超級電容高效充電器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及超級電容器技術領域，更具體地說，本發明涉及一種超級電容高效充電器。
【背景技術】
[0002]超級電容器也稱為“雙電層電容器”，是基于雙電層原理工作的，兼具普通電容器的高功率密度和蓄電池的高能量密度的電容器。隨著納米碳材料和電極制作技術的進步，超級電容器的性能不斷改善，尤其是能量密度有了較大提高，具有實現大容量電力儲能，替代蓄電池的發展潛力。超級電容器屬于物理儲能器件，其充、放電過程實質上是導電離子在電極上的吸附和脫附過程，充電后到電離子有序排列，放電后重新回到無序狀態。電極材料巨大的表面積使得這一過程沒有太多障礙，理論上其充放電電流不受限制，因而具有很高的功率密度和充放電效率。而且，制造超級電容器的材料不含重金屬，不會對環境造成污染。
[0003]超級電容器與蓄電池不同，它可以被放電到電壓為0。在運輸過程中，超級電容器也是無儲能的狀態。這就要求其充電器必須能夠從零電壓開始充電，保持電流恒定。
[0004]目前，還沒有能夠非常有效的為超級電容充電的充電器。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種能夠非常有效的為超級電容充電的超級電容高效充電器。
[0006]為了實現上述技術目的，根據本發明，提供了一種超級電容高效充電器，包括:單片機、直流-直流電壓轉換器、M0S晶體管、續流二極管、以及儲能電感器；其中，直流-直流電壓轉換器用于將直流母線電壓轉換成低壓以提供給單片機；單片機的輸出驅動信號經過電平轉換連接M0S晶體管的門極。M0S晶體管、電感器、續流二極管構成BUCK電路。
[0007]優選地，單片機連接直流對直流母線正極電壓和超級電容器電壓進行采樣，并且根據采樣到的直流母線電壓值和超級電容器電壓值以及電路參數進行計算以提供脈沖寬度調制信號來驅動M0S管。
[0008]優選地，電路參數包括儲能電感器的電感值、二極管的正向導通壓降。
[0009]優選地，所述超級電容高效充電器還包括:顯示器，用于顯示充電器的工作狀態。
【附圖說明】
[0010]結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優點和特征，其中:
[0011]圖1示意性地示出了根據本發明優選實施例的超級電容高效充電器的框圖。
[0012]圖2示意性地示出了根據本發明優選實施例的超級電容高效充電器的仿真結果。
[0013]需要說明的是，附圖用于說明本發明，而非限制本發明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
【具體實施方式】
[0014]為了使本發明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發明的內容進行詳細描述。
[0015]圖1示意性地示出了根據本發明優選實施例的超級電容高效充電器的框圖。
[0016]如圖1所示，根據本發明優選實施例的超級電容高效充電器包括:單片機10、直流-直流電壓轉換器20、M0S晶體管Q1、二極管D1、二極管D2以及儲能電感器30。
[0017]其中，直流-直流電壓轉換器20用于將直流母線電壓轉換成低壓以提供給單片機10 ;單片機10的輸出驅動信號經過電平轉換連接M0S晶體管Q1的門極。M0S晶體管Q1、儲能電感器30、續流二極管D1構成BUCK電路。
[0018]其中，直流-直流電壓轉換器20用于將直流母線51和53提供的電壓轉換成低壓以提供給單片機10 ;單片機10的輸出驅動信號進過電平轉換連接M0S晶體管的門極。二極管D1是續流二極管，二極管D2用于防止超級電容放電時電流流過Q1。
[0019]單片機10對直流母線電壓和超級電容器電壓進行采樣，并且根據采樣到的直流母線電壓值和超級電容器電壓值以及電路參數(具體地，電路參數包括儲能電感器30電感值、二極管D1的正向導通壓降和二極管D2的正向導通壓降)進行計算以提供脈沖寬度調制信號(PWM)來驅動M0S管Q1。
[0020]具體地，單片機10以直流母線電壓值和超級電容器電壓值以及電路參數為已知量，充電電流平均值為目標量，根據開關電源的原理，計算出作為開關管的Q1的開通時間和關斷時間。充電過程中超級電容器電壓是變化的，所以要實時計算，實時調整。
[0021]直流電壓經過適當的分壓電阻連接單片機的A/D轉換端口，單片機就可以采樣對應的電壓。
[0022]在上述電路結構中，二極管D2的作用是能夠防止放電電流流過續流M0S管Q1，起到保護Q1的作用。
[0023]儲能電感器30能夠起到平滑電流的作用。
[0024]充電器的主體結構是一個異構的BUCK變換器。M0S晶體管Q1工作在開關模式。單片機實時采樣直流母線電壓、超級電容器電壓，根據這兩個電壓和電路參數計算出續流Q1的開通時間和開關周期(換言之，計算沖寬度調制信號的占空和周期)，可以使得電感電流處于“臨界連續”狀態，即:每次Q1開通，電流都是從0開始上升，使充電電流保持恒定。這樣就避免了續流二極管Q1的反向恢復噪聲，減小了開關損耗，提高了效率。同時，單片機中的計算得到的脈沖寬度調制信號保證了超級電容器的電壓在很寬的范圍內實現恒定電流充電。
[0025]圖2示意性地示出了根據本發明優選實施例的超級電容高效充電器的仿真結果。圖2的橫軸表示超級電容器電壓(單位:V)，左邊縱軸表示充電電流(單位:A)，右邊縱軸表示續流二極管Q1的開通時間及開通時間(單位:us)。其中示出了在直流母線電壓330V的情況下，超級電容器電壓在25V到305V的范圍內電流恒定，保持充電電流在10A。
[0026]可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
【主權項】
1.一種超級電容高效充電器，其特征在于包括:單片機、直流-直流電壓轉換器、MOS晶體管、續流二極管、以及儲能電感器；其中，直流-直流電壓轉換器用于將直流母線電壓轉換成低壓以提供給單片機；單片機的輸出驅動信號經過電平轉換連接MOS晶體管的門極；MOS晶體管、電感器、續流二極管構成BUCK電路。2.根據權利要求1所述的超級電容高效充電器，其特征在于，單片機對直流母線電壓和超級電容器電壓進行采樣，并且根據采樣到的直流母線電壓值和超級電容器電壓值以及電路參數進行計算以提供脈沖寬度調制信號來驅動MOS管。3.根據權利要求2所述的超級電容高效充電器，其特征在于，電路參數包括儲能電感器的電感值、二極管的正向導通壓降。4.根據權利要求1或2所述的超級電容高效充電器，其特征在于還包括:顯示器，用于顯示充電器的工作狀態。
【專利摘要】本發明提供了一種超級電容高效充電器，包括：單片機、直流-直流電壓轉換器、MOS晶體管、續流二極管、以及儲能電感器；其中，直流-直流電壓轉換器用于將直流母線電壓轉換成低壓以提供給單片機；單片機的輸出驅動信號經過電平轉換連接MOS晶體管的門極。MOS晶體管、電感器、續流二極管構成BUCK電路。
【IPC分類】H02J7/34
【公開號】CN105406574
【申請號】CN201510976873
【發明人】關通, 曹清, 吳福永, 秦駿, 何寧, 劉國慶, 楊培和, 袁博
【申請人】無錫江南計算技術研究所
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月23日