超级电容高效充电器的制造方法

文档序号:9648494阅读:656来源:国知局
超级电容高效充电器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超级电容器技术领域,更具体地说,本发明涉及一种超级电容高效充电器。
【背景技术】
[0002]超级电容器也称为“双电层电容器”,是基于双电层原理工作的,兼具普通电容器的高功率密度和蓄电池的高能量密度的电容器。随着纳米碳材料和电极制作技术的进步,超级电容器的性能不断改善,尤其是能量密度有了较大提高,具有实现大容量电力储能,替代蓄电池的发展潜力。超级电容器属于物理储能器件,其充、放电过程实质上是导电离子在电极上的吸附和脱附过程,充电后到电离子有序排列,放电后重新回到无序状态。电极材料巨大的表面积使得这一过程没有太多障碍,理论上其充放电电流不受限制,因而具有很高的功率密度和充放电效率。而且,制造超级电容器的材料不含重金属,不会对环境造成污染。
[0003]超级电容器与蓄电池不同,它可以被放电到电压为0。在运输过程中,超级电容器也是无储能的状态。这就要求其充电器必须能够从零电压开始充电,保持电流恒定。
[0004]目前,还没有能够非常有效的为超级电容充电的充电器。

【发明内容】

[0005]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷,提供一种能够非常有效的为超级电容充电的超级电容高效充电器。
[0006]为了实现上述技术目的,根据本发明,提供了一种超级电容高效充电器,包括:单片机、直流-直流电压转换器、M0S晶体管、续流二极管、以及储能电感器;其中,直流-直流电压转换器用于将直流母线电压转换成低压以提供给单片机;单片机的输出驱动信号经过电平转换连接M0S晶体管的门极。M0S晶体管、电感器、续流二极管构成BUCK电路。
[0007]优选地,单片机连接直流对直流母线正极电压和超级电容器电压进行采样,并且根据采样到的直流母线电压值和超级电容器电压值以及电路参数进行计算以提供脉冲宽度调制信号来驱动M0S管。
[0008]优选地,电路参数包括储能电感器的电感值、二极管的正向导通压降。
[0009]优选地,所述超级电容高效充电器还包括:显示器,用于显示充电器的工作状态。
【附图说明】
[0010]结合附图,并通过参考下面的详细描述,将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征,其中:
[0011]图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的超级电容高效充电器的框图。
[0012]图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的超级电容高效充电器的仿真结果。
[0013]需要说明的是,附图用于说明本发明,而非限制本发明。注意,表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且,附图中,相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0014]为了使本发明的内容更加清楚和易懂,下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
[0015]图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的超级电容高效充电器的框图。
[0016]如图1所示,根据本发明优选实施例的超级电容高效充电器包括:单片机10、直流-直流电压转换器20、M0S晶体管Q1、二极管D1、二极管D2以及储能电感器30。
[0017]其中,直流-直流电压转换器20用于将直流母线电压转换成低压以提供给单片机10 ;单片机10的输出驱动信号经过电平转换连接M0S晶体管Q1的门极。M0S晶体管Q1、储能电感器30、续流二极管D1构成BUCK电路。
[0018]其中,直流-直流电压转换器20用于将直流母线51和53提供的电压转换成低压以提供给单片机10 ;单片机10的输出驱动信号进过电平转换连接M0S晶体管的门极。二极管D1是续流二极管,二极管D2用于防止超级电容放电时电流流过Q1。
[0019]单片机10对直流母线电压和超级电容器电压进行采样,并且根据采样到的直流母线电压值和超级电容器电压值以及电路参数(具体地,电路参数包括储能电感器30电感值、二极管D1的正向导通压降和二极管D2的正向导通压降)进行计算以提供脉冲宽度调制信号(PWM)来驱动M0S管Q1。
[0020]具体地,单片机10以直流母线电压值和超级电容器电压值以及电路参数为已知量,充电电流平均值为目标量,根据开关电源的原理,计算出作为开关管的Q1的开通时间和关断时间。充电过程中超级电容器电压是变化的,所以要实时计算,实时调整。
[0021]直流电压经过适当的分压电阻连接单片机的A/D转换端口,单片机就可以采样对应的电压。
[0022]在上述电路结构中,二极管D2的作用是能够防止放电电流流过续流M0S管Q1,起到保护Q1的作用。
[0023]储能电感器30能够起到平滑电流的作用。
[0024]充电器的主体结构是一个异构的BUCK变换器。M0S晶体管Q1工作在开关模式。单片机实时采样直流母线电压、超级电容器电压,根据这两个电压和电路参数计算出续流Q1的开通时间和开关周期(换言之,计算冲宽度调制信号的占空和周期),可以使得电感电流处于“临界连续”状态,即:每次Q1开通,电流都是从0开始上升,使充电电流保持恒定。这样就避免了续流二极管Q1的反向恢复噪声,减小了开关损耗,提高了效率。同时,单片机中的计算得到的脉冲宽度调制信号保证了超级电容器的电压在很宽的范围内实现恒定电流充电。
[0025]图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的超级电容高效充电器的仿真结果。图2的横轴表示超级电容器电压(单位:V),左边纵轴表示充电电流(单位:A),右边纵轴表示续流二极管Q1的开通时间及开通时间(单位:us)。其中示出了在直流母线电压330V的情况下,超级电容器电压在25V到305V的范围内电流恒定,保持充电电流在10A。
[0026]可以理解的是,虽然本发明已以较佳实施例披露如上,然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种超级电容高效充电器,其特征在于包括:单片机、直流-直流电压转换器、MOS晶体管、续流二极管、以及储能电感器;其中,直流-直流电压转换器用于将直流母线电压转换成低压以提供给单片机;单片机的输出驱动信号经过电平转换连接MOS晶体管的门极;MOS晶体管、电感器、续流二极管构成BUCK电路。2.根据权利要求1所述的超级电容高效充电器,其特征在于,单片机对直流母线电压和超级电容器电压进行采样,并且根据采样到的直流母线电压值和超级电容器电压值以及电路参数进行计算以提供脉冲宽度调制信号来驱动MOS管。3.根据权利要求2所述的超级电容高效充电器,其特征在于,电路参数包括储能电感器的电感值、二极管的正向导通压降。4.根据权利要求1或2所述的超级电容高效充电器,其特征在于还包括:显示器,用于显示充电器的工作状态。
【专利摘要】本发明提供了一种超级电容高效充电器,包括:单片机、直流-直流电压转换器、MOS晶体管、续流二极管、以及储能电感器;其中,直流-直流电压转换器用于将直流母线电压转换成低压以提供给单片机;单片机的输出驱动信号经过电平转换连接MOS晶体管的门极。MOS晶体管、电感器、续流二极管构成BUCK电路。
【IPC分类】H02J7/34
【公开号】CN105406574
【申请号】CN201510976873
【发明人】关通, 曹清, 吴福永, 秦骏, 何宁, 刘国庆, 杨培和, 袁博
【申请人】无锡江南计算技术研究所
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月23日
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