一种超级电容的快速充电电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种超级电容的快速充电电路，包括Buck变换器电路、电流采样电路、充电模式控制电路和充电驱动电路，超级电容与Buck变换器电路的输出端连接，电流采样电路与Buck变换器电路连接，充电模式控制电路与电流采样电路的输出端、超级电容和充电驱动电路的参考电压输出端均连接，充电驱动电路与充电模式控制电路的输出端和电流采样电路的输出端均连接，Buck变换器电路与充电驱动电路的PWM信号输出端连接。本实用新型专利技术的电路结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低，提高了超级电容的充电速度，工作稳定性和可靠性高，能够有效的保护超级电容的充放电性能，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容的快速充电电路
本技术属于超级电容充电电路
，具体涉及一种超级电容的快速充电电路。
技术介绍
随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件，因其无可替代的优越性，越来越受到人们的重视。超级电容具有存储能量大、充电速度快、循环使用寿命长、功率密度高、超低温特性好和绿色环保等诸多优点。与蓄电池相比，它具有更低的串联等效电阻、更长的使用寿命、更宽的温度工作范围、更宽的电压变化范围、免维护和可密封等优势。目前，关于超级电容的充电方式主要由以下几种，恒流充电、恒压充电、恒流转恒压充电、脉冲电流充电以及恒功率充电等。采取恒流充电，此方法比较简单，但它的缺点在于,如果充电电流较小，充电时间会很长，若充电电流较大，充电后期可能对超级电容造成一定的损坏，大电流充电在实现缩短充电时间的同时，超级电容器的储能量也受到了较大的限制。恒压充电能够在很大程度上稳定电容器的双电层平衡电势，有利于双电层的稳定形成。恒压充电刚开始时充电效率随着充电时间的增加而增加，但当充电效率达到一定时，充电效率随着充电时间的增加将会将低。恒功率充电能够有效的提高充电效率，缩短充电时间，但是其控制电路实现比较复杂。充电方式对超级电容的充电效率，储能容量，充电时间等都有很大的影响。恒流充电效率高但是到了充电的后期电容两端电压过大且会影响超级电容的储能容量；恒压充电效率过低，充电时间慢；恒功率充电控制电路复杂。所以可以采取组合充电的方式，来克服不同充电方式对超级电容性能的影响。但是，现在技术中还缺乏电路结构简单、设计合理、工作可靠性高，能够解决超级电容在单一充电模式时带来的弊端、能够有效的保护超级电容的充放电性能的超级电容充电电路。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种超级电容的快速充电电路，其电路结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低，提高了超级电容的充电速度，工作稳定性和可靠性高，能够有效的保护超级电容的充放电性能，实用性强，使用效果好，便于推广使用。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种超级电容的快速充电电路，其特征在于：包括与电压源的输出端连接的Buck变换器电路、用于对Buck变换器电路的输出电流进行采样的电流采样电路、充电模式控制电路和充电驱动电路，所述超级电容与Buck变换器电路的输出端连接，所述电流采样电路与Buck变换器电路连接，所述充电模式控制电路与电流采样电路的输出端、超级电容和充电驱动电路的参考电压输出端均连接，所述充电驱动电路与充电模式控制电路的输出端和电流采样电路的输出端均连接，所述Buck变换器电路与充电驱动电路的PWM信号输出端连接；所述充电模式控制电路包括运算放大器U2和运算放大器U3，稳压二极管D2，开关二极管D3和开关二极管D4；所述运算放大器U2的同相输入端通过电阻R5与电流采样电路的输出端连接，且通过电阻R6与稳压二极管D2的阳极连接，所述稳压二极管D2的阴极与超级电容的正极连接，所述运算放大器U2的反相输入端通过电阻R10与充电驱动电路的参考电压输出端连接，且通过电阻R11接地，所述运算放大器U2的反相输入端与输出端之间接有非极性电容C5，所述运算放大器U2的输出端与开关二极管D3的阳极连接；所述运算放大器U3的同相输入端通过电阻R4与超级电容的正极连接，且通过电阻R3接地，所述运算放大器U3的反相输入端通过电阻R8与充电驱动电路的参考电压输出端连接，且通过电阻R7接地，所述运算放大器U3的反相输入端与输出端之间接有非极性电容C6，所述运算放大器U3的输出端与开关二极管D4的阳极连接；所述开关二极管D3的阴极与开关二极管D4的阴极连接且为充电模式控制电路的输出端；所述充电驱动电路包括芯片UC3843和三极管Q2，所述芯片UC3843的第1引脚与第2引脚之间接有并联的非极性电容C2和电阻R15，所述芯片UC3843的第2引脚与充电模式控制电路的输出端连接，所述芯片UC3843的第3引脚通过电阻R13与电流采样电路的输出端连接，所述芯片UC3843的第4引脚通过非极性电容C3接地，所述芯片UC3843的第5引脚接地，所述芯片UC3843的第4引脚与第8引脚之间接有电阻R12，所述芯片UC3843的第8引脚为充电驱动电路的参考电压输出端，所述三极管Q2的基极通过电阻R14与所述芯片UC3843的第6引脚连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极为充电驱动电路的PWM信号输出端。上述的一种超级电容的快速充电电路，其特征在于：所述Buck变换器电路包括PMOS开关管Q1、快恢复二极管D1、电感L和极性电容C1，所述PMOS开关管Q1的漏极与电压源的正极输出端连接，所述PMOS开关管Q1的漏极与栅极之间接有电阻R1，所述PMOS开关管Q1的栅极通过电阻R2与充电驱动电路的PWM信号输出端连接，所述电感L的一端和快恢复二极管D1的阴极均与PMOS开关管Q1的源级连接，所述快恢复二极管D1的阳极与电压源的负极输出端连接且接地，所述极性电容C1的正极与电感L的另一端连接且为Buck变换器电路的正极输出端，所述极性电容C1的负极为Buck变换器电路的负极输出端，所述超级电容的正极与Buck变换器电路的正极输出端连接，所述超级电容的负极与Buck变换器电路的负极输出端连接。上述的一种超级电容的快速充电电路，其特征在于：所述电流采样电路由电阻RS构成，所述电阻RS的一端与Buck变换器电路的负极输出端连接，所述电阻RS的另一端接地。上述的一种超级电容的快速充电电路，其特征在于：所述三极管Q2为NPN型三极管。本技术与现有技术相比具有以下优点：1、本技术的电路结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低。2、本技术的功能完备，能够实现对超级电容恒流、恒功率、恒压三种充电模式的充电，三种充电模式的转换能够解决超级电容在单一充电模式时带来的弊端，发挥充电电源效能，提高充电速度。3、本技术能够方便地实现恒流、恒功率、恒压三种充电模式的转换，恒流充电能够避免超级电容低压时对充电电源的大电流冲击，并提高充电速度；恒功率充电能够在提高充电电源功率利用率的同时，加快充电速度；而且恒功率充电进一步提高了充电效率；恒压充电不仅能够避免超级电容因内部高温对其容量特性的影响，又避免了超级电容自身漏电而引起的容量损失，还可保证超级电容不因过充电而损坏。4、本技术的工作稳定性和可靠性高，能够有效的保护超级电容的充放电性能。5、本技术的实用性强，使用效果好，便于推广使用。综上所述，本技术的电路结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低，提高了超级电容的充电速度，工作稳定性和可靠性高，能够有效的保护超级电容的充放电性能，实用性强，使用效果好，便于推广使用。下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本技术超级电容多模式快速充电电路的电路原理框图。图2为本技术超级电容多模式快速充电电路的电路原理图。附图标记说明:1—Buck变换器电路；2—电流采样电路；3—充电模式控制电路；4—充电驱动电路；5—超级电容；6—电压源。具体实施方式如图1所示，本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级电容的快速充电电路，其特征在于：包括与电压源(6)的输出端连接的Buck变换器电路(1)、用于对Buck变换器电路(1)的输出电流进行采样的电流采样电路(2)、充电模式控制电路(3)和充电驱动电路(4)，所述超级电容(5)与Buck变换器电路(1)的输出端连接，所述电流采样电路(2)与Buck变换器电路(1)连接，所述充电模式控制电路(3)与电流采样电路(2)的输出端、超级电容(5)和充电驱动电路(4)的参考电压输出端均连接，所述充电驱动电路(4)与充电模式控制电路(3)的输出端和电流采样电路(2)的输出端均连接，所述Buck变换器电路(1)与充电驱动电路(4)的PWM信号输出端连接；所述充电模式控制电路(3)包括运算放大器U2和运算放大器U3，稳压二极管D2，开关二极管D3和开关二极管D4；所述运算放大器U2的同相输入端通过电阻R5与电流采样电路(2)的输出端连接，且通过电阻R6与稳压二极管D2的阳极连接，所述稳压二极管D2的阴极与超级电容(5)的正极连接，所述运算放大器U2的反相输入端通过电阻R10与充电驱动电路(4)的参考电压输出端连接，且通过电阻R11接地，所述运算放大器U2的反相输入端与输出端之间接有非极性电容C5，所述运算放大器U2的输出端与开关二极管D3的阳极连接；所述运算放大器U3的同相输入端通过电阻R4与超级电容(5)的正极连接，且通过电阻R3接地，所述运算放大器U3的反相输入端通过电阻R8与充电驱动电路(4)的参考电压输出端连接，且通过电阻R7接地，所述运算放大器U3的反相输入端与输出端之间接有非极性电容C6，所述运算放大器U3的输出端与开关二极管D4的阳极连接；所述开关二极管D3的阴极与开关二极管D4的阴极连接且为充电模式控制电路(3)的输出端；所述充电驱动电路(4)包括芯片UC3843和三极管Q2，所述芯片UC3843的第1引脚与第2引脚之间接有并联的非极性电容C2和电阻R15，所述芯片UC3843的第2引脚与充电模式控制电路(3)的输出端连接，所述芯片UC3843的第3引脚通过电阻R13与电流采样电路(2)的输出端连接，所述芯片UC3843的第4引脚通过非极性电容C3接地，所述芯片UC3843的第5引脚接地，所述芯片UC3843的第4引脚与第8引脚之间接有电阻R12，所述芯片UC3843的第8引脚为充电驱动电路(4)的参考电压输出端，所述三极管Q2的基极通过电阻R14与所述芯片UC3843的第6引脚连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极为充电驱动电路(4)的PWM信号输出端。...

【技术特征摘要】
1.一种超级电容的快速充电电路，其特征在于：包括与电压源(6)的输出端连接的Buck变换器电路(1)、用于对Buck变换器电路(1)的输出电流进行采样的电流采样电路(2)、充电模式控制电路(3)和充电驱动电路(4)，所述超级电容(5)与Buck变换器电路(1)的输出端连接，所述电流采样电路(2)与Buck变换器电路(1)连接，所述充电模式控制电路(3)与电流采样电路(2)的输出端、超级电容(5)和充电驱动电路(4)的参考电压输出端均连接，所述充电驱动电路(4)与充电模式控制电路(3)的输出端和电流采样电路(2)的输出端均连接，所述Buck变换器电路(1)与充电驱动电路(4)的PWM信号输出端连接；所述充电模式控制电路(3)包括运算放大器U2和运算放大器U3，稳压二极管D2，开关二极管D3和开关二极管D4；所述运算放大器U2的同相输入端通过电阻R5与电流采样电路(2)的输出端连接，且通过电阻R6与稳压二极管D2的阳极连接，所述稳压二极管D2的阴极与超级电容(5)的正极连接，所述运算放大器U2的反相输入端通过电阻R10与充电驱动电路(4)的参考电压输出端连接，且通过电阻R11接地，所述运算放大器U2的反相输入端与输出端之间接有非极性电容C5，所述运算放大器U2的输出端与开关二极管D3的阳极连接；所述运算放大器U3的同相输入端通过电阻R4与超级电容(5)的正极连接，且通过电阻R3接地，所述运算放大器U3的反相输入端通过电阻R8与充电驱动电路(4)的参考电压输出端连接，且通过电阻R7接地，所述运算放大器U3的反相输入端与输出端之间接有非极性电容C6，所述运算放大器U3的输出端与开关二极管D4的阳极连接；所述开关二极管D3的阴极与开关二极管D4的阴极连接且为充电模式控制电路(3)的输出端；所述充电驱动电路(4)包括芯片UC3843和三极管Q2，所述芯片UC3843的第1引脚与第2引脚之间接有并联...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘树林，聂燊，王肖，李青青，汪子为，邓俊青，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61