基于電池和超級電容的直流不間斷電源的制作方法
本發明涉及一種直流不間斷電源，具體地說，涉及一種基于電池和超級電容的直流不間斷電源，屬于電子技術領域源。
背景技術：
隨著科學技術的不斷進步，電氣工程與自動化技術正以令人矚目的發展速度，改變著我國工業的整體面貌，其中，精密電子儀器和設備對電源質量的要求也越來越高。在各種供電方式中，不間斷電源除了可以提供高質量電源外，還可以保證電源不會間斷，所以不間斷電源現已成為供給高質量電源的一種最優方案。
傳統的備用電源需要一定的切換時間才可以為負載供電，不能應用于對電源質量要求苛刻的場合。
因此，如何發展一種可改進上述現有缺陷的基于電池和超級電容的直流不間斷電源，實為相關技術領域技術人員目前所迫切需要解決的問題。
技術實現要素：
本發明的目的在于克服現有技術的問題，提供一種基于電池和超級電容的直流不間斷電源，可適用于對電源要求苛刻的場合，并能適應不同輸入電壓。
解決其技術問題采用的技術方案是：一種基于電池和超級電容的直流不間斷電源，其特征在于：它包括整流電路、DC/DC穩壓單元、電池充放電電路、超級電容充放電電路和穩壓電容C1、C2，所述整流電路、DC/DC穩壓單元、電池充放電電路、超級電容充放電電路和穩壓電容C1、C2連接。
本發明中，所述整流電路為由二極管D1、二極管D2、二極管D3和二極管D4組成的全橋整流電路，所述二極管D1的陰極與二極管D2的陽極連接且為整流電路的第一交流電流輸入端AC1，所述二極管D3的陽極與二極管D4的陰極連接且為整流電路的第二交流輸入端AC2，所述二極管D2的陰極與二極管D3的陰極連接且為整流電路的正極直流電壓輸出端V1+，所述二極管D1的陽極與二極管D4的陽極連接且為整流電路的負極直流電壓輸出端V1-。
本發明中，所述穩壓電容C1一端與整流電路的正極直流電壓輸出端V1+連接，所述穩壓電容C1另一端與整流電路的負極直流電壓輸出端V1-連接，所述穩壓電容C2一端與正極直流電壓輸出端V2+連接，所述穩壓電容C2另一端與負極直流電壓輸出端V2-連接。
本發明中，所述DC/DC穩壓單元一端口與整流電路的正極直流電壓輸出端V1+、整流電路的負極直流電壓輸出端V1-連接，所述DC/DC穩壓電路另一端口與正極直流電壓輸出端V2+、整流電路的負極直流電壓輸出端V2-連接。
本發明中，所述電池充放電路包括負載電阻R、開關K和超級電容CS，所述負載電阻R與開關K并聯后的一端與正極直流電壓輸出端V2+連接，所述負載電阻R與開關K并聯后的另一端通過超級電容CS與負極直流電壓輸出端V2-連接。
本發明中，所述超級電容充放電路包括增強型NMOS管Q1、增強型NMOS管Q2、二極管D5、二極管D6、電感L和電池Battery，所述增強型NMOS管Q1與二極管D5反向并聯，所述增強型NMOS管Q2與二極管D6反向并聯，所述增強型NMOS管Q1的源極與二極管D5的陽極連接，所述增強型NMOS管Q1的漏極與二極管D5的陰極連接且為正極直流電壓輸出端V2+，所述增強型NMOS管Q2的源極與二極管D6的陽極連接且為正極直流電壓輸出端V2-，所述增強型NMOS管Q2的漏極與二極管D6的陰極連接且與增強型NMOS管Q1的源極連接，所述電感L一端與增強型NMOS管Q1的源極連接，所述電感L另一端與電池Battery正極連接，所述電池Battery的負極與增強型NMOS管Q2的源極連接。
本發明的基于電池和超級電容的直流不間斷電源，由于采用整流電路、DC/DC穩壓單元、電池充放電電路、超級電容充放電電路和穩壓電容C1、C2，整流電路、DC/DC穩壓單元、電池充放電電路、超級電容充放電電路和穩壓電容C1、C2連接的結構，具有的優點是：體積較小、零件數目較少、電路復雜度較低以及制造成本較低、電路使用率較高。此外，該直流電源采用了超級電容和備用電源相結合的方法，當交流輸入正常時，電池和超級電容進行充電；當交流輸入異常時，在電池放電的切換時間內由超級電容進行放電，從而保證了備用電源的無縫切換，適用于對電源要求苛刻的場合，并能適應不同輸入電壓，另外在工控領域，可以以極低的成本保證設備斷電后的正常運作，避免宕機等一系列隱患。
附圖說明
圖1是本發明基于電池和超級電容的直流不間斷電源的電路框圖；
圖2是本發明基于電池和超級電容的直流不間斷電源的電路原理圖；
圖3是本發明基于電池和超級電容的直流不間斷電源的運行流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
如圖1所示，本發明的基于電池和超級電容的直流不間斷電源，包括整流電路、DC/DC穩壓單元、電池充放電電路、超級電容充放電電路和穩壓電容C1、C2，所述整流電路、DC/DC穩壓單元、電池充放電電路、超級電容充放電電路和穩壓電容C1、C2連接。穩壓電容C1為圖1中穩壓電容1，穩壓電容C2為圖1中穩壓電容2。
如圖2所示，本發明的基于電池和超級電容的直流不間斷電源的整流電路為由二極管D1、二極管D2、二極管D3和二極管D4組成的全橋整流電路，所述二極管D1的陰極與二極管D2的陽極連接且為整流電路的第一交流電流輸入端AC1，所述二極管D3的陽極與二極管D4的陰極連接且為整流電路的第二交流輸入端AC2，所述二極管D2的陰極與二極管D3的陰極連接且為整流電路的正極直流電壓輸出端V1+，所述二極管D1的陽極與二極管D4的陽極連接且為整流電路的負極直流電壓輸出端V1-。所述穩壓電容C1一端與整流電路的正極直流電壓輸出端V1+連接，所述穩壓電容C1另一端與整流電路的負極直流電壓輸出端V1-連接，所述穩壓電容C2一端與正極直流電壓輸出端V2+連接，所述穩壓電容C2另一端與負極直流電壓輸出端V2-連接。所述DC/DC穩壓單元一端口與整流電路的正極直流電壓輸出端V1+、整流電路的負極直流電壓輸出端V1-連接，所述DC/DC穩壓電路另一端口與正極直流電壓輸出端V2+、負極直流電壓輸出端V2-連接。所述電池充放電路包括負載電阻R、開關K和超級電容CS，所述負載電阻R與開關K并聯后的一端與正極直流電壓輸出端V2+連接，所述負載電阻R與開關K并聯后的另一端通過超級電容CS與負極直流電壓輸出端V2-連接。所述超級電容充放電路包括增強型NMOS管Q1、增強型NMOS管Q2、二極管D5、二極管D6、電感L和電池Battery，所述增強型NMOS管Q1與二極管D5反向并聯，所述增強型NMOS管Q2與二極管D6反向并聯，所述增強型NMOS管Q1的源極與二極管D5的陽極連接，所述增強型NMOS管Q1的漏極與二極管D5的陰極連接且為正極直流電壓輸出端V2+，所述增強型NMOS管Q2的源極與二極管D6的陽極連接且為正極直流電壓輸出端V2-，所述增強型NMOS管Q2的漏極與二極管D6的陰極連接且與增強型NMOS管Q1的源極連接，所述電感L一端與增強型NMOS管Q1的源極連接，所述電感L另一端與電池Battery正極連接，所述電池Battery的負極與增強型NMOS管Q2的源極連接。
如圖3所示，通過條件1(U1<U1lim)判斷交流輸入是否正常，當滿足條件1即交流輸入異常時，超級電容CS和電池Battery分別經放電電路進行放電以提供穩定的直流輸出；當不滿足條件1即交流輸入正常時，交流電流通過整流變換為直流電流，再經過穩壓提供穩定的直流輸出；同時，開關K斷開，超級電容充電電路對超級電容進行充電，通過條件2(i1<i1lim)判斷超級電容CS是否充滿，當滿足條件2即超級電容CS充滿時，開關K閉合；當不滿足條件2即超級電容CS未充滿時超級電容CS繼續充電；電池充電電路對電池進行充電，通過條件3判斷電池Battery是否充滿，當滿足條件3即電池Battery充滿時，電池結束充電過程；當不滿足條件3即電池Battery未充滿時電池Battery繼續充電；
結合圖2和圖3，條件1交流輸入是否正常的判定為整流后的直流電壓U1是否小于整流后的直流電壓最小值U1min，當整流后的直流電壓U1小于整流后的直流電壓最小值U1min時，滿足條件1；當整流后的直流電壓U1不小于整流后的直流電壓最小值U1min時，不滿足條件1；條件2超級電容CS是否充滿的判定為超級電容沖放電電路電流i1是否小于超級電容沖放電電路電流最小值i1min，當超級電容沖放電電路電流i1小于超級電容沖放電電路電流最小值i1min時，滿足條件2；當超級電容沖放電電路電流i1不小于超級電容沖放電電路電流最小值i1min時，不滿足條件2；
結合圖2和圖3，不滿足條件1即交流輸入異常時，超級電容充放電電路瞬間放電，根據超級電容放電時間(同為電池啟動時間)t1，放電前電壓UC1，放電后電壓UC2，直流輸出電壓U2，負載電流i2，求出超級電容容量CS。
超級電容放電前儲存的能量超級電容放電后儲存的能量超級電容在超級電容放電時間t1內釋放的能量W＝Uit1，根據W＝W1-W2，得到最終可以得出超級電容的容量配置：
經過超級電容放電時間t1后，電池放電電路達到穩定狀態，為負載供電。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，不經過創造性勞動的簡單復制和改進均屬于本發明權利要求所保護的范圍。
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