串聯(lián)超級電容器自動均衡電路的制作方法
【專利摘要】本專利的串聯(lián)超級電容器自動均衡電路，包括電阻R1，R2，R3，R4，電壓檢測單元，N溝道MOS管Q1，NPN型三極管Q2，光耦Q3，光耦Q4，控制單元，電阻R1、R2的一端分別連接Q3的輸入陽極、陰極，另一端均連接超級電容器C1的正極,電阻R3的一端連接C1的正極，另一端連接Q4的輸出集電極，電阻R4的一端連接C1的正極，另一端連接Q2的集電極，電壓檢測單元輸入端1管腳、2管腳并聯(lián)在C1的正、負極之間，輸出端3管腳連接Q1的柵極，Q1的漏極連接Q3的輸入陰極，Q1的源極、Q2的發(fā)射極均連接C1的負極，Q2的基極與Q4的輸出發(fā)射極連接,實現(xiàn)串聯(lián)超級電容器電壓的自動均衡。
【專利說明】串聯(lián)超級電容器自動均衡電路
[0001]【【技術領域】】
[0002]本實用新型涉及集成電路領域，具體涉及一種串聯(lián)超級電容器自動均衡電路。
[0003]【【背景技術】】
[0004]目前超級電容器的單體電壓都很低，一般低于3V，在實際應用中需要大量的串聯(lián)使用，由于在應用中需要進行大電流充放電使用，因此串聯(lián)的各超級電容器單體電壓是否一致至關重要的。因串聯(lián)超級電容器模組中各超級電容器單體的容量偏差，內阻的不一致性和漏電流的影響，會導致各超級電容器單體在模組中存在電壓的不均衡，影響使用。嚴重的會使整個超級電容器模組損壞。
[0005]現(xiàn)有的一種均衡方式為在各串聯(lián)超級電容器單體兩端并聯(lián)一個電阻進行均壓，如圖1，這種均衡方式的效果很差，不能有效的均衡，因電阻上會產生一定的漏電流，使整個超級電容器模組的漏電流增大，極大的影響應用。
[0006]另外一種串聯(lián)超級電容器模組均衡電路的方式是:對每一個單體預設一個電壓值，一但超級電容器的電壓達到預設值時，會對超級電容器單體進行一定的放電，使其電壓降低，從而達到保護超級電容器的目的，見圖2。此電路的缺點為:放電的電流較小，均衡能力不足，效果不明顯。同時因放電電流產生的熱量會影響超級電容器的壽命。
[0007]【實用新型內容】
[0008]為了解決上述問題，本實用新型提供一種串聯(lián)超級電容器自動均衡電路。
[0009]本實用新型采用的技術方案是，構造串聯(lián)超級電容器自動均衡電路，包括電阻R1，R2，R3，R4，電壓檢測單元，N溝道MOS管Ql，NPN型三極管Q2，光耦Q3，光耦Q4，控制單元，電阻Rl、R2的一端分別連接光耦Q3的輸入陽極、陰極，另一端均連接超級電容器的正極，電阻R3的一端連接超級電容器的正極，另一端連接光耦Q4的輸出集電極，電阻R4的一端連接超級電容器的正極，另一端連接NPN型三極管Q2的集電極，電壓檢測單元的輸入端I管腳、2管腳并聯(lián)在超級電容器的正、負極之間，輸出端3管腳連接N溝道MOS管Ql的柵極，MOS管Ql的漏極連接光耦Q3的輸入陰極，N溝道MOS管Ql的源極、NPN型三極管Q2的發(fā)射極均連接超級電容器的負極，NPN型三極管Q2的基極與光耦Q4的輸出發(fā)射極連接，光耦Q3的輸出端、光耦Q4的輸入端均與控制單元連接；
[0010]還可以采用另一種方案，串聯(lián)超級電容器自動均衡電路包括電阻Rl，R2，R3，R4，電壓檢測單元，P溝道MOS管Ql，PNP型三極管Q2，光耦Q3，光耦Q4，控制單元，電阻Rl、R2的一端分別連接光耦Q3的輸入陰極、陽極，另一端均連接超級電容器的負極，電阻R3的一端連接超級電容器的負極，另一端連接光耦Q4的輸出發(fā)射極，電阻R4的一端連接超級電容器的負極，另一端連接PNP型三極管Q2的集電極，電壓檢測單元的輸入端I管腳、2管腳并聯(lián)在超級電容器的正、負極之間，輸出端3管腳連接P溝道MOS管Ql的柵極，P溝道MOS管Ql的漏極連接光耦Q3的輸入陽極，P溝道MOS管Ql的源極、PNP型三極管Q2的發(fā)射極均連接超級電容的正極，PNP型三極管Q2的基極與光耦Q4的輸出集電極連接，光耦Q3的輸出端、光耦Q4的輸入端均與控制單元連接。
[0011]優(yōu)選的，所述串聯(lián)超級電容器自動均衡電路還包括與控制單元、超級電容器連接的開關元件。
[0012]優(yōu)選的，所述NPN型三極管Q2型號是SS8050或所述PNP型三極管Q2型號是SS8550。
[0013]優(yōu)選的，所述N溝道MOS管Ql型號是XP161A1355PR或所述P溝道MOS管Ql型號是 FDZ661PZ。
[0014]優(yōu)選的，所述電壓檢測單元型號是XC161AC12702MR。
[0015]優(yōu)選的，所述光耦Q3、Q4型號是PC1817或TLP521-1。
[0016]優(yōu)選的，所述控制單元型號是STC189C151RC1。
[0017]優(yōu)選的，所述電阻R1、R2、R3、R4的阻值分別是300 Ω、10 Ω、2.2ΚΩ、2.2ΚΩ。
[0018]優(yōu)選的，所述開關元件是繼電器或開關。
[0019]本實用新型還提供串聯(lián)超級電容器自動均衡方法，包括如下步驟:
[0020]SI:電壓檢測單元監(jiān)測超級電容器溫度或其兩端電壓；
[0021]S2:判斷超級電容器溫度或其兩端電壓是否超范圍，如超范圍將進行步驟S3，如未超范圍，進彳丁步驟S4 ；
[0022]S3:控制單 元切斷超級電容器的供電，控制光耦Q4導通；
[0023]S4:控制單元判斷光耦Q4當前狀態(tài)是否導通，如導通進行步驟S5，如未導通進行步驟SI;
[0024]S5:控制單元恢復超級電容器的供電，控制光耦Q4斷開。
[0025]通過上述方案可見，通過電壓檢測單元實時對超級電容器的電壓進行監(jiān)測，對電壓超過一定偏差時發(fā)出指令并隔離傳送到處理器，由處理器通過預設程序進行處理；監(jiān)測串聯(lián)超級電容器模組中各超級電容器單體電壓、模組電壓，根據(jù)系統(tǒng)即時工作電流、環(huán)境溫度分析件所處的工作點，當器件工作點偏離正常值時進行旁路、補電等均衡措施，嚴重時停機進行所有器件集體均衡，達到超級電容器模組中每一個單體的初始化的目的，能保證器件長期穩(wěn)定地工作在正常范圍之內。
[0026]【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0027]圖1阻容均壓的串聯(lián)超級電容器均衡電路原理圖；
[0028]圖2帶放電回路的串聯(lián)超級電容器均衡電路原理圖；
[0029]圖3實施例一中的串聯(lián)超級電容器自動均衡電路原理圖；
[0030]圖4實施例二中的串聯(lián)超級電容器自動均衡電路原理圖；
[0031]圖5串聯(lián)超級電容器自動均衡流程圖；
[0032]【【具體實施方式】】
[0033]為了使本實用新型的技術方案，技術效果更加清楚，下面結合附圖和實施例對本實用新型的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0034]實施例一:
[0035]如圖1，超級電容器Cl至Cn的容值相同，彼此串聯(lián)，每個超級電容器連接有相同的均衡電路。本實施例中的串聯(lián)超級電容器自動均衡電路，包括電阻Rl，R2，R3，R4，電壓檢測單元，控制單元，N溝道MOS管Ql，NPN型三極管Q2，光耦Q3、Q4。電阻R1、R2的一端分別連接光耦Q3的輸入陽極、輸入陰極，另一端均連接超級電容Cl正極，電阻R3的一端和超級電容Cl正極連接，另一端連接光耦Q4的輸出集電極，電阻R4的一端連接超級電容Cl正極，另一端連接NPN型三極管Q2的集電極Cl，電壓檢測單元的輸入端I管腳、2管腳分別連接超級電容器Cl的正極、負極，輸出端3管腳連接N溝道MOS管Ql的柵極G，MOS管Ql的漏極D連接光耦Q3的輸入陽極，MOS管Ql的源極S、三極管Q2的發(fā)射極E均連接超級電容Cl的負極，三極管Q2的基極B與光耦Q4的輸出發(fā)射極連接，光耦Q3的輸出端、光耦Q4的輸入端均與控制單元連接。同時在供電端設有繼電器K，繼電器K和一端控制單元電連接，另一端和超級電容器Cl連接。本實施例中的NPN型三極管型號是SS8050，N溝道MOS管型號是XP161A1355PR，電壓檢測單元型號是XC161AC12702MR，光耦型號Q3，Q4型號是PC1817或TLP521-1，控制單元型號是STC189C151RC1,電阻Rl、R2、R3、R4的阻值分別是300Ω、10Ω、
2.2ΚΩ、2.2ΚΩ,超級電容器Cl的容值10?3000pF。
[0036]電壓檢測單元的可實時采樣超級電容器Cl的溫度和其兩端的電壓，如溫度或電壓超出超級電容器Cl的工作溫度、充電電壓額定參數(shù)一個絕對值范圍時，輸出一個邏輯高電平“I”給MOS管，MOS管導通，超級電容器Cl，電阻R2，MOS管形成第一放電回路，實現(xiàn)了均衡超級電容器電壓的目的，在電荷泄放的過程中，R2兩端的壓降使光耦Q3中的發(fā)光二極管導通發(fā)光，輸出邏輯低電平“O”給控制單元，同時控制單元控制斷開繼電器K，切斷超級電容器Cl的充電電壓。根據(jù)光I禹Q3的低電平輸出，控制單兀輸出邏輯高電平給光I禹Q4,Q4導通發(fā)光而使三極管Q2飽和導通，超級電容Cl，R4，三極管Q2形成第二放電回路，也均衡了超級電容器的電壓，隨著超級電容兩端的電壓迅速降低，自身溫度也隨之快速降低；當?shù)谝环烹娀芈泛偷诙烹娀芈返碾p重作用使超級電容Cl的溫度或其兩端的電壓降至目標范圍后，電壓檢測單元輸出邏輯低電平信號給MOS管，MOS管截止，從而光耦Q3也截止，控制單元根據(jù)Q3的高電平輸出，斷開光耦Q4，控制繼電器K閉合，恢復超級電容器Cl的供電。本實施例中的繼電器K可以是其他開關元器件，譬如開關。
[0037]任一超級電容器過壓時，控制單元可自動控制每個超級電容器的單體電壓達到相同值。
[0038]實施例二:
[0039]如圖4，該實施例中的N溝道MOS管還可以替換成P溝通MOS管，NPN型三極管還可以替換成PNP型三極管，只需將超級電容器的正、負極位置互換，光耦Q3的輸入陽極、陰極連接位置互換，光耦Q4的輸出集電極，發(fā)射極連接位置互換，電壓檢測單元輸出邏輯低電平信號給MOS管，控制單元輸出邏輯高電平給光耦Q4，同樣可實現(xiàn)多個超級電容器電壓均衡功能，具體工作過程不再贅述。此實施例中的PNP型三極管型號是SS8550，P溝道MOS管型號是FDZ661PZ，其他元器件型號參數(shù)與實施例一中的相同。
[0040]以上所述僅為本專利的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本專利，對于本領域的技術人員來說，本專利可以有各種更改和變化。凡在本專利的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利的保護范圍之內。
【權利要求】
1.串聯(lián)超級電容器自動均衡電路，包括電阻Rl，R2,R3，R4，電壓檢測單元，N溝道MOS管Ql，NPN型三極管Q2，光耦Q3，光耦Q4，控制單元，電阻R1、R2的一端分別連接光耦Q3的輸入陽極、陰極，另一端均連接超級電容器的正極，電阻R3的一端連接超級電容器的正極，另一端連接光耦Q4的輸出集電極，電阻R4的一端連接超級電容器的正極，另一端連接NPN型三極管Q2的集電極，電壓檢測單元的輸入端I管腳、2管腳并聯(lián)在超級電容器的正、負極之間，輸出端3管腳連接N溝道MOS管Ql的柵極，MOS管Ql的漏極連接光耦Q3的輸入陰極，N溝道MOS管Ql的源極、NPN型三極管Q2的發(fā)射極均連接超級電容器的負極，NPN型三極管Q2的基極與光耦Q4的輸出發(fā)射極連接，光耦Q3的輸出端、光耦Q4的輸入端均與控制單元連接； 或者包括電阻Rl，R2，R3，R4，電壓檢測單元，P溝道MOS管Ql，PNP型三極管Q2，光耦Q3，光耦Q4，控制單元，電阻Rl、R2的一端分別連接光耦Q3的輸入陽極、陰極，另一端均連接超級電容器的負極，電阻R3的一端連接超級電容器的負極，另一端連接光耦Q4的輸出發(fā)射極，電阻R4的一端連接超級電容器的負極，另一端連接PNP型三極管Q2的集電極，電壓檢測單元的輸入端I管腳、2管腳并聯(lián)在超級電容器的正、負極之間，輸出端3管腳連接P溝道MOS管Ql的柵極，P溝道MOS管Ql的漏極連接光耦Q3的輸入陽極，P溝道MOS管Ql的源極、PNP型三極管Q2的發(fā)射極均連接超級電容的正極，PNP型三極管Q2的基極與光耦Q4的輸出集電極連接，光耦Q3的輸出端、光耦Q4的輸入端均與控制單元連接。
2.根據(jù)權利要求1中所述的串聯(lián)超級電容器自動均衡電路，其特征在是所述串聯(lián)超級電容器自動均衡電路還包括與控制單元、超級電容器連接的開關元件。
3.根據(jù)權利要求1中所述的串聯(lián)超級電容器自動均衡電路，其特征在是所述NPN型三極管Q2型號是SS8050或所述PNP型三極管Q2型號是SS8550。
4.根據(jù)權利要求1中所述的串聯(lián)超級電容器自動均衡電路，其特征在是所述N溝道MOS管Ql型號是XP161A1355PR或所述P溝道MOS管Ql型號是FDZ661PZ。
5.根據(jù)權利要求1中所述的串聯(lián)超級電容器自動均衡電路，其特征在是所述電壓檢測單元型號是XC161AC12702MR。
6.根據(jù)權利要求1中所述的串聯(lián)超級電容器自動均衡電路，其特征在是所述光耦Q3、Q4 型號是 PC1817 或 TLP521-1。
7.根據(jù)權利要求1中所述的串聯(lián)超級電容器自動均衡電路，其特征在是所述控制單元型號是 STC189C151RC1。
8.根據(jù)權利要求1中所述的串聯(lián)超級電容器自動均衡電路，其特征在是所述電阻R1、R2、R3、R4 的阻值分別是 300Ω、10Ω、2.2ΚΩ、2.2ΚΩ。
9.根據(jù)權利要求2所述的串聯(lián)超級電容器自動均衡電路，其特征是所述開關元件是繼電器或開關。
【文檔編號】H02J7/00GK203813486SQ201420196840
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權日:2014年4月22日
【發(fā)明者】汪紅福 申請人:珠海市三川電子科技有限公司