专利名称：基于超级电容的电源保护电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电源电路，尤其是涉及一种由超级电容作为备用电源的电源 保护电路。
背景技术：
超级电容器(Super Capacitor),又叫双电层电容器(Electrical Double-LayerCapacitor)、黄金电容、法拉电容，其通过极化电解质来储能。超级电容的容 量范围通常0. 1F-1000F，它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种 储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。另外，超级电容器还 具有低阻抗的优点。正因为如此，超级电容作为备用电源广泛使用在计算机存储、仪表、电 动工具等各行各业的电动设备之中。
实用新型内容本实用新型提出一种由超级电容作为备用电源的电源保护电路，具有结构简单、 使用寿命长的特点。本实用新型采用了如下技术方案一种基于超级电容的电源保护电路，包括对负 载供电的主供电电路11 ；连接在主供电电路11的电压输出端的超级电容12 ；控制超级电 12进行充电、放电的充放电控制电路13，其连接超级电容12 ；连接在主供电电路11与负载 之间的掉电检测电路15 ；用于将超级电容12输出的电能进行稳压处理后输出给负载的稳 压电路14，其连接在超级电容12与负载之间。其中，充放电控制电路13包括分别控制超级电容器12进行恒流充电、恒流放电 的恒流充电电路、恒流放电电路。其中，恒流充电电路包括串接在主供电电路11的电压输出端与地之间，由电阻 R1和电容C1构成的延迟电路；栅极连接在电阻R1和电容C1之间、源极和漏极之间串接电 阻R2的晶体管Q1，且其源极连接超级电容，而漏极连接稳压管D1的阴极。其中，恒流放电电路包括发射极连接超级电容、集电极串接电阻R4和稳压管D2、 基极通过电阻R3连接超级电容的PNP型三极管Q2 ；该三极管Q2的基极、集电极与稳压管 D2的阳极之间连接的三端可编程并联稳压二极管U1。其中，稳压电路包括连接超级电容的DC-DC变压器U2 ；串接在超级电容与负载之 间的电感L5和稳压管D4 ；连接由电阻R10和R11和电容C12构成的RC电路，其外接5V的 基准电源，该RC电路连接DC-DC变压器U2 ；且DC-DC变压器U2与超级电容的输出端之间 连接晶体管Q12。其中，掉电检测电路包括两个发射极连接的NPN型三极管Q5和Q7，其三极管Q5 的集电极连接三极管Q7的基极；阳极连接三极管Q5的基极、阴极连接DC-DC变压器的稳压 管 D21。本实用新型提供一种采用超级电容作为备用电源，且具有简单易行的掉电保护的电源保护电路，具有高效率快速充放电、充电寿命长、控制电路简单的优点。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1中充放电控制电路的示意图；图3是图1中稳压电路的示意图；图4是图1中掉电检测电路的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型提供一种由超级电容作为备用电源的电源保护电路。该 电源保护电路包括对负载其主要供电作用的主供电电路11 ；连接在主供电电路11的电压 输出端，由主供电电路11对负载供电的同时进行充电的超级电容12 ；控制超级电容12进 行充电、放电的充放电控制电路13 ；以及检测主供电电路11掉电时，给负载发送掉电信号 的掉电检测电路15 ；根据掉电信号控制将超级电容12输出的电能进行稳压输出给负载的 稳压电路14。由此可见，超级电容12被充电到额定值后并不被关闭，主供电电路11与超级电容 12均通过稳压电路14对负载进行供电。当主供电电路11掉电后超级电容12立即对负载 供电。该电源电路的供电切换不存在电压跌落现象，当电路有瞬态的电压波动，超级电容12 还具有吸收滤波的功能，省去了供电切换开关电路，具有电路结构简单、效率更高的优点。结合图2所示。本实施例采用恒流充电、恒流放电，充放电过程中电流的大小可根 据需要和时间的长短来确定，恒压充电的时间可根据电容工作的有效电量来确。由电阻R2、晶体管Q1、电容C1、电阻R1组成限流电路。超级电容在稳定的5V下充 电，电阻R1起主要限流作用。启动瞬间的电流最大，电阻R2减少启动电流，此时由于电容 C1、电阻R1构成的延迟电路，故晶体管Q1暂不导通，电流减小后晶体管Q1导通，电流主要 通过晶体管Q1对超级电容充电，减少电阻上的额外损耗，调节电容C1、电阻R1的参数可以 调整晶体管Q1的延迟开启时间。故超级电容在电阻R2的限流作用下快速充电。当超级电容进行放电初始时，如果放电电流过大，极板内的电荷因阻力及化学反 应速度等原因来不及补充，导致端电极电荷亏空，电压会瞬态跌落，所以进行放电的恒流控 制是很有必要的。故采用三端可编程并联稳压二极管U1、PNP型三极管Q2扩流来提供可 靠的恒流源。电阻R3为三极管Q2导通提供必要的电压。因此，当超级电容进行放电时，三 极管Q2导通，超级电容输出的电流通过三极管Q2、电阻R4和稳压管D2传给稳压电路。结合图3所示。超级电容自然放电的过程是电压沿指数规律下降的过程，变化的 输出电压对负载不是理想的电源，故本实施例采用低输入DC-DC变压器将超级电容的输出 电压稳压在正常输出的5V电压。该稳压电路包括连接超级电容的DC-DC变压器；串接在超级电容与负载之间的 电感L5和稳压管D4 ；连接在电压输出通路上的滤波电容C11 ；为5V的基准电源，其连接由 R10、R11和C12构成的RC电路，该RC电路连接DC-DC变压器；且DC-DC变压器与超级电容 的输出端之间连接晶体管Q12。结合图4所示。掉电检测电路在主供电电路掉电时输出信号给主处理器(CPU，为负载电路中的控制器)，此时负载将启动掉电保护进程。该掉电检测电路采用Q5、Q7两个 NPN型三极管和7. 5V稳压管D21搭建触发电路，简单可靠。当电压正常输入时，稳压管D21 击穿，稳定在7. 5V，三极管Q5打开，三极管Q7关闭，触发信号为高电平。当输入电压低于 7. 5V时，三极管Q5关闭，三极管Q7打开，触发信号变为低电平，触发CPU动作。 综上，本实用新型提供一种采用超级电容作为备用电源，且具有简单易行的掉电 保护的电源保护电路，具有高效率快速充放电、充电寿命长、控制电路简单的优点。
权利要求一种基于超级电容的电源保护电路，包括对负载供电的主供电电路(11)，其特征在于，还包括连接在主供电电路(11)的电压输出端的超级电容(12)；控制超级电容(12)进行充电、放电的充放电控制电路(13)，其连接超级电容(12)；连接在主供电电路(11)与负载之间的掉电检测电路(15)；用于将超级电容(12)输出的电能进行稳压处理后输出给负载的稳压电路(14)，其连接在超级电容(12)与负载之间。
2.根据权利要求1所述基于超级电容的电源保护电路，其特征在于，充放电控制电路 (13)包括分别控制超级电容器(12)进行恒流充电、恒流放电的恒流充电电路、恒流放电电 路。
3.根据权利要求2所述基于超级电容的电源保护电路，其特征在于，恒流充电电路包 括串接在主供电电路(11)的电压输出端与地之间，由电阻(R1)和电容(C1)构成的延迟 电路；栅极连接在电阻(R1)和电容(C1)之间、源极和漏极之间串接电阻(R2)的晶体管 (Q1)，且其源极连接超级电容，而漏极连接稳压管(D1)的阴极。
4.根据权利要求3所述基于超级电容的电源保护电路，其特征在于，恒流放电电路包 括发射极连接超级电容、集电极串接电阻(R4)和稳压管(D2)、基极通过电阻(R3)连接超 级电容的PNP型三极管(Q2)；该三极管(Q2)的基极、集电极与稳压管(D2)的阳极之间连 接的三端可编程并联稳压二极管(U1)。
5.根据权利要求1所述基于超级电容的电源保护电路，其特征在于，稳压电路包括连 接超级电容的DC-DC变压器(U2)；串接在超级电容与负载之间的电感(L5)和稳压管(D4)； 连接由电阻(R10和R11)和电容(C12)构成的RC电路，其外接5V的基准电源，该RC电路连 接DC-DC变压器(U2)；且DC-DC变压器(U2)与超级电容的输出端之间连接晶体管(Q12)。
6.根据权利要求1所述基于超级电容的电源保护电路，其特征在于，掉电检测电路包 括两个发射极连接的NPN型三极管(Q5和Q7)，其三极管(Q5)的集电极连接三极管(Q7) 的基极；阳极连接三极管(Q5)的基极、阴极连接外部24V电源的稳压管(D21)。
专利摘要本实用新型提出一种基于超级电容的电源保护电路，其包括对负载供电的主供电电路(11)；连接在主供电电路(11)的电压输出端的超级电容(12)；控制超级电(12)进行充电、放电的充放电控制电路(13)，其连接超级电容(12)；连接在主供电电路(11)与负载之间的掉电检测电路(15)；用于将超级电容(12)输出的电能进行稳压处理后输出给负载的稳压电路(14)，其连接在超级电容(12)与负载之间。本实用新型具有高效率快速充放电、充电寿命长、控制电路简单的优点。
文档编号H02M3/07GK201682417SQ20102017409
公开日2010年12月22日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者姚春梅, 曹斌芳, 李建奇, 蔡新华, 龙永福 申请人:湖南文理学院