一种超级电容管理电路的制作方法

1.本发明涉及充放电电路技术领域，尤其是涉及一种超级电容管理电路。


背景技术：

2.通常，较小功率的采用锂电池作为后备电源。但电力设备由于其工作环境较为复杂的原因，会使用超级电容作为后备电源。在超级电容做后备的设备中，锂电池工作受温度的影响大，大倍率冲放电对电池的寿命影响较大，且电路中采用普通的二极管或rgbt，管压降比较大，功耗较高，且容易对电容性能造成影响。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种超级电容管理电路。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种超级电容管理电路，该管理电路的输入端连接充电设备的端口j1以及接地端口j2，该管理电路包括充电管理电路、放电管理电路和电容保护电路，所述充电管理电路和放电管理电路分别与端口j1连接，所述充电管理电路的输出端、所述放电管理电路的输入端分别与所述电容保护电路连接，所述充电管理电路包括理想二极管u4和稳压器u1，理想二极管u4与稳压器u1组成电容充电路径，所述稳压器u1与电阻r26连接，二者构成恒流源，电阻r26连接电容保护电路，所述超级电容保护电路包括多个并联的电容该保护单元，每个电容该保护单元设有电容保护芯片、超级电容和功率电阻。
6.所述理想二极管u4的输入引脚连接端口j1，所述理想二极管u4的漏极引脚、输出引脚、vdd引脚与所述稳压器u1的输入引脚、vcon引脚分别连接，所述稳压器u1的输出引脚串联电阻r26，所述稳压器u1的输入引脚连接电容保护电路。
7.所述理想二极管u4采用ltc4358，所述稳压器u1采用lt3080正线性稳压器，所述理想二极管u4的输入引脚1、2、3、4连接端口j1，所述理想二极管u4的漏极引脚15、输出引脚9、vdd引脚8与所述稳压器u1的输入引脚、vcon引脚分别连接，所述稳压器u1的set引脚连接电阻r29，电阻r26与电阻r29并联，所述稳压器u1的输入引脚与输出引脚之间连接有电容c1。
8.所述放电管理电路包括低功耗比较器u3、二极管控制器ic9、场效应管q3和场效应管q2，低功耗比较器u3和二极管控制器ic9组成电容放电路径，所述二极管控制器ic9的栅极分别连接场效应管q3、场效应管q2的栅极，场效应管q3的源极与场效应管q2的源极连接，且ic9的源极连接在二者之间，ic9的输入引脚连接电容保护电路，低功耗比较器u3的输入引脚通过电阻r33连接电阻r26，并通过电阻r31接地。
9.所述低功耗比较器u3根据端口j1、端口j2的电压打开或关闭二极管控制器ic9，二极管控制器ic9和场效应管q3、场效应管q2组成理想二极管单元，当端口j1与端口j2之间的电压或电容模组电压低于设定值时，低功耗比较器u3切断二极管控制器ic9和场效应管q3、场效应管q2组成的理想二极管，当端口j1与端口j2之间的电压或电容模组电压高于设定值
时使能理想二极管u4，电压的设定值由电阻r33和r31的分压确定。
10.所述低功耗比较器u3采用ltc1540，所述二极管控制器ic9采用ltc4359二极管控制器，所述二极管控制器ic9的vss引脚通过连接电容c23连接场效应管q2的漏极，所述低功耗比较器u3的输入引脚in 通过电阻r33连接电阻r26，并通过电阻r31接地，所述低功耗比较器u3的输出引脚连接所述二极管控制器ic9的关断控制引脚shdn，所述低功耗比较器u3的电源引脚v 连接电阻r32，且电源引脚v 还分别通过连接电容c22、稳压二极管d2接地；所述二极管控制器ic9的输入引脚in连接电容保护电路，所述二极管控制器ic9的vss引脚通过连接电容c23连接q2的漏极。
11.所述放电管理电路中的二极管控制器ic9的输入引脚in分别接入各电容该保护单元的电容保护芯片，各电容保护芯片的输出引脚分别接入功率电阻，各电容保护芯片还分别连接有超级电容和跨接电阻器，电容保护芯片实时监测相应超级电容两端的电压，当超级电容两端的电压超过安全值时，通过功率电阻进行放电。
12.进一步地，所述电容保护芯片采用bw6101电容保护芯片。
13.进一步地，各bw6101电容保护芯片的gnd引脚与sel引脚之间分别接有第一跨接电阻器，各bw6101电容保护芯片的sel引脚通过第二跨接电阻器连接vdd引脚，各bw6101电容保护芯片的vdd引脚与gnd引脚之间设有超级电容，各bw6101电容保护芯片的led引脚分别连接发光二极管。
14.进一步地，各bw6101电容保护芯片通过外部引脚sel选择为两种规格的超级电容进行充电保护，当选择sel为高电平时，对应保护点为2.65v，当选择sel电平为低时，对应保护点为2.45v，sel分别接跨接电阻器时保护电压为2.65v，超过此电压时bw6101电容保护芯片的iout泄漏与超级电容的端口导通，超级电容分别通过各自的功率电阻进行放电，放电电流大小根据各自电阻阻值来调整，并点亮相应的发光二极管。
15.本发明提供的超级电容管理电路，相较于现有技术至少包括如下有益效果：
16.1)本发明开关采用理想二极管，相比于普通的二极管或rgbt管压降低，且功耗小，理想二极管单相导通，可防止电容通过稳压器向外部电路自放电，通过利用稳压器和电阻构成恒流源，电流的大小通过电阻的阻值来限制，可实现充电电流可调节，进而减小功耗；
17.2)采用充电管理电路、放电管理电路和电容保护电路的设计，能够主动实现电容充电过压保护，超级电容大倍率放电高、寿命长、环境温度对电容性能的影响小，能够提高电池使用寿命，且还可以选择两种规格的超级电容进行充电保护，不同规格超级电容充电保护电压可通过bw6101的引脚sel上的电平来实现，并可根据电压范围扩展；
18.3)利用理想二极管作为开关，无需cpu即可自动实现电容的充放电，电路简单可靠，器件成本低；
19.4)充电电流、电压可通过电阻设置，灵活应用。
附图说明
20.图1为实施例中超级电容管理电路的结构示意图；
21.图2为实施例中超级电容管理电路中充电管理电路的结构示意图；
22.图3为实施例中超级电容管理电路中放电管理电路的结构示意图；
23.图4为实施例中超级电容管理电路中电容保护电路的结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
25.实施例
26.本发明涉及一种超级电容管理电路，包括为超级电容模组充电的充电管理电路，以及放电管理电路和电容保护电路。具体原理如图1所示。j1为用于连接充电设备的端口，j2为接地端口。j1连接充电管理电路和放电管理电路，充电管理电路、放电管理电路分别与电容保护电路连接。
27.具体地，充电管理电路包括理想二极管u4和稳压器u1，u1、u4组成电容充电路径。作为优选方案，u4采用ltc4358，u1采用lt3080正线性稳压器，电路如图2所示，u4的输入引脚1、2、3、4连接j1端口，u4的漏极引脚15、输出引脚9、vdd引脚8与u1的输入引脚in、vcon引脚分别连接。u1的输出引脚串联电阻r26，u1的set引脚连接电阻r29，电阻r26与电阻r29并联。u1的输入引脚与输出引脚之间连接有电容c1。进一步地，电容c1为10μf/25v；电阻r29的阻值为100kω。u4是一个理想二极管，单相导通，防止电容通过u1向外部电路自放电，稳压器u1和电阻r26构成恒流源，电流的大小通过电阻r26的阻值来限制，电阻越大电流越小，反至电流越大。
28.放电管理电路包括低功耗比较器u3和二极管控制器ic9，u3、ic9组成电容放电路径。作为优选方案，u3采用ltc1540，ic9采用ltc4359二极管控制器，电路如图3所示，u3的输入引脚in 通过电阻r33连接电阻r26，并通过电阻r31接地。u3的输出引脚out连接ic9的关断控制引脚shdn。u3的电源引脚v 连接电阻r32，且电源引脚v 还分别通过连接电容c22、稳压二极管d2接地。二极管控制器ic9的栅极分别连接场效应管q3、q2的栅极，场效应管q3的源极与场效应管q2的源极连接，且ic9的源极连接在二者之间。ic9的输入引脚in连接电容保护电路。ic9的vss引脚通过连接电容c23连接q2的漏极。u3根据端口电压打开或关闭ic9，ic9和q3、q2组成一个理想二极管单元。当端口电压或电容模组电压低于设定值时u3切断ic9和q3、q2组成的理想二极管，电压高于设定值时使能理想二极管，电压的设定值由电阻r33和r31的分压来确定。
29.超级电容保护电路包括六个并联的电容，该保护单元如图4所示，超级电容保护电路主要由多个电容保护芯片、超级电容、功率电阻组成。c12、c13、c14、c15、c16、c17是超级电容。ic2、ic3、ic4、ic5、ic6、ic7是电容保护芯片，型号是bw6101。r19、r20、r21、r22、r23、r24是功率电阻。r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12是跨接电阻器(零欧姆电阻)。
30.放电管理电路中的ic9的输入引脚in分别接入各bw6101电容保护芯片，各bw6101电容保护芯片的iout引脚分别接入功率电阻。各bw6101电容保护芯片的gnd引脚与sel引脚之间分别接有跨接电阻器(r1、r2、r3、r4、r5、r6)。各bw6101电容保护芯片的sel引脚还通过另一个跨接电阻器(r7、r8、r9、r10、r11、r12)连接vdd引脚。各bw6101电容保护芯片的vdd引脚与gnd引脚之间皆有超级电容。各bw6101电容保护芯片的led引脚分别通过50欧电阻连接发光二极管。
31.bw6101实时监测超级电容两端的电压，当电容两端的电压超过安全值时通过功率电阻来放电；r1、r2、r3、r4、r5、r6、r19、r20、r21、r22、r23、r24电容保护电压值设定。
32.bw6101可以通过外部引脚sel选择为两种规格的超级电容进行充电保护。当选择sel为高电平时，对应保护点为2.65v，当选择sel电平为低时，对应保护点为2.45v。sel分别接r7、r8、r9、r10、r11、r12时保护电压为2.65v，超过此电压时bw6101的iout泄漏与超级电容端口导通，超级电容分别通过各自的放电电阻r19、r20、r21、r22、r23、r24进行放电，放电电流大小根据各自电阻阻值来调整，并点亮相应的发光二极管；接r1、r2、r3、r4、r5、r6保护电压设置为2.45v。
33.按照上述充电管理电路、放电管理电路和电容保护电路的连接关系，当j1、j2两端端口的电压高于超级电容的电压时，端口给超级电容充电；当低于或接近于超级电容模组电压时，超级电容给端口补充电量，提高系统的瞬时响应。
34.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。