超級電容充放電電路和用該電路制成的計量儀表的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種超級電容充放電電路，包括限流電阻、旁路放電開關管和電壓檢測電路；充電電源直接連接用電設備，并通過限流電阻與超級電容連接，旁路放電開關管的活動端與限流電阻并聯，電壓檢測電路的輸入端與供電電源連接，輸出端與旁路放電開關管的控制端連接。本實用新型還公開了一種應用所述超級電容充放電電路制成的計量儀表。本實用新型的電路和計量儀表在供電電源正常工作時，電源通過限流電阻對超級電容充電，因此電源的性能要求較低；在供電電源掉電時，通過旁路放電開關管將限流電阻短路，從而使得超級電容直接對用電設備進行供電，保證了超級電容存儲能量的充分利用；此外，本實用新型結構簡單，電路可靠，成本低廉。
【專利說明】
超級電容充放電電路和用該電路制成的計量儀表
技術領域
[0001]本實用新型具體涉及一種超級電容充放電電路和用該電路制成的計量儀表。【背景技術】
[0002]隨著國家經濟技術的發展和人們生活水平的提高，不間斷供電或盡量延長設備掉電后的工作時間已經逐步成為了人們生產和生活中必不可少的要求之一。[〇〇〇3]超級電容又名黃金電容或法拉電容，其通過極化電解質來進行儲能；由于其儲能的過程并不發生化學反應，因此這種儲能過程是可逆的，所以超級電容可以反復充放電數十萬次。正因為這些優點，超級電容已經越來越廣泛的應用于不間斷電源、計量儀表、電動汽車等各行各業，發揮著電能存儲器的重要作用。
[0004]目前，小容量超級電容充放電電路一般具有兩種形式，圖1所示的為充電電源和用電設備都與超級電容直連模式的電路原理示意圖:充電電源輸出一個恒定的電壓，這個充電電源在給超級電容充電的同時，供給系統電源。在充電電源停止輸出電壓時，由超級電容繼續給系統電源供電。
[0005]這種電路簡單，放電充分。但是，這個電路對充電電源要求高。因超級電容內阻很小，在電容電壓與電源電壓差值比較大時，需要充電電源提供很大的充電電流。幾個法拉的超級電容初始充電電流會到幾個至十幾個安培，幾十個法拉的超級電容初始充電電流會達到數十安培。小容量超級電容一般用于小功率設備，設計這么大電流的充電電源，成本會比較高。
[0006]圖2所示為充電電源和用電設備通過一個限流電阻與超級電容連接的電路原理示意圖:充電電源輸出一個恒定的電壓，這個充電電源在給超級電容充電的同時，供給系統電源。在充電電源停止輸出電壓時，由超級電容繼續給系統電源供電。超級電容充電和放電時都要經過限流電阻。
[0007]限流電阻R1—般選用一個阻值幾個歐姆的功率型電阻。這個電阻可以將充電電流限制在一兩個安培以內，滿足小功率設備電源設計。
[0008]這種電路對充電電源要求沒那么高，可以降低充電電源成本。但是，存在電容放電不充分的弊端。因超級電容放電時，電壓是持續下降的，下降到一定水平，用電設備就不能正常工作了。比如，當系統電源電流需要200mA、限流電阻2 Q時，超級電容有0.4V壓降區間的能量不能釋放出來。【實用新型內容】
[0009]本實用新型的目的之一在于提供一種能夠充分利用超級電容容量又對充電電源性能沒有過高要求的超級電容充放電電路。
[0010]本實用新型的目的之二在于提供一種利用所述超級電容充放電電路制成的計量儀表。
[0011]本實用新型提供的這種超級電容充放電電路，包括限流電阻，還包括旁路放電開關管和電壓檢測電路;充電電源與用電設備直接連接，并通過限流電阻與超級電容連接，旁路放電開關管的活動端并聯在限流電阻兩端，電壓檢測電路的輸入端與供電電源連接，輸出端與旁路放電開關管的控制端連接；電壓檢測電路用于檢測供電電源的電壓，在供電電源正常工作時輸出關閉旁路放電開關管的信號，保證充電電源通過限流電阻給超級電容充電，并在供電電源電壓下降到設定值時輸出打開旁路放電開關管的信號，驅動旁路放電開關管開通，使得超級電容直接對用電設備供電。
[0012]所述的超級電容充放電電路還包括控制器;控制器的I/O引腳直接與旁路放電開關管的控制端連接，用于控制旁路放電開關管的開通與關斷，從而控制超級電容的充電和放電模式。[0〇13]所述的旁路放電開關管為三極管、M0S管或IGBT。
[0014]所述的電壓檢測電路包括電壓采樣電路、開關管模塊、上拉電阻和輸出限流電阻； 電壓采樣電路用于采樣供電電源的電壓信號，并將采樣的信號輸入到開關管模塊的控制端;開關管模塊的活動端一端通過上拉電阻與充電電源連接，同時還通過輸出限流電阻與旁路放電開關管的控制端連接，另一端與地連接。
[0015]所述的電壓采樣電路為電阻分壓電路。[〇〇16]所述的開關管模塊為三極管、M0S管或IGBT。[〇〇17]所述的開關管模塊包括兩個第一三極管、第二三極管和輔助上拉電阻；第一三極管的基極與電壓采樣電路的輸出端連接，發射極與地連接，集電極通過輔助上拉電阻與充電電源連接，同時與第二三極管的基極連接;第二三極管的發射極與地連接，集電極通過上拉電阻與充電電源連接，同時通過輸出限流電阻與旁路放電開關管的控制端連接。
[0018]本實用新型還提供了一種計量儀表，該計量儀表包括所述的超級電容充放電電路，并利用所述的超級電容充放電電路對計量儀表內的超級電容進行充放電。
[0019]本實用新型提供的這種超級電容充放電電路，正常工作時，充電電源通過限流電阻對超級電容充電，因此充電電源的性能要求較低;在供電電源掉電時，通過電壓檢測電路檢測供電電源的電壓，并適時開通旁路放電開關管將限流電阻短路，從而使得超級電容直接對用電設備進行供電，保證了超級電容存儲能量的充分利用。本實用新型結構簡單，電路可靠，成本低廉。【附圖說明】
[0020]圖1為【背景技術】的超級電容直連模式的電路示意圖。
[0021]圖2為【背景技術】的超級電容與限流電阻連接模式的電路示意圖。[〇〇22]圖3為本實用新型的功能模塊圖。[〇〇23]圖4為本實用新型的一種實施例的電路原理圖。【具體實施方式】
[0024]如圖3所示為本實用新型的功能模塊圖:本實用新型提供的這種超級電容充放電電路，包括限流電阻、旁路放電開關管和電壓檢測電路;供電電源(圖中標示Vmain)通過穩壓芯片(圖中標示U1)輸出穩定的充電電源，直接給用電電源的穩壓芯片(圖中標示U2)供電并輸出電能供用電設備用電；充電電源通過限流電阻與超級電容連接，旁路放電開關管的活動端并聯在限流電阻兩端；電壓檢測電路的輸入端與供電電源連接，輸出端與旁路放電開關管的控制端連接；電壓檢測電路用于檢測供電電源的電壓，在供電電源正常工作時輸出關閉旁路放電開關管信號，保證充電電源通過限流電阻給超級電容充電，并在供電電源電壓下降到設定值時輸出打開旁路放電開關管信號，驅動旁路放電開關管開通，由于旁路放電開關管的導通電阻極小，因此限流電阻被旁路放電開關管短路，超級電容通過旁路放電開關管直接對用電設備供電。旁路放電開關管為三極管、MOS管或IGBT等同等功能的開關模塊即可。此外，旁路放電開關管的控制端還直接與控制器的I/O引腳連接，控制器能夠通過控制I/O引腳的電平信號控制旁路放電開關管的開通與關斷，從而控制控制超級電容充電和放電的模式。[〇〇25]如圖4所示為本實用新型的一種實施例的電路原理圖:超級電容(圖中標示C1和 C2)通過限流電阻(圖中標示R1)連接在充電電源和地之間；旁路放電開關管(圖中標示Q1) 采用M0S管，其活動端并聯在限流電阻兩端，控制端連接輸出限流電阻(圖中標示R4);電壓檢測電路包括電壓采樣電路(圖中標示R5和R6)、開關管模塊(圖中標示V5、V4和R3)、上拉電阻(圖中標示R2)和輸出限流電阻(圖中標示R4);其中電壓采樣電路采用的是電阻分壓電路，開關管模塊包括第一三極管(圖中標示V5)、第二三極管(圖中標示V4)和輔助上拉電阻 (圖中標示R3);電阻分壓電路采樣供電電源(圖中標示Vmain)的電壓，并將采樣電壓輸入到第一三極管的基極，第一三極管的發射極與地連接，集電極通過輔助上拉電阻與充電電源連接，同時與第二三極管的基極連接;第二三極管的發射極與地連接，集電極通過上拉電阻與充電電源連接，同時通過輸出限流電阻與旁路放電開關管的控制端連接;此外，控制器的 I/O引腳連接在第一三極管的基極。[〇〇26]本實用新型的工作過程如下:[〇〇27]當供電電源正常時，第一三極管的基極電壓為高，第一三極管的發射極和集電極接通，第二三極管的基極電平被拉低，第二三極管的發射極和集電極斷開，旁路放電開關管的控制端被上拉電阻拉高，旁路放電開關管截止，此時供電電源通過穩壓芯片VI輸出充電電源，通過限流電阻給超級電容充電，同時也直接給用電設備的穩壓芯片V2供電；[〇〇28]當供電電源Vmain往下降時，電阻R5和R6采樣供電電源的電壓形成采樣信號(圖中標示Vdown)，當采樣電壓信號Vdown大于第一三極管的基極開通電壓時，此時第一三極管、 第二三極管的工作狀態和供電電源正常工作時一樣，此時超級電容通過限流電阻和供電電源一起給用電設備供電；[〇〇29]當供電電源繼續下降，直至采樣電壓信號Vdown低于第一三極管的基極開通電壓時，此時第一三極管的發射極和集電極截止，第二三極管的基極電壓被輔助上拉電阻拉高， 第二三極管的發射極和集電極導通，旁路放電開關管的控制端被下拉到地，此時旁路放電開關管的活動端導通，限流電阻被短接，超級電容直接通過旁路放電開關管對用電設備供電。
[0030]此外，控制器的I/O引腳直接連接到采樣電壓信號上，因此控制器能夠實時獲取供電電源的電壓情況，也能夠在任意時刻將該I/O引腳的電平改變，從而控制超級電容的充電和放電的模式。
[0031]因此，本實用新型提供的這種超級電容充放電電路，在供電電源正常工作時，通過限流電阻對超級電容充電，限流電阻將超級電容的充電電流限制在一定范圍內，減小了供電電源的功率需求;在供電電源電壓下降到預設值以下時，通過旁路放電開關管將限流電阻進行短接，超級電容直接對用電設備進行供電，使得超級電容可以放電到V2可以工作的最低電壓用于用電設備的供電。
[0032]應用本實用新型的超級電容充放電電路對超級電容進行充放電控制的計量儀表， 能夠減小計量儀表內供電電源的功率需求，而且也能夠充分利用計量儀表內超級電容存儲的能量。
【主權項】
1.一種超級電容充放電電路，包括限流電阻，其特征在于還包括旁路放電開關管和電 壓檢測電路;充電電源與用電設備直接連接，并通過限流電阻與超級電容連接，旁路放電開 關管的活動端并聯在限流電阻兩端，電壓檢測電路的輸入端與供電電源連接，輸出端與旁 路放電開關管的控制端連接；電壓檢測電路用于檢測供電電源的電壓，在供電電源高于正 常值時輸出關閉旁路放電開關管的信號，保證充電電源通過限流電阻給超級電容充電，并 在供電電源電壓下降到設定值時輸出打開旁路放電開關管的信號，驅動旁路放電開關管開 通，使得超級電容直接對用電設備供電。2.根據權利要求1所述的超級電容充放電電路，其特征在于還包括控制器;控制器的1/ 0引腳直接與旁路放電開關管的控制端連接，用于控制旁路放電開關管的開通與關斷，從而 控制超級電容的充電和放電模式。3.根據權利要求1所述的超級電容充放電電路，其特征在于所述的旁路放電開關管為 三極管、MOS管或IGBT。4.根據權利要求1?3之一所述的超級電容充放電電路，其特征在于所述的電壓檢測電 路包括電壓采樣電路、開關管模塊、上拉電阻和輸出限流電阻；電壓采樣電路用于采樣供電 電源的電壓信號，并將采樣的信號輸入到開關管模塊的控制端;開關管模塊的活動端一端 通過上拉電阻與充電電源連接，同時還通過輸出限流電阻與旁路放電開關管的控制端連 接，另一端與地連接。5.根據權利要求4所述的超級電容充放電電路，其特征在于所述的電壓采樣電路為電 阻分壓電路。6.根據權利要求4所述的超級電容充放電電路，其特征在于所述的開關管模塊為三極 管、MOS管或IGBT。7.根據權利要求4所述的超級電容充放電電路，其特征在于所述的開關管模塊包括兩 個第一三極管、第二三極管和輔助上拉電阻；第一三極管的基極與電壓采樣電路的輸出端 連接，發射極與地連接，集電極通過輔助上拉電阻與充電電源連接，同時與第二三極管的基 極連接;第二三極管的發射極與地連接，集電極通過上拉電阻與充電電源連接，同時通過輸 出限流電阻與旁路放電開關管的控制端連接。8.—種計量儀表，其特征在于包括權利要求1?7之一所述的超級電容充放電電路;計量 儀表通過所述的超級電容充放電電路對計量儀表內的超級電容進行充放電。
【文檔編號】H02J7/34GK205610314SQ201620430758
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月13日
【發明人】劉金龍, 肖林松, 湯可, 潘念龍, 張奇亮
【申請人】長沙威勝信息技術有限公司