電流采樣電路的輸出端均連接，所述Buck變換器電路與充電驅(qū)動電路的PffM信號輸出端連接；
[0005]所述充電模式控制電路包括運算放大器U2和運算放大器U3，穩(wěn)壓二極管D2、開關(guān)二極管D3和開關(guān)二極管D4;所述運算放大器U2的同相輸入端通過電阻R5與電流采樣電路的輸出端連接，且通過電阻R6與穩(wěn)壓二極管D2的陽極連接，所述穩(wěn)壓二極管D2的陰極與超級電容的正極連接，所述運算放大器U2的反相輸入端通過電阻RlO與充電驅(qū)動電路的參考電壓輸出端連接，且通過電阻Rll接地，所述運算放大器U2的反相輸入端與輸出端之間接有非極性電容C5，所述運算放大器U2的輸出端與開關(guān)二極管D3的陽極連接;所述運算放大器U3的同相輸入端通過電阻R4與超級電容的正極連接，且通過電阻R3接地，所述運算放大器U3的反相輸入端通過電阻R8與充電驅(qū)動電路的參考電壓輸出端連接，且通過電阻R7接地，所述運算放大器U3的反相輸入端與輸出端之間接有非極性電容C6，所述運算放大器U3的輸出端與開關(guān)二極管D4的陽極連接;所述開關(guān)二極管D3的陰極與開關(guān)二極管D4的陰極連接且為充電模式控制電路的輸出端；
[0006]所述充電驅(qū)動電路包括芯片UC3843和三極管Q2，所述芯片UC3843的第I引腳與第2引腳之間接有并聯(lián)的非極性電容C2和電阻R15，所述芯片UC3843的第2引腳與充電模式控制電路的輸出端連接，所述芯片UC3843的第3引腳通過電阻R13與電流采樣電路的輸出端連接，所述芯片UC3843的第4引腳通過非極性電容C3接地，所述芯片UC3843的第5引腳接地，所述芯片UC3843的第4引腳與第8引腳之間接有電阻R12，所述芯片UC3843的第8引腳為充電驅(qū)動電路的參考電壓輸出端，所述三極管Q2的基極通過電阻R14與所述芯片UC3843的第6引腳連接，所述三極管Q2的發(fā)射極接地，所述三極管Q2的集電極為充電驅(qū)動電路的PWM信號輸出端。
[0007]上述的超級電容三段式充電電路，其特征在于:所述Buck變換器電路包括PMOS開關(guān)管Q1、快恢復(fù)二極管D1、電感L和極性電容Cl，所述PMOS開關(guān)管Ql的漏極與電壓源的正極輸出端連接，所述PMOS開關(guān)管Ql的漏極與柵極之間接有電阻Rl，所述PMOS開關(guān)管Ql的柵極通過電阻R2與充電驅(qū)動電路的PffM信號輸出端連接，所述電感L的一端和快恢復(fù)二極管DI的陰極均與PMOS開關(guān)管Ql的源級連接，所述快恢復(fù)二極管Dl的陽極與電壓源的負極輸出端連接且接地，所述極性電容Cl的正極與電感L的另一端連接且為Buck變換器電路的正極輸出端，所述極性電容Cl的負極為Buck變換器電路的負極輸出端，所述超級電容的正極與Buck變換器電路的正極輸出端連接，所述超級電容的負極與Buck變換器電路的負極輸出端連接。
[0008]上述的超級電容三段式充電電路，其特征在于:所述電流采樣電路由電阻RS構(gòu)成，所述電阻RS的一端與Buck變換器電路的負極輸出端連接，所述電阻RS的另一端接地。
[0009]上述的一種超級電容三段式充電電路，其特征在于:所述三極管Q2為NPN型三極管。
[0010]本發(fā)明還提供了一種方法步驟簡單、實現(xiàn)方便的超級電容三段式充電電路為超級電容快速充電的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0011 ]步驟一、電路連接:將Buck變換器電路的輸入端與電壓源的輸出端連接，并將超級電容的正極與Buck變換器電路的正極輸出端連接，將超級電容的負極與Buck變換器電路的負極輸出端連接；
[0012]步驟二、恒流充電:剛上電時，所述電流采樣電路對Buck變換器電路的輸出電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為電壓信號后經(jīng)電阻R5傳輸?shù)竭\算放大器U2的同相輸入端，運算放大器U2將其同相輸入端的電壓與其反相輸入端的充電驅(qū)動電路輸出給其的參考電壓相比較，當其同相輸入端的電壓高于其反相輸入端的參考電壓時，說明Buck變換器電路的輸出電流大于給定恒流充電電流，此時，運算放大器U2的輸出電壓增加，所述充電驅(qū)動電路中芯片UC3843的輸出占空比減小，使Buck變換器電路的充電電流減小，從而實現(xiàn)超級電容恒流充電；
[0013]步驟三、恒功率充電:隨著超級電容兩端的電壓增加，當超級電容兩端的電壓增加到達到穩(wěn)壓二極管D2的擊穿電壓時，超過穩(wěn)壓二極管D2的擊穿電壓的電壓通過電阻R6與所述電流采樣電路輸出的電壓疊加后加在運算放大器U2的同相輸入端，隨著超級電容兩端電壓的持續(xù)增加，使得運算放大器U2的輸出電壓也相應(yīng)增加，所述充電驅(qū)動電路中芯片UC3843的輸出占空比減小，使Buck變換器電路的充電電流減小，從而實現(xiàn)超級電容恒功率充電；
[0014]步驟四、恒壓充電:隨著超級電容兩端電壓繼續(xù)增大，當超級電容兩端的電壓增加到高于設(shè)定的恒壓充電電壓值時，運算放大器U3的同相輸入端的電壓高于運算放大器U3的反相輸入端的充電驅(qū)動電路輸出給其的參考電壓，運算放大器U3的輸出電壓增加，所述充電驅(qū)動電路中芯片UC3843的輸出占空比減小，使Buck變換器電路的充電電壓減小，從而實現(xiàn)超級電容恒壓充電。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0016]1、本發(fā)明超級電容三段式充電電路的電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計新穎合理，實現(xiàn)方便且成本低。
[0017]2、本發(fā)明超級電容三段式充電電路的功能完備，能夠?qū)崿F(xiàn)對超級電容恒流、恒功率、恒壓三種充電模式的充電，三種充電模式的轉(zhuǎn)換能夠解決超級電容在單一充電模式時帶來的弊端，發(fā)揮充電電源效能，提高充電速度。
[0018]3、本發(fā)明能夠方便地實現(xiàn)恒流、恒功率、恒壓三種充電模式的轉(zhuǎn)換，恒流充電能夠避免超級電容低壓時對充電電源的大電流沖擊，并提高充電速度;恒功率充電能夠在提高充電電源功率利用率的同時，加快充電速度;而且恒功率充電進一步提高了充電效率;恒壓充電不僅能夠避免超級電容因內(nèi)部高溫對其容量特性的影響，又避免了超級電容自身漏電而引起的容量損失，還可保證超級電容不因過充電而損壞。
[0019]4、本發(fā)明超級電容三段式充電電路的工作穩(wěn)定性和可靠性高，能夠有效的保護超級電容的充放電性能。
[0020]5、本發(fā)明超級電容三段式充電電路為超級電容快速充電的方法步驟簡單，實現(xiàn)方便。
[0021]6、本發(fā)明的實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0022]綜上所述，本發(fā)明設(shè)計新穎合理，實現(xiàn)方便且成本低，提高了超級電容的充電速度，工作穩(wěn)定性和可靠性高，能夠有效的保護超級電容的充放電性能，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0023]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明超級電容三段式充電電路的電路原理框圖。
[0025]圖2為本發(fā)明超級電容三段式充電電路的電路原理圖。
[0026]圖3為本發(fā)明超級電容三段式充電電路為超級電容快速充電的方法的流程框圖。
[0027]附圖標記說明:
[0028]I 一 Buck變換器電路；2—電流采樣電路； 3—充電模式控制電路；
[0029]4 一充電驅(qū)動電路； 5—超級電容；6—電壓源。
【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，本發(fā)明的超級電容三段式充電電路，包括與電壓源6的輸出端連接的Buck變換器電路1、用于對Buck變換器電路I的輸出電流進行采樣的電流采樣電路2、充電模式控制電路3和充電驅(qū)動電路4，所述超級電容5與Buck變換器電路I的輸出端連接，所述電流采樣電路2與Buck變換器電路I連接，所述充電模式控制電路3與電流采樣電路2的輸出端、超級電容5和充電驅(qū)動電路4的參考電壓輸出端均連接，所述充電驅(qū)動電路4與充電模式控制電路3的輸出端和電流采樣電路2的輸出端均連接，所述Buck變換器電路I與充電驅(qū)動電路4的PffM信號輸出端連接；
[0031]如圖2所示，所述充電模式控制電路3包括運算放大器U2和運算放大器U3，穩(wěn)壓二極管D2、開關(guān)二極管D3和開關(guān)二極管D4;所述運算放大器U2的同相輸入端通過電阻R5與電流采樣電路2的輸出端連接，且通過電阻R6與穩(wěn)壓二極管D2的陽極連接，所述穩(wěn)壓二極管D2的陰極與超級電容5的正極連接，所述運算放大器U2的反相輸入端通過電阻RlO與充電驅(qū)動電路4的參考電壓輸出端連接，且通過電阻Rll接地，所述運算放大器U2的反相輸入端與輸出端之間接有非極性電容C5，所述運算放大器U2的輸出端與開關(guān)二極管D3的陽極連接;所述運算放大器U3的同相輸入端通過電阻R4與超級電容5的正極連接，且通過電阻R3接地，所述運算放大器U3的反相輸入端通過電阻R8與充電驅(qū)動電路4的參考電壓輸出端連接，且通過電阻R7接地，所述運算放大器U3的反相輸入端與輸出端之間接有非極性電容C6，所述運算放大器U3的輸出端與開關(guān)二極管D4的陽極連接;所述開關(guān)二極管D3的陰極與開關(guān)二極管D4的陰極連接且為充電模式控制電路3的輸出端；
[0032]如圖2所示，所述充電驅(qū)動電路4包括芯片UC3843和三極管Q2，所述芯片UC3843的第I引腳與第2引腳之間接有并聯(lián)的非極性電容C2和電阻R15，所述芯片UC3843的第2引腳與充電模式控制電路3的輸出端連接，所述芯片UC3843的第3引腳通過電阻R13與電流采樣電路2的輸出端連接，所述芯片UC3843的第4引腳通過非極性電容C3接地，所述芯片UC3843的第5引腳接地，所述芯片UC3843的第4引腳與第8引腳之間接有電阻R12，所述芯片UC3843的第8引腳為充電驅(qū)動電路4的參考電壓輸出端，所述三極管Q2的基極通過電阻R14與所述芯片UC3843的第6引腳連接，所述三極管Q2的發(fā)射極接地，所述三極管Q2的集電極為充電驅(qū)動電路4的PffM信號輸出端。
[0033]本實施例中，如圖2所示，所述Buck變換器電路I包括PMOS開關(guān)管Q1、快恢復(fù)二極管Dl、電感L和極性電容Cl，所述PMOS開關(guān)管Ql的漏極與電壓源6的正極輸出端連接，所述PMOS開關(guān)管Ql的漏極與柵極之間接有電阻Rl，所述PMOS開關(guān)管Ql的柵極通過電阻R2與充電驅(qū)動電路4的HVM信號輸出端連接，所述電感L的一端和快恢復(fù)二極管Dl的陰極均與PMOS開關(guān)管Ql的源級連接，所述快恢復(fù)二極管Dl的陽極與電壓源6的負極輸出端連接且接地，所述極性電容Cl的正極與電感L的另一端連接且為Buck變換器電路I的正極輸出端，所述極性電容Cl的負極為Buck變換器電路I的負極輸出端，所述超級電容5的正極與Buck變換器電路I的正極輸出端連接，所述超級電容5的負極與Buck變換器電路I的負極輸出端連接。使用時，在PMOS開關(guān)管Ql導(dǎo)通期間，快恢復(fù)二極管Dl截止，電壓源6通過電感L向超級電容5充電，同時流過電感L的電流線性增加，將電能轉(zhuǎn)換成磁能儲存在電感L中；在PMOS開關(guān)管Ql關(guān)斷期間，快恢復(fù)二極管Dl導(dǎo)通續(xù)流，流過電感L的電流線性減小，電感L儲存的能量繼續(xù)給超級電容5充電。
[0034]本實施例中，如圖2所示，所述電流采樣電路2由電阻RS構(gòu)成，所述電阻RS的一端與Buck變換器電路I的負極輸出端連接，所述電阻RS的另一端接地。
[0035]本實施例中，所述三極管Q2為NPN型三極管。
[0036]如圖3所示，本發(fā)明的超級電容三段式充電電路為超級電容快速充電的方法，包括以下步驟:
[0037]步驟一、電路連接:將Buck變換器電路I的輸入端與電壓源6的輸出端連接，并將超級電容5的正極與Buck變換器電路I的正極輸出端連接，將超級電容5的負極與Buck變換器電路I的負極輸出端連接；
[0038]步驟二、恒流充電:剛上電時，所述電流采樣電路2對Buck變換器電路I的輸出電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為電壓信號后經(jīng)電阻R5傳輸?shù)竭\算放大器U2的同相輸入端，運算放大器U2將其同相輸入端的電壓與其反相輸入端的充電驅(qū)動電路4輸出給其的參考電壓相比較，當其同相輸入端的電壓高于其反相輸入端的參考電壓時，說明Buck變換器電路I的輸出電流大于給定恒流充電電流，此時，運算放大器U2的輸出電壓增加，所述充電驅(qū)動電路4中芯片UC3843的輸出占空比減小，使Buck變換器電路I的充電電流減小，從而實現(xiàn)超級電容5恒流充電；剛上電時，超級電容5兩端電壓很低，Buck變換器電路I工作于恒流充電模式；
[0039]步驟三、恒功率充電:隨著超級電容5兩端的電壓增加，當超級電容5兩端的電壓增加到達到穩(wěn)壓二極管D2的擊穿電壓時，超過穩(wěn)壓二極管D2的擊穿電壓的電壓通過電阻R6與所述電流采樣電路2輸出的電壓疊加后加在運算放大器U2的同相輸入端，隨著超級電容5兩端電壓(充電電壓)的持續(xù)增加，使得運算放大器U2的輸出電壓也相應(yīng)增加，所述充電驅(qū)動電路4中芯片UC3843的輸出占空比減小，使Buck變換器電路I的充電電流減小，從而實現(xiàn)超級電容5恒功率充電；由于運算放大器U2的反相輸入端的參考電壓不變，因此隨著超級電容5兩端電壓的增加，當運算放大器U2的同相輸入端電壓增大時，為了維持運算放大器U2的同相輸入端電壓不變，迫使所述充電驅(qū)動電路4中芯片UC3843的輸出占空比減小，使Buck變換器電路I的充電電流減小，功率不變，從而實現(xiàn)超級電容5恒功率充電；
[0040]步驟四、恒壓充電:隨著超級電容5兩端電壓繼續(xù)增大，當超級電容5兩端的電壓增加到高于設(shè)定的恒壓充電電壓值時，運算放大器U3的同相輸入端的電壓即電阻R3兩端的電壓高于運算放大器U3的反相輸入端的充電驅(qū)動電路4輸出給其的參考電壓，運算放大器U3的輸出電壓增加，所述充電驅(qū)動電路4中芯片UC3843的輸出占空比減小，使Buck變換器電路I的充電電壓減小，從而實現(xiàn)超級電容5恒壓充電。即為浮充模式。具體實施時，根據(jù)超級電容額定電壓設(shè)定恒壓充電電壓值，當超級電容5兩端的電壓增加到高于設(shè)定的恒壓充電電壓值時，電阻R3分得的電壓大于了電阻R7分得的電壓，運算放大器U3的輸出電壓增加，所述充電驅(qū)動電路4中芯片UC3843的輸出占空比減小，使Buck變換器電路I的充電電壓減小，從而實現(xiàn)超級電容5恒壓充電。
[0041]步驟二、步驟三和步驟四中，當運算放大器U2的輸出電壓增加或運算放大器U3的輸出電壓增加時，芯片UC3843的第2引腳的反饋電壓也增加，芯片UC3843的第6引腳輸出的PWM波的占空比減小，將會使三極管Q2的導(dǎo)通時間減小，PMOS開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時間也隨之減小，相對應(yīng)的輸出電流或者電壓也減小，從而使超級電容5的充電電流、功率或電壓穩(wěn)定。
[0042]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種超級電容三段式充電電路，其特征在于:包括與電壓源(6)的輸出端連接的Buck變換器電路(I)、用于對Buck變換器電路(I)的輸出電流進行采樣的電流采樣電路(2)、充電模式控制電路(3)和充電驅(qū)動電路(4)，所述超級電容(5)與Buck變換器電路(I)的輸出端連接，所述電流采樣電路(2)與Buck變換器電路(I)連接，所述充電模式控制電路(3)與電流采樣電路(2)的輸出端、超級電容(5)和充電驅(qū)動電路(4)的參考電壓輸出端均連接，所述充電驅(qū)動電路(4)與充電模式控制電路(3)的輸出端和電流采樣電路(2)的輸出端均連接，所述Buck變換器電路(I)與充電驅(qū)動電路(4)的PffM信號輸出端連接； 所述充電模式控制電路(3)包括運算放大器U2和運算放大器U3，穩(wěn)壓二極管D2、開關(guān)二極管D3和開關(guān)二極管D4;所述運算放大器U2的同相輸入端通過電阻R5與電流采樣電路(2)的輸出端連接，且通過電阻R6與穩(wěn)壓二極管D2的陽極連接，所述穩(wěn)壓二極管D2的陰極與超級電容(5)的正極連接，所述運算放大器U2的反相輸入端通過電阻RlO與充電驅(qū)動電路(4)的參考電壓輸出端連接，且通過電阻Rll接地，所述運算放大器U2的反相輸入端與輸出端之間接有非極性電容C5，所述運算放大器U2的輸出端與開關(guān)二極管D3的陽極連接;所述運算放大器U3的同相輸入端通過電阻R4與超級電容(5)的正極連接，且通過電阻R3接地，所述運算放大器U3的反相輸入端通過電阻R8與充電驅(qū)動電路(4)的參考電壓輸出端連接，且通過電阻R7接地，所述運算放大器U3的反相輸入端與輸出端之間接有非極性電容C6，所述運算放大器U3的輸出端與開關(guān)二極管D4的陽極連接;所述開關(guān)二極管D3的陰極與開關(guān)二極管D4的陰極連接且為充電模式控制電路(3)的輸出端； 所述充電驅(qū)動電路(4)包括芯片UC3843和三極管Q2，所述芯片UC3843的第I引腳與第2引腳之間接有并聯(lián)的非極性電容C2和電阻R15，所述芯片UC3843的第2引腳與充電模式控制電路(3)的輸出端連接，所述芯片UC3843的第3引腳通過電阻R13與電流采樣電路(2)的輸出端連接，所述芯片UC3843的第4引腳通過非極性電容C3接地，所述芯片UC3843的第5引腳接地，所述芯片UC3843的第4引腳與第8引腳之間接有電阻R12，所述芯片UC3843的第8引腳為充電驅(qū)動電路(4)的參考電壓輸出端，所述三極管Q2的基極通過電阻R14與所述芯片UC3843的第6引腳連接，所述三極管Q2的發(fā)射極接地，所述三極管Q2的集電極為充電驅(qū)動電路(4)的PffM信號輸出端。2.按照權(quán)利要求1所述的超級電容三段式充電電路，其特征在于:所述Buck變換器電路(1)包括PMOS開關(guān)管Ql、快恢復(fù)二極管Dl、電感L和極性電容Cl，所述PMOS開關(guān)管Ql的漏極與電壓源(6)的正極輸出端連接，所述PMOS開關(guān)管QI的漏極與柵極之間接有電阻RI，所述PMOS開關(guān)管Ql的柵極通過電阻R2與充電驅(qū)動電路(4)的PWM信號輸出端連接，所述電感L的一端和快恢復(fù)二極管Dl的陰極均與PMOS開關(guān)管Ql的源級連接，所述快恢復(fù)二極管Dl的陽極與電壓源(6)的負極輸出端連接且接地，所述極性電容Cl的正極與電感L的另一端連接且為Buck變換器電路(I)的正極輸出端，所述極性電容Cl的負極為Buck變換器電路(I)的負極輸出端，所述超級電容(5)的正極與Buck變換器電路(I)的正極輸出端連接，所述超級電容(5)的負極與Buck變換器電路(I)的負極輸出端連接。3.按照權(quán)利要求1所述的超級電容三段式充電電路，其特征在于:所述電流采樣電路(2)由電阻RS構(gòu)成，所述電阻RS的一端與Buck變換器電路(I)的負極輸出端連接，所述電阻RS的另一端接地。4.按照權(quán)利要求1所述的一種超級電容三段式充電電路，其特征在于:所述三極管Q2為NPN型三極管。5.—種采用如權(quán)利要求1所述的超級電容三段式充電電路為超級電容快速充電的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、電路連接:將Buck變換器電路(I)的輸入端與電壓源(6)的輸出端連接，并將超級電容(5)的正極與Buck變換器電路(I)的正極輸出端連接，將超級電容(5)的負極與Buck變換器電路(I)的負極輸出端連接； 步驟二、恒流充電:剛上電時，所述電流采樣電路(2)對Buck變換器電路(I)的輸出電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為電壓信號后經(jīng)電阻R5傳輸?shù)竭\算放大器U2的同相輸入端，運算放大器U2將其同相輸入端的電壓與其反相輸入端的充電驅(qū)動電路(4)輸出給其的參考電壓相比較，當其同相輸入端的電壓高于其反相輸入端的參考電壓時，說明Buck變換器電路(I)的輸出電流大于給定恒流充電電流，此時，運算放大器U2的輸出電壓增加，所述充電驅(qū)動電路(4)中芯片UC3843的輸出占空比減小，使Buck變換器電路(I)的充電電流減小，從而實現(xiàn)超級電容(5)恒流充電； 步驟三、恒功率充電:隨著超級電容(5)兩端的電壓增加，當超級電容(5)兩端的電壓增加到達到穩(wěn)壓二極管D2的擊穿電壓時，超過穩(wěn)壓二極管D2的擊穿電壓的電壓通過電阻R6與所述電流采樣電路(2)輸出的電壓疊加后加在運算放大器U2的同相輸入端，隨著超級電容(5)兩端電壓的持續(xù)增加，使得運算放大器U2的輸出電壓也相應(yīng)增加，所述充電驅(qū)動電路(4)中芯片UC3843的輸出占空比減小，使Buck變換器電路(I)的充電電流減小，從而實現(xiàn)超級電容(5)恒功率充電； 步驟四、恒壓充電:隨著超級電容(5)兩端電壓繼續(xù)增大，當超級電容(5)兩端的電壓增加到高于設(shè)定的恒壓充電電壓值時，運算放大器U3的同相輸入端的電壓高于運算放大器U3的反相輸入端的充電驅(qū)動電路(4)輸出給其的參考電壓，運算放大器U3的輸出電壓增加，所述充電驅(qū)動電路(4)中芯片UC3843的輸出占空比減小，使Buck變換器電路(I)的充電電壓減小，從而實現(xiàn)超級電容(5)恒壓充電。
【文檔編號】H02J7/34GK106026334SQ201610599055
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月27日
【發(fā)明人】劉樹林, 張法旺, 周閔陽光, 韓躍云, 徐惠三, 聶燊
【申請人】西安科技大學(xué)