本实用新型专利技术涉及基于负反馈限流电路的超级电容充放电管理模块，其包括依次连接的BUCK降压电路、可调的负反馈限流电路、超级电容的均压控制电路及BOOST升压电路；BOOST升压电路的输出端口连接防反接二极管给系统或负载供电；超级电容至少两个。本实用新型专利技术设计合理、结构紧凑且使用方便。构紧凑且使用方便。构紧凑且使用方便。
【技术实现步骤摘要】
基于负反馈限流电路的超级电容充放电管理模块
[0001]本技术涉及基于负反馈限流电路的超级电容充放电管理模块。本技术属于电力通讯领域，具体涉及一种基于负反馈限流电路的超级电容充放电管理模块，适用于在终端掉电时需进行续航运行上报信息的各类小功率直流负载的通讯应用场合。
技术介绍
[0002]超级电容是一种通过极化电解质储能的电化学元器件，介于传统电解电容和电池之间的特殊电源，具有功率密度高、寿命长、工作温度范围宽等优点。但是超级电容耐压低，一般是2.5～3V，剧烈充放电或过冲电压均会导致超级电容寿命降低或是损坏。
[0003]国网2022版集中器Ⅰ型、能源控制器（专变）、Ⅲ型专变采集终端等技术规范都要求采用超级电容作为后备电源，停电后超级电容单独工作要维持终端运行一定时间（3分钟以上）。基于以上规范要求，各种终端基本都要使用两颗单体150F到180F的大体积超级电容，但是受终端结构限制，要考虑电路布局及超容固定方式，类似于板上板叠层的方式。以前的规范要求基本上只需要使用20F左右的小体积超级电容，占据空间小可直接焊接安装在终端主板上。目前标杆企业和我们同级别的竞争对手基本是直接采购厂家的超容单体或者模组焊接在主板上的形式，充放电管理电路需要同时设计在主板上。目前，大多数设计的终端产品超容安装方式如图1所示，这种方式存在如下缺点：两只大体积的超级电容直接焊接在主板上，会挤占主板上其他元器件的布局空间，造成布局困难；如果用于超容充电的DC/DC等芯片停产，就需要重新设计整个主控板，影响开发周期，提升开发成本；批量生产时，相比单独一个小模块的形式，焊接在主板上的充电电路不方便测试。
[0004]总之，该设计要解决的技术问题可以是：克服终端主板结构空间的限制，通过板上板叠加的方式提供一种超容充放电管理模块满足终端规范的技术要求；同时采用模块化的设计思路，使之能够方便应用于不同用途的电力终端产品。
技术实现思路
[0005]本技术所要解决的技术问题总的来说是提供一种基于负反馈限流电路的超级电容充放电管理模块。
[0006]为解决上述问题，本技术所采取的技术方案是：
[0007]一种基于负反馈限流电路的超级电容充放电管理模块，包括依次连接的BUCK降压电路、可调的负反馈限流电路、超级电容的均压控制电路及BOOST升压电路；
[0008]BOOST升压电路的输出端口连接防反接二极管给系统或负载供电；
[0009]超级电容至少两个。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进：
[0011]直流供电电源通过BUCK降压电路及负反馈限流电路为超级电容充电；
[0012]超级电容具有均压控制电路；
[0013]超级电容充满电后，当供电电源断电时，超级电容通过BOOST升压电路为系统及负
载电路供电。
[0014] BUCK降压电路包括电连接的输入滤波电容、具有BUCK降压芯片的降压电路及输出滤波电路；
[0015]其中，输入滤波电路包括电容C1；降压电路包括 BUCK降压芯片U1；输出滤波电路包括电容C3；
[0016]在BUCK降压芯片U1中，脚1与脚6之间电连接有自举电容C2，脚6还电连接有储能电感L1的输入端；脚4通过电阻R2接地，脚4BUCK_EN接微处理器MCU的I/O口可控制BUCK降压芯片U1的开启与关断；
[0017]输入电压12V一路接脚5，一路通过电阻R1接脚4，脚2与脚5之间接电容C1，脚2接地；脚3一路通过输出反馈电阻R5接地，脚3另一路通过串联的输出反馈电阻R3、R4接储能电感L1的输出端；储能电感L1的输出端一路接电源，一路通过电容C3接地，一路输出给负反馈限流保护电路。
[0018]负反馈限流保护电路包括限流电阻R6、R7、三极管Q1、Q2及电阻R8；其中，三极管Q1和电阻R6和R7组成限流反馈控制电路，三极管Q2、电阻R8组成开启充电控制电路； 限流反馈控制电路与开启充电控制电路电连接；
[0019]BUCK降压电路一路通过并联电阻R6、R7接三极管Q2的集电极，BUCK降压电路一路接三极管Q1的集电极，三极管Q1的基极接三极管Q2的集电极；三极管Q1发射极通过电阻R5输入端后接地；三极管Q2的基极接电阻R5输入端；三极管Q2的发射极输出；
[0020]当超级电容欠压时，使得流过电阻R6、R7的电流增大，此时三极管Q1的发射极与基极压降增大，三极管Q1导通，电阻R8有电流通过，使得三极管Q2的基极电压升高，三极管Q2状态趋于截止，将通过电阻R6、R7的电流拉低，三极管Q1又趋于截止，电阻R6与R7两端的电压减小，Q2再一次开启，进行限流充电；
[0021]当超级电容E1、E2被充电到设定电压时，三极管Q2的基极通过电阻R8被下拉到GND，三极管Q2处于导通状态，通过电阻R6、R7的电流低于设定值，三极管Q1的发射极和基极压降低于设定值，此时三极管Q1处于截止状态，充电电路正常工作，处于恒压充电状态。
[0022]超级电容的均压控制电路包括分压电阻R9、稳压管U3、电阻R11、电阻R12、电阻R13、三极管Q3和超级电容E1、E2；其中，超级电容E1具有第一保护控制电路；第一保护控制电路包括电阻R11、稳压管U3、电阻R12、三极管Q3及电阻R13；超级电容E2具有第二保护控制电路，第二保护控制电路包括电阻R16、稳压管U4、电阻R17、三极管Q4及电阻R18。
[0023]超级电容E1、E2分别通过对应的备选电阻R19及备选电阻R20分压后输出CAP_check通道，CAP_check通道可以接入微处理器MCU的AD采样口作为超级电容的电压检测使用；超级电容接有V_CAP端。
[0024]BOOST升压电路包括电连接的输入滤波电路、升压电路、使能控制电路、输出储能滤波电路及输出防反二极管；V_CAP端接入输入滤波电路；
[0025]其中，输入滤波电路包括并联的电容C5及C6；升压电路包括含PWM控制器的BOOST升压芯片U2、储能电感L2、续流二极管D2及反馈电阻R22、R23；在BOOST升压芯片U2中，输入电压通过输入滤波电路及储能电感L2接脚1，脚4接入BOOST_EN使能端，脚2接地，在脚2与脚4之间电连接使能控制电路；脚3通过电阻R23接地，脚3与脚5之间并联电容C8与电阻R22；脚1经过二极管D2后及脚5分别电连接输出储能滤波电路的输入端；
[0026]使能控制电路包括并联的电容R21及电容C7，BOOST_EN使能端接微处理器MCU的I/O口，用于控制BOOST升压芯片U2的开启与关断；
[0027]输出储能滤波电路包括并联的电容C9及电解电容E3。
[0028]综上所述，本技术主要采取以下几个方面技术和措施，解决超级电容作为后备电源需要维持终端持续运行一定时间、超级电容充电电流不可控、释能利用率低的问题。
[0029]本技术采用灵活可调整的模块化技术思路，把BUCK本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于负反馈限流电路的超级电容充放电管理模块，其特征在于：包括依次连接的BUCK降压电路、可调的负反馈限流电路、超级电容的均压控制电路及BOOST升压电路；BOOST升压电路的输出端口连接防反接二极管给系统或负载供电；超级电容至少两个。2.根据权利要求1所述的基于负反馈限流电路的超级电容充放电管理模块，其特征在于：直流供电电源通过BUCK降压电路及负反馈限流电路为超级电容充电；超级电容具有均压控制电路；超级电容充满电后，当供电电源断电时，超级电容通过BOOST升压电路为系统及负载电路供电。3. 根据权利要求1所述的基于负反馈限流电路的超级电容充放电管理模块，其特征在于： BUCK降压电路包括电连接的输入滤波电容、具有BUCK降压芯片的降压电路及输出滤波电路；其中，输入滤波电路包括电容C1；降压电路包括 BUCK降压芯片U1；输出滤波电路包括电容C3；在BUCK降压芯片U1中，脚1与脚6之间电连接有自举电容C2，脚6还电连接有储能电感L1的输入端；脚4通过电阻R2接地，脚4BUCK_EN接微处理器MCU的I/O口可控制BUCK降压芯片U1的开启与关断；输入电压12V一路接脚5，一路通过电阻R1接脚4，脚2与脚5之间接电容C1，脚2接地；脚3一路通过输出反馈电阻R5接地，脚3另一路通过串联的输出反馈电阻R3、R4接储能电感L1的输出端；储能电感L1的输出端一路接电源，一路通过电容C3接地，一路输出给负反馈限流保护电路。4. 根据权利要求3所述的基于负反馈限流电路的超级电容充放电管理模块，其特征在于：负反馈限流保护电路包括限流电阻R6、R7、三极管Q1、Q2及电阻R8；其中，三极管Q1和电阻R6和R7组成限流反馈控制电路，三极管Q2、电阻R8组成开启充电控制电路； 限流反馈控制电路与开启充电控制电路电连接；BUCK降压电路一路通过并联电阻R6、R7接三极管Q2的集电极，BUCK降压电路一路接三极管Q1的集电极，三极管Q1的基极接三极管Q2的集电极；三极管Q1发射极通过电阻R5输入端后接地；三极管Q2的基极接电阻R5输入端；三极管Q2的发射极输出；当超级电容欠压时，使得流过电阻R6、R7的电流增大，此时三极管Q1的发射极与基极压降增大，三极管Q1导通，电阻R8有电流通过，使得三极管Q2的基极电压升高，三极管Q2状态...
【专利技术属性】
技术研发人员：金阳善，张海丰，郑涵，郭嘉，
申请(专利权)人：青岛乾程科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：
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