减小超级电容充电时电流冲击的保护电路及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电源技术领域，特别是一种用于超级电容在充电过程中的保护电路。
【背景技术】
[0002]超级电容作为储能元件，具有功率密度大、充电速度快、容量高、可逆性好、寿命长、可大电流放电等优点，并且超级电容的充放电曲线更接近于电容器，可作为后备电源代替传统电池应用在各个领域中，特别能够适应于短时高峰值电流的领域中。
[0003]由于超级电容在运输、安装过程中不允许带电，因此只能在超级电容安装好后才允许给超级电容充电，为防止充电过程中充电器输出电压过大产生较大电流冲击超级电容，通常在充电器和超级电容之间连接过流保护装置。但超级电容在初始加电瞬间，由于充电器和超级电容的电压差很大，充电器对超级电容的冲击电流很大，很容易使充电器和超级电容间的过流保护装置误动作。目前为了避免过流保护装置动作一般采用的方法有三种:1)选用大容量的过流保护装置，缺点是增加了设备成本，且过流保护装置不能起到应有的过流保护作用;2)选择过流保护缓慢的过流保护装置，缺点是不能及时的进行过流保护；
3)初次加电时在过流保护装置动作时人为的复位过流保护装置，缺点是增加了人的干预，有一定的不可预见性。
【发明内容】
[0004]本发明需要解决的技术问题是提供一种能够在超级电容初始充电过程中减小对超级电容电流冲击的保护电路和方法，以避免过流保护装置误动作。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
[0006]一种减小超级电容充电时电流冲击的保护电路，包括输出电流采集电路、输出电压采集电路、电容电压采样电路、单片机以及脉宽调制电路;所述输出电流采集电路用于采集充电器的输出电流值，输出电压采集电路用于采集充电器的输出电压值，电容电压采样电路用于采集超级电容的电压值;所述单片机的输入端分别与输出电流采集电路、输出电压采集电路和电容电压采样电路连接，单片机的输出端连接脉宽调制电路的输入端，脉宽调制电路的输出端连接充电器;所述脉宽调制电路用于控制充电器的输出电压值高于超级电容的实际电压值一定值。
[0007]上述减小超级电容充电时电流冲击的保护电路，所述充电器的输出电压值与超级电容实际电压值的压差为50V。
[0008]上述减小超级电容充电时电流冲击的保护电路，所述单片机的输出端还与充电器的受控端连接，用于控制充电器的启动与关闭。
[0009]—种使用上述保护电路、减小超级电容充电时电流冲击的方法，具体包括以下步骤:
A.充电器开机状态下，检测充电器输出电流值是否连续30S大于50mA，如是进入步骤B，如否，则控制充电器关机并进入开关机子流程； B.检测超级电容电压值U是否小于定值Ue，如是进行步骤C，如否，控制充电器关机并进入开关机子流程；
C.控制充电器的输出电压值为U+Ue，充电器以3A电流值为超级电容进行充电。
[0010]上述一种减小超级电容充电时电流冲击的方法，步骤B所述开关机子流程具体为:充电器关机状态下，检测超级电容电压值U，控制充电器以输出电压值为U+Ue的状态下，进行待充电;持续30S后，控制充电器开机。
[0011 ]由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
[0012]本发明电路结构简单、体积小、成本低、可靠性高，能够在超级电容初始充电过程中减小对超级电容的电流冲击，以避免过流保护装置误动作，起到保护超级电容的作用。
【附图说明】
[0013]图1为本发明所述保护电路的电气原理框图；
图2为本发明具体实施例中保护电路的电路图；
图3为本发明所述方法的主流程图；
图4为本发明方法中所述开关机子流程的流程图。
[0014]图中各标号表示为:CAP_V:超级电容电压正端；V0UT:充电器输出电压正信号；V0UT_CY:充电器输出电压采样信号;CAP_V _CY:超级电容电压采样信号；0UT_1:充电器输出电流采样信号;0N/0FF:充电器开关机控制信号;PWM:充电器电压调整信号;R1?R15.第一电阻至第十五电阻，Cl.第一电容，C2.第二电容，U1。第一运放，U2.第二运放，V.三极管，D.二极管。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0016]本发明电气原理如图1所示，包括输出电流采集电路、输出电压采集电路、电容电压采样电路、单片机以及脉宽调制电路;单片机的输入端分别与输出电流采集电路、输出电压采集电路和电容电压采样电路连接，单片机的输出端连接脉宽调制电路的输入端，脉宽调制电路的输出端连接充电器。
[0017]输出电压采集电路连接在充电器的输出端单片机之间，用于采集充电器的输出电压值，并将采集的充电器输出电压采样信号0UT_CY传输给单片机。本实施例中，输出电压采集电路的电路图如图2所示，包括串联连接在充电器正极输出端与地之间的第六电阻R6和第七电阻R7，充电器输出电压采样信号0UT_CY取自第六电阻R6和第七电阻R7的连接端。
[0018]输出电流采集电路连接在超级电容负极与单片机之间，用于采集充电器的输出电流值，并将采集的充电器输出电流采样信号0UT_I传输给单片机。本实施例中，输出电流采集电路的电路图如图2所示，包括第十电阻R10?第十五电阻R15、第二电容C2和第二运放U2;第二运放U2的正极输入端经第十四电阻R14连接超级电容的负极端，第二运放U2的正极输入端还经第十五电阻R15接地;第二运放U2的负极输入端经第十二电阻R12接地;第十三电阻R13连接在第十四电阻R14和第十二电阻R12之间；第^^一电阻R11连接在第二运放U2的负极输入端与第二运放U2的输出端之间；第二运放U2的输出端依次经第十电阻R10和第二电容C2接地，充电器输出电流采样信号0UT_I取自第十电阻R10和第二电容C2的连接端。
[0019]电容电压采样电路连接超级电容的电压正端CAP_V和单片机之间，用于采集超级电容的电压值，并将采集的超级电容电压采样信号CAP_V_CY传输给单片机。本实施例中，电容电压采样电路的电路图如图2所示，包括串联连接在超级电容正极输入端与地之间的第八电阻R8和第九电阻R9，超级电容电压采样信号CAP_V_CY取自第八电阻R8和第九电阻R9的连接端。
[0020]脉宽调制电路连接在单片机与充电器之间，用于在单片机的控制下输出充电器电压调整信号PWM，控制充电器的输出电压值高于超级电容的实际电压值一定值，本发明该定值设置为50V。本实施例中，脉宽调制电路的电路图如图2所示，包括第一运放U1第三电阻R3、第五电阻R5和第一电容