專利名稱：超級電容器直流電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及直流電源技術(shù)，尤其是涉及一種利用超級電容器實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)直流電源裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)和制造技術(shù)的不斷發(fā)展，電子裝置的外形和體積越來越小，并通過采用 可充電電池提供電源，使電子裝置具備便攜功能，由此擴(kuò)大了電子裝置的使用環(huán)境，且更 方便用戶使用。因此，諸如手機(jī)、PDA等電子裝置已走入千家萬戶，成為人們?nèi)粘Ｉ畋?br> 須品之一。
以手機(jī)為例，手機(jī)也是采用電池提供電源，但在手機(jī)的開發(fā)設(shè)計和實(shí)際使用中對電池 方面存在很多限制或不利因素，主要表現(xiàn)為第一，電池的使用壽命相對較短，且普通生 產(chǎn)的電池基本無發(fā)達(dá)到手機(jī)的使用要求；第二，電池充電時間較長，不符合人們越來越快 的生活節(jié)奏的實(shí)際需要；第三，越來越多廢棄電池給環(huán)境保護(hù)帶來絕大挑戰(zhàn)；第四，由于 不同類型電池的特殊壽命要求，使對電池充電的規(guī)格要求較高，因此每款手機(jī)均配有自己 的充電電路和充電器，且不同型號和品牌的手機(jī)的充電電路和充電器無法通用，這樣造成 了相當(dāng)大的資源浪費(fèi)。
鑒于以上諸多不利因素，有必要針對手機(jī)等便攜電子裝置的電源提出一種高效、環(huán)保 且實(shí)現(xiàn)成本較低的解決方案。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提出一種超級電容器直流電源裝置，尤其適合為手機(jī)等便攜電子 裝置提供直流電源，以解決目前可充電電池具有使用壽命短且無法通用等諸多缺陷的技術(shù)問題。
為解決本實(shí)用新型的技術(shù)問題，本實(shí)用新型公開一種超級電容器直流電源裝置，其包 括 一個或多個并聯(lián)連接的超級電容器；用于將超級電容器的輸出電壓作升壓處理至設(shè)定 電壓值的升壓處理電路；用于檢測超級電容器的輸出電壓，當(dāng)超級電容器的輸出電壓不小 于設(shè)定的閾值時，控制連通第一通道并輸出電壓，否則控制連通第二通道并使超級電容器 的輸出電壓經(jīng)升壓處理電路作升壓處理后從第二通道輸出的控制切換電路，其連接超級電 容器和升壓處理電路。
較優(yōu)的，本實(shí)用新型的超級電容器直流電源裝置還包括用于利用輸入的直流電源為 超級電容器充電的充電電路，其輸出端連接超級電容器；其中，所述充電電路包括串接 在輸入的直流電源與地之間的兩個電阻器；與電阻器反相并接的穩(wěn)壓管；基極連接兩個電 阻器的公共端，發(fā)射極連接超級電容器，集電極連接輸入的直流電源的晶體管，且該晶體 管的發(fā)射極串接電容器之后接地。
較優(yōu)的，所述升壓處理電路包括DC-DC轉(zhuǎn)換器，其使能控制端通過電阻器連接超級 電容器，輸入端連接超級電容器，設(shè)置端通過電感器連接超級電容器，且設(shè)置端還通過升 壓二極管與設(shè)定的閾值相等的電壓連接，而輸出端連接用于調(diào)節(jié)輸出電壓的兩個串接電阻 器后接地；反饋端連接在兩個串接電阻器的公共端。
較優(yōu)的，所述控制切換電路包括第一通道；第二通道以及用于檢測超級電容器的輸出電壓不小于設(shè)定的鬮值時，輸出端輸出高電平控制連通第一通道，否則輸出端輸出低電 平控制連通第二通道的電壓檢測器，其檢測端連接超級電容器，而輸出端連接第一通道和
第二通道。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果
本實(shí)用新型可以普遍適用于各種便攜電子裝置中，為便攜電子裝置提供無污染的高效 電源。因此，本實(shí)用新型具有使用壽命長、充電速度快、無環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)；且本實(shí)用新 型應(yīng)用于手機(jī)等便攜電子裝置時，充電電路和充電器均可通用，避免了資源浪費(fèi)。


圖1是本實(shí)用新型一個較佳實(shí)施例的電路示意圖。
具體實(shí)施方式
為表述清楚，先對超級電容器做簡單介紹
超級電容器是近幾年才批量生產(chǎn)的一種無源器件，有著法拉級的超大電容量，具有電 容的大電流快速充放電特性，同時也有電池的儲能特性，并且重復(fù)使用壽命長，放電時利 用移動導(dǎo)體間的電子(而不依靠化學(xué)反應(yīng))釋放電流，從而為設(shè)備提供電源。
超級電容器具有如下特性a、體積小，容量大，電容量比同體積電解電容容量大30 40 倍；b、充電速度快，10秒內(nèi)達(dá)到額定容量的95%; c、充i丈電能力強(qiáng)；d、失效開路，過電 壓不擊穿，安全可靠；e、超長壽命，可長達(dá)40萬小時以上；f、充放電線路簡單，無需充電 電池那樣的充電電路，真正免維護(hù)；h、容量范圍0.1F—1000F 。
因此，超級電容器與電池相比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)a、超低串聯(lián)等效電阻，且功率密度 (PowerDensity)是鋰離子電池的數(shù)十倍以上，適合大電流放電；超級電容器具有超長壽命， 充放電大于50萬次，是Li-Ion電池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd電池的1000倍，如果對超級電 容器每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)68年；c、超級電容器可以使用大電流充電，充放電時 間短，對充電電路要求簡單，且無記憶效應(yīng)；d、超級電容器可密封，具有免維護(hù)優(yōu)點(diǎn)；e、 超級電容器的工作溫度范圍寬為-40。C ~+70°C,而一般電池的工作溫度范圍寬是-20。C ~ 60°C。
參見圖1所示。本實(shí)用新型的直流電源裝置包括超級電容器IIO、充電電路120、升壓 處理電路130和控制切換電路140。其中，超級電容器110根據(jù)儲能電量要求可以選用1個或 多個并聯(lián)，如本實(shí)施例采用2個相并聯(lián)的超級電容器C1和C2。
其中，所述充電電路120包括串接在輸入的直流電源與地之間的兩個電阻器R6和 R7;與電阻器R7反相并接的穩(wěn)壓管D1;基極連接兩個電阻器R6和R7的公共端，發(fā)射極 連接超級電容器110,集電極連接輸入的直流電源的晶體管Q6,且該晶體管Q6的發(fā)射極串 接電容器C4之后接地。
由外部輸入的直流電源經(jīng)電阻器R6和R7分壓，當(dāng)電阻器R7上達(dá)到一定閥值使晶體 管Q6導(dǎo)通，這樣達(dá)到了對超級電容器IIO充電的目的；另外，電容器C4上的電壓為穩(wěn)壓 管D1的正向?qū)ǖ碾妷航?.7v,當(dāng)穩(wěn)壓管D1選擇合適，即達(dá)到了限制最高充電電壓的目 的。假設(shè)流過R6的電流為IR6,則有
Ir6=(輸入的直流電源電壓-穩(wěn)壓管Dl的電壓)/R6
式中，輸入的直流電源電壓、穩(wěn)壓管D1的電壓、電阻器R6的阻值均為定值，因此， IR6為恒值，而電阻器R7和穩(wěn)壓管D1為固定負(fù)載。這樣，晶體管Q6的基極電流(lR6-lD廣I R7)為小于I站的一個恒值，從而晶體管Q6的發(fā)射極電流也為一個恒值，如此達(dá)到恒流限 壓充電的目的。且當(dāng)超級電容器110上電壓達(dá)到一定值時，晶體管Q6的基極和發(fā)射極之間的壓差小于其導(dǎo)通的閥值時，晶體管Q6會自動截止，從而實(shí)現(xiàn)自動充電的目的。
由于超級電容器的特性，與電池相比最高充電電壓只要小于其耐壓值即可，因此，即 使給超級電容器的充電電流過大，也不會導(dǎo)致超級電容器損壞。故超級電容器對充電的要 求較低。
所述升壓處理電路130包括采用型號為LTC3400 (其輸入電壓最低可為0.6V)的實(shí) 時升壓DC-DC轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)的DC-DC轉(zhuǎn)換器101,其使能控制端EN通過電阻器Rl連接 超級電容器110,輸入端VIN連接超級電容器110,設(shè)置端SW通過電感器Ll連接超級電 容器110，且設(shè)置端SW還通過升壓二極管D4與設(shè)定的閾值(本實(shí)施例中閾值為3.5V)相 等的電壓連接，而輸出端VOUT連接用于調(diào)節(jié)輸出電壓的兩個串接電阻器R2和R3后接地； 連接在DC-DC轉(zhuǎn)換器101的輸出端VOUT與地之間的濾波電容器C3;其反饋端FB連接 在兩個串接電阻器R2和R3的公共端。
另外，所述控制切換電路140包括第一通道；第二通道以及用于檢測超級電容器110 的輸出電壓不小于設(shè)定的閾值時，輸出端輸出高電平控制連通第一通道，否則輸出端輸出 低電平控制連通第二通道的電壓檢測器102,該電壓檢測器102采用型號為BL8506的芯片 實(shí)現(xiàn)，其檢測端(即輸入端IN)連接超級電容器110，而輸出端OUT連接第一通道和第二 通道。其中，第一通道包括漏極對接的兩個晶體管Q3和Q4，且晶體管Q3的源極連接超 級電容器110;柵極連接電壓檢測器102的輸出端，源極接地，漏極同時連接兩個晶體管 Q3和Q4的柵極的晶體管Q5 。第二通道包括漏極對接且柵極同時連接至電壓檢測器102 的輸出端的兩個晶體管Ql和Q2;且晶體管Ql的源極與柵極之間連接電阻器R4,晶體管 Ql的源極連接至升壓處理電路130的輸出端，Q2的源極連接Q4的源極和電源電壓輸出端 (VCC )。
所述晶體管Q1、 Q2、 Q3和Q4為PMOS晶體管，而晶體管Q5為NMOS晶體管。
當(dāng)超級電容器C1、 C2上電壓不小于3.5V時，即電壓檢測器102的輸入端IN檢測到輸 入電壓大于3.5V時，電壓檢測器102的輸出端OUT輸出高電平，使晶體管Q1、 Q2截止， 且使晶體管Q5導(dǎo)通，從而使晶體管Q3、 Q4導(dǎo)通，故超級電容器C1、 C2通過第一通道中 的晶體管Q3、 Q4直接輸出電壓為手機(jī)供電。此時，DC-DC轉(zhuǎn)換器101的使能控制端EN 為低電平，故DC-DC轉(zhuǎn)換器101不工作。
當(dāng)超級電容器Cl、 C2上電壓小于3.5V時，即電壓檢測器102的輸入端IN檢測到輸入 電壓小于3.5V時，電壓檢測器102的輸出端OUT輸出低電平，使晶體管Ql、 Q2導(dǎo)通， 且使晶體管Q5截止，從而使晶體管Q3、 Q4截止，超級電容器C1、 C2的輸出電壓通過升 壓處理電路130作升壓處理至3.5V后，通過第二通道中的晶體管Ql、 Q2輸出，從而為手 機(jī)供電。此時，DC-DC轉(zhuǎn)換器101的使能控制端EN為高電平，故DC-DC轉(zhuǎn)換器101進(jìn)行 正常的升壓處理工作，將超級電容器輸出0.6V到3.5V中間的電壓升壓到3.5V電壓。
至于超級電容器貯能電量的計算，容量為lF的超級電容器充滿電時為l庫/伏，如果電壓 充到5V,那么該電容上就儲存有5庫的電荷。而lA的電流就等于l庫/秒，這里電流1A的定義 是l庫侖/秒，如換算成電池的安時(AH)則為1A x ( 1/3600小時)，或1000mA x ( 1/3600 小時)=0.278毫安時，對于1F/5V超級電容即為5 x0.278毫安時=1.39毫安時。這樣可以根 據(jù)手機(jī)對電池的要求反計算出所需的超級電容的容量，如對于750mAH電池，5V超級電容需 容量為750mAH/1.39毫安時-539.6F,可以選l個，也可以選兩個或多個并聯(lián)。
綜上，本實(shí)用新型可以普遍適用于各種便攜電子裝置中，為便攜電子裝置提供無污染 的高效電源。因此，本實(shí)用新型具有使用壽命長、充電速度快、無環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)；且本 實(shí)用新型應(yīng)用于手機(jī)等便攜電子裝置時，充電電路和充電器均可通用，避免了資源浪費(fèi)。
權(quán)利要求1、一種超級電容器直流電源裝置，其特征在于，包括一個或多個并聯(lián)連接的超級電容器(110)；用于將超級電容器(110)的輸出電壓作升壓處理至設(shè)定電壓值的升壓處理電路(130)；用于檢測超級電容器(110)的輸出電壓，當(dāng)超級電容器(110)的輸出電壓不小于設(shè)定的閾值時，控制連通第一通道并輸出電壓，否則控制連通第二通道并使超級電容器(110)的輸出電壓經(jīng)升壓處理電路(130)作升壓處理后從第二通道輸出的控制切換電路(140)，其連接超級電容器(110)和升壓處理電路(130)。
2、 如權(quán)利要求1所述的超級電容器直流電源裝置，其特征在于，還包括用于利用 輸入的直流電源為超級電容器充電的充電電路(120)，其輸出端連接超級電容器(110);所述充電電路(120)包括串接在輸入的直流電源與地之間的兩個電阻器(R6、 R7); 與電阻器(R7)反相并接的穩(wěn)壓管(Dl);基極連接兩個電阻器(R6、 R7)的公共端，發(fā)射極連接超級電容器(110),集電極連 接輸入的直流電源的晶體管(Q6)，該晶體管(Q6)的發(fā)射極串接電容器(C4)之后接地。
3、 如權(quán)利要求1所述的超級電容器直流電源裝置，其特征在于，所述升壓處理電路 (130)包括DC-DC轉(zhuǎn)換器(101),其使能控制端通過電阻器(Rl )連接超級電容器(110),輸入端連接超級電容器(110),設(shè)置端通過電感器(Ll)連接超級電容器(110)，且設(shè)置 端還通過升壓二極管(D4)與設(shè)定的閾值相等的電壓連接，而輸出端連接用于調(diào)節(jié)輸出電 壓的兩個串接電阻器(R2、 R3)后接地，反饋端連接在兩個串接電阻器(R2、 R3)的公 共端。
4、 如權(quán)利要求3所述的超級電容器直流電源裝置，其特征在于，所述升壓處理電路 (130 )還包括連接在DC-DC轉(zhuǎn)換器(101 )的輸出端與地之間的濾波電容器(C3 )。
5、 如權(quán)利要求1所述的超級電容器直流電源裝置，其特征在于，所述控制切換電路 (140)包括第一通道；第二通道以及用于檢測超級電容器(110)的輸出電壓不小于設(shè)定的閾值時，輸出端輸出高電平控制連通第一通道，否則輸出端輸出低電平控制連通第二 通道的電壓檢測器(102)，其檢測端連接超級電容器(110),而輸出端連接第一通道和第 二通道。
6、 如權(quán)利要求5所述的超級電容器直流電源裝置，其特征在于，所述第一通道包括 漏極對接的兩個晶體管(Q3、 Q4),且晶體管(Q3)的源極連接超級電容器(110); 柵極連接電壓檢測器(102)的輸出端，源極接地，漏極同時連接兩個晶體管(Q3、Q4)的柵極的晶體管(Q5)。
7、 如權(quán)利要求6所述的超級電容器直流電源裝置，其特征在于，所述晶體管(Q3、 Q4)為PMOS晶體管，而晶體管(Q5 )為NMOS晶體管。
8、 如權(quán)利要求5所述的超級電容器直流電源裝置，其特征在于，所述第二通道包括 漏極對接且柵極同時連接至電壓;^測器(102)的輸出端的兩個晶體管(Ql、 Q2);其中， 晶體管(Ql)的源極與柵極之間連接電阻器(R4),且晶體管(Ql)的源極連接至升壓處 理電路(130)的輸出端，晶體管(Q2)的源極連接第一通道中晶體管(Q4 )的源極和電源 電壓輸出端(VCC)。
9、 如權(quán)利要求8所述的超級電容器直流電源裝置，其特征在于，所述晶體管(Ql、 Q2)為PMOS晶體管。
10、 如權(quán)利要求1至9任意一項所述的超級電容器直流電源裝置，其特征在于，所述 設(shè)定的閾值為3.5V。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種超級電容器直流電源裝置，其包括一個或多個并聯(lián)連接的超級電容器；用于將超級電容器的輸出電壓作升壓處理至設(shè)定電壓值的升壓處理電路；用于檢測超級電容器的輸出電壓，當(dāng)超級電容器的輸出電壓不小于設(shè)定的閾值時，控制連通第一通道并輸出電壓，否則控制連通第二通道并使超級電容器的輸出電壓經(jīng)升壓處理電路作升壓處理后從第二通道輸出的控制切換電路，其連接超級電容器和升壓處理電路。本實(shí)用新型可以普遍適用于各種便攜電子裝置中，為便攜電子裝置提供無污染的高效電源；具有使用壽命長、充電速度快、無環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)；且本實(shí)用新型應(yīng)用于手機(jī)等便攜電子裝置時，充電電路和充電器均可通用，避免了資源浪費(fèi)。
文檔編號H02J15/00GK201252422SQ20082014647
公開日2009年6月3日 申請日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者張鵬程 申請人:深圳市同洲電子股份有限公司