專利名稱：基于超級電容的電源保護電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電源電路，尤其是涉及一種由超級電容作為備用電源的電源 保護電路。
背景技術：
超級電容器(Super Capacitor),又叫雙電層電容器(Electrical Double-LayerCapacitor)、黃金電容、法拉電容，其通過極化電解質來儲能。超級電容的容 量范圍通常0. 1F-1000F，它是一種電化學元件，但在其儲能的過程并不發生化學反應，這種 儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反復充放電數十萬次。另外，超級電容器還 具有低阻抗的優點。正因為如此，超級電容作為備用電源廣泛使用在計算機存儲、儀表、電 動工具等各行各業的電動設備之中。
實用新型內容本實用新型提出一種由超級電容作為備用電源的電源保護電路，具有結構簡單、 使用壽命長的特點。本實用新型采用了如下技術方案一種基于超級電容的電源保護電路，包括對負 載供電的主供電電路11 ；連接在主供電電路11的電壓輸出端的超級電容12 ；控制超級電 12進行充電、放電的充放電控制電路13，其連接超級電容12 ；連接在主供電電路11與負載 之間的掉電檢測電路15 ；用于將超級電容12輸出的電能進行穩壓處理后輸出給負載的穩 壓電路14，其連接在超級電容12與負載之間。其中，充放電控制電路13包括分別控制超級電容器12進行恒流充電、恒流放電 的恒流充電電路、恒流放電電路。其中，恒流充電電路包括串接在主供電電路11的電壓輸出端與地之間，由電阻 R1和電容C1構成的延遲電路；柵極連接在電阻R1和電容C1之間、源極和漏極之間串接電 阻R2的晶體管Q1，且其源極連接超級電容，而漏極連接穩壓管D1的陰極。其中，恒流放電電路包括發射極連接超級電容、集電極串接電阻R4和穩壓管D2、 基極通過電阻R3連接超級電容的PNP型三極管Q2 ；該三極管Q2的基極、集電極與穩壓管 D2的陽極之間連接的三端可編程并聯穩壓二極管U1。其中，穩壓電路包括連接超級電容的DC-DC變壓器U2 ；串接在超級電容與負載之 間的電感L5和穩壓管D4 ；連接由電阻R10和R11和電容C12構成的RC電路，其外接5V的 基準電源，該RC電路連接DC-DC變壓器U2 ；且DC-DC變壓器U2與超級電容的輸出端之間 連接晶體管Q12。其中，掉電檢測電路包括兩個發射極連接的NPN型三極管Q5和Q7，其三極管Q5 的集電極連接三極管Q7的基極；陽極連接三極管Q5的基極、陰極連接DC-DC變壓器的穩壓 管 D21。本實用新型提供一種采用超級電容作為備用電源，且具有簡單易行的掉電保護的電源保護電路，具有高效率快速充放電、充電壽命長、控制電路簡單的優點。
圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是圖1中充放電控制電路的示意圖；圖3是圖1中穩壓電路的示意圖；圖4是圖1中掉電檢測電路的示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型提供一種由超級電容作為備用電源的電源保護電路。該 電源保護電路包括對負載其主要供電作用的主供電電路11 ；連接在主供電電路11的電壓 輸出端，由主供電電路11對負載供電的同時進行充電的超級電容12 ；控制超級電容12進 行充電、放電的充放電控制電路13 ；以及檢測主供電電路11掉電時，給負載發送掉電信號 的掉電檢測電路15 ；根據掉電信號控制將超級電容12輸出的電能進行穩壓輸出給負載的 穩壓電路14。由此可見，超級電容12被充電到額定值后并不被關閉，主供電電路11與超級電容 12均通過穩壓電路14對負載進行供電。當主供電電路11掉電后超級電容12立即對負載 供電。該電源電路的供電切換不存在電壓跌落現象，當電路有瞬態的電壓波動，超級電容12 還具有吸收濾波的功能，省去了供電切換開關電路，具有電路結構簡單、效率更高的優點。結合圖2所示。本實施例采用恒流充電、恒流放電，充放電過程中電流的大小可根 據需要和時間的長短來確定，恒壓充電的時間可根據電容工作的有效電量來確。由電阻R2、晶體管Q1、電容C1、電阻R1組成限流電路。超級電容在穩定的5V下充 電，電阻R1起主要限流作用。啟動瞬間的電流最大，電阻R2減少啟動電流，此時由于電容 C1、電阻R1構成的延遲電路，故晶體管Q1暫不導通，電流減小后晶體管Q1導通，電流主要 通過晶體管Q1對超級電容充電，減少電阻上的額外損耗，調節電容C1、電阻R1的參數可以 調整晶體管Q1的延遲開啟時間。故超級電容在電阻R2的限流作用下快速充電。當超級電容進行放電初始時，如果放電電流過大，極板內的電荷因阻力及化學反 應速度等原因來不及補充，導致端電極電荷虧空，電壓會瞬態跌落，所以進行放電的恒流控 制是很有必要的。故采用三端可編程并聯穩壓二極管U1、PNP型三極管Q2擴流來提供可 靠的恒流源。電阻R3為三極管Q2導通提供必要的電壓。因此，當超級電容進行放電時，三 極管Q2導通，超級電容輸出的電流通過三極管Q2、電阻R4和穩壓管D2傳給穩壓電路。結合圖3所示。超級電容自然放電的過程是電壓沿指數規律下降的過程，變化的 輸出電壓對負載不是理想的電源，故本實施例采用低輸入DC-DC變壓器將超級電容的輸出 電壓穩壓在正常輸出的5V電壓。該穩壓電路包括連接超級電容的DC-DC變壓器；串接在超級電容與負載之間的 電感L5和穩壓管D4 ；連接在電壓輸出通路上的濾波電容C11 ；為5V的基準電源，其連接由 R10、R11和C12構成的RC電路，該RC電路連接DC-DC變壓器；且DC-DC變壓器與超級電容 的輸出端之間連接晶體管Q12。結合圖4所示。掉電檢測電路在主供電電路掉電時輸出信號給主處理器(CPU，為負載電路中的控制器)，此時負載將啟動掉電保護進程。該掉電檢測電路采用Q5、Q7兩個 NPN型三極管和7. 5V穩壓管D21搭建觸發電路，簡單可靠。當電壓正常輸入時，穩壓管D21 擊穿，穩定在7. 5V，三極管Q5打開，三極管Q7關閉，觸發信號為高電平。當輸入電壓低于 7. 5V時，三極管Q5關閉，三極管Q7打開，觸發信號變為低電平，觸發CPU動作。 綜上，本實用新型提供一種采用超級電容作為備用電源，且具有簡單易行的掉電 保護的電源保護電路，具有高效率快速充放電、充電壽命長、控制電路簡單的優點。
權利要求一種基于超級電容的電源保護電路，包括對負載供電的主供電電路(11)，其特征在于，還包括連接在主供電電路(11)的電壓輸出端的超級電容(12)；控制超級電容(12)進行充電、放電的充放電控制電路(13)，其連接超級電容(12)；連接在主供電電路(11)與負載之間的掉電檢測電路(15)；用于將超級電容(12)輸出的電能進行穩壓處理后輸出給負載的穩壓電路(14)，其連接在超級電容(12)與負載之間。
2.根據權利要求1所述基于超級電容的電源保護電路，其特征在于，充放電控制電路 (13)包括分別控制超級電容器(12)進行恒流充電、恒流放電的恒流充電電路、恒流放電電 路。
3.根據權利要求2所述基于超級電容的電源保護電路，其特征在于，恒流充電電路包 括串接在主供電電路(11)的電壓輸出端與地之間，由電阻(R1)和電容(C1)構成的延遲 電路；柵極連接在電阻(R1)和電容(C1)之間、源極和漏極之間串接電阻(R2)的晶體管 (Q1)，且其源極連接超級電容，而漏極連接穩壓管(D1)的陰極。
4.根據權利要求3所述基于超級電容的電源保護電路，其特征在于，恒流放電電路包 括發射極連接超級電容、集電極串接電阻(R4)和穩壓管(D2)、基極通過電阻(R3)連接超 級電容的PNP型三極管(Q2)；該三極管(Q2)的基極、集電極與穩壓管(D2)的陽極之間連 接的三端可編程并聯穩壓二極管(U1)。
5.根據權利要求1所述基于超級電容的電源保護電路，其特征在于，穩壓電路包括連 接超級電容的DC-DC變壓器(U2)；串接在超級電容與負載之間的電感(L5)和穩壓管(D4)； 連接由電阻(R10和R11)和電容(C12)構成的RC電路，其外接5V的基準電源，該RC電路連 接DC-DC變壓器(U2)；且DC-DC變壓器(U2)與超級電容的輸出端之間連接晶體管(Q12)。
6.根據權利要求1所述基于超級電容的電源保護電路，其特征在于，掉電檢測電路包 括兩個發射極連接的NPN型三極管(Q5和Q7)，其三極管(Q5)的集電極連接三極管(Q7) 的基極；陽極連接三極管(Q5)的基極、陰極連接外部24V電源的穩壓管(D21)。
專利摘要本實用新型提出一種基于超級電容的電源保護電路，其包括對負載供電的主供電電路(11)；連接在主供電電路(11)的電壓輸出端的超級電容(12)；控制超級電(12)進行充電、放電的充放電控制電路(13)，其連接超級電容(12)；連接在主供電電路(11)與負載之間的掉電檢測電路(15)；用于將超級電容(12)輸出的電能進行穩壓處理后輸出給負載的穩壓電路(14)，其連接在超級電容(12)與負載之間。本實用新型具有高效率快速充放電、充電壽命長、控制電路簡單的優點。
文檔編號H02M3/07GK201682417SQ20102017409
公開日2010年12月22日 申請日期2010年4月29日 優先權日2010年4月29日
發明者姚春梅, 曹斌芳, 李建奇, 蔡新華, 龍永福 申請人:湖南文理學院