一种超级电容充电保护装置的制作方法

本公开一般涉及风力发电技术领域，具体涉及风电变桨中的充电装置，尤其涉及一种超级电容充电保护装置。

背景技术：

近年来，变桨系统中超级电容作为备用电源被大量使用，由于其充电速度快、温度范围宽、循环寿命长等优点，已有取代蓄电池之势。但是，由于电容本身的特性，尤其是电容不带电时，充电电路若是控制不当就容易产生瞬间较大的浪涌电流，造成功率模块损坏。目前，传统做法是通过软件方式采集充电电流，判断过电流封锁或调整PWM信号。此种方法反应速度慢，可靠性低。

由于超级电容模组容量非常大，而电容充电时电流可以突变，如DC/DC单元控制不当就可能造成类似于短路的电流，产生非常高的di/dt，不但对超级电容模组的使用寿命造成影响，更有可能造成DC/DC单元中的熔断器和功率模块损坏。另外，由于直流母线上还连接着电机控制器，当电机制动运行时，直流母线上电压迅速提升，也可能导致超级电容模组充电电流瞬间过大。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种超级电容充电保护装置。

第一方面本申请提供一种超级电容充电保护装置，该装置包括用于设定电流门限值IS的电流门限值设定单元、用于比较电流门限值IS和超级电容模组的充电电流IUC并且输出比较信号的比较单元、用于将微控制器单元发送的PWM信号传送给DC/DC单元的PWM隔离单元、用于放大比较信号输出控制信号给PWM隔离单元的放大单元；所述PWM隔离单元接收的控制信号为保护信号时将PWM信号封锁，使得所述DC/DC单元停止向超级电容模组充电。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述电流门限值设定单元与比较单元之间还设置有用于稳定所述电流门限值IS的缓冲单元。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述缓冲单元由电压跟随器组成。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述电流门限值IS大于超级电容模组正常充电时的最大电流值、小于DC/DC单元中功率模块允许的最大电流值。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述电流门限值设定单元由串联的电阻R1和R2以及与R2并联连接到地的电容C1组成；所述电流门限值IS由电源VCC经过电阻R1分压并经过电容C1滤波后得到。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述PWM隔离单元包括光电耦合器；所述保护信号连接到光电耦合器中发光二极管的阴极，所述PWM信号连接至所述发光二极管的阳极；所述光电耦合器的输出信号连接到所述DC/DC单元。

本申请的有益效果是通过硬件电路为超级电容的充电电流进行实时检测和判断，对于过流的响应速度快，安全可靠、对超级电容充电过程中的瞬间过电流做到完全保护，不依赖软件，即使MCU输出的PWM信号一直为高电平，系统也能得到保护。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请第一种实施例的电路原理图；

图2是本申请第一种实施例的电路结构图；

图3是本申请的工作流程图；

图中标号：

10、电流门限值设定单元；20、超级电容模组；30、比较单元；40、放大单元；50、微控制器单元；60、DC/DC单元；70、PWM隔离单元；90、直流母线；80、缓冲单元；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1为一种超级电容充电保护装置的原理框图，该装置包括用于设定电流门限值IS的电流门限值设定单元10、用于比较电流门限值IS和超级电容模组20的充电电流IUC并且输出比较信号的比较单元30、用于将微控制器单元50发送的PWM信号传送给DC/DC单元60的PWM隔离单元70、用于放大比较信号输出控制信号给PWM隔离单元70的放大单元40；所述PWM隔离单元70接收的控制信号为保护信号时将PWM信号封锁，使得所述DC/DC单元60停止向超级电容模组20充电；所述PWM隔离单元70通过接收并判断控制信号不是保护信号时向DC/DC单元60输出PWM信号，使得所述DC/DC单元60向超级电容模组20充电。

上述方案主要应用于三相400V交流电经整流输出540V直流母线90作为超级电容模组20充电电路输入能量回路的场合。

优选地，所述电流门限值设定单元10与比较单元30之间还设置有缓冲单元80。

如图2所示，所述电流门限值设定单元10由串联的电阻R1和R2以及与R2并联连接到地的电容C1组成；所述电流门限值IS由电源VCC经过电阻R1分压并经过电容C1滤波后得到，电源VCC为5V电源，通过设定电阻R1和R2的大小即可设定电流门限值IS的大小；所述电流门限值IS大于超级电容模组20正常充电时的最大电流值并留有一定的余量、小于DC/DC单元60中功率模块允许的最大电流值；例如，所述电流门限值IS为超级电容模组20正常充电时的电流的3-5倍。

电流门限值IS经过电容C1滤波后到达缓冲单元80，缓冲单元80由运算放大器U1B构成的电压跟随器组成，电压跟随器具有信号缓冲作用，电流门限值IS经过缓冲单元进行信号处理，以免由于干扰引起的系统误动作；

缓冲单元80的输出信号与来自超级电容模组20的充电电流检测信号IUC共同进入比较单元30进行比较，比较单元30由比较器U1A构成，电压跟随器的输出信号达到比较器U1A的同相输入端，比较器U1A的反相输入端接收来自电流传感器的充电电流检测信号IUC，当充电电流检测信号IUC小于电流门限值IS时，比较器U1A输出高电平；当充电电流检测信号IUC大于电流门限值IS时，比较器U1A输出低电平；

比较单元30输出的比较信号输入放大单元40，放大单元40由电阻R3和NPN型晶体管Q1组成，比较信号经电阻R3后驱动NPN型晶体管Q1输出控制信号，晶体管电路具有功率放大功能，能增强信号的驱动能力；

控制信号连接到PWM隔离单元70，PWM隔离单元70主要由光电耦合器U2组成，控制信号进入到光电耦合器U2中发光二极管的阴极(也即U2的引脚1)，而光电耦合器U2中发光二极管的阳极(也即U2的引脚3)由微控制单元MCU输出的PWM信号控制。当晶体管Q1输出低电平时，MCU输出的PWM信号正常通过光电耦合器U2，光电耦合器U2输出信号PWM_OUT到DC/DC单元控制超级电容模组充电；当晶体管Q1输出保护信号时，也即输出高电平时，MCU输出的PWM信号被封死，无法通过光电耦合器U2，DC/DC单元未收到PWM信号立即停止向超级电容模组充电。

如图3本申请上述实施例的流程图所示，本申请提供的超级电容充电保护装置的工作步骤如下：

s1.通过电流门限值设定单元10设定并输出电流门限值IS；

s2.通过缓冲单元80稳定所述电流门限值IS后再输出；

s3.检测超级电容模组20的充电电流IUC；

s4.将电流门限值IS和充电电流IUC输入比较单元30比较后输出控制信号；

s5.将控制信号放大后输出；

s6.将控制信号和微控制器单元50发送的PWM信号输入PWM隔离单元70；

s7.PWM隔离单元70接收的控制信号为保护信号时将PWM信号封锁，也即停止向DC/DC单元60输出PWM信号，使得所述DC/DC单元60停止向超级电容模组30充电；通过PWM隔离单元70判断控制信号不是保护信号时，持续向DC/DC单元输出PWM信号，使得所述DC/DC单元60向超级电容模组充电；

优选地，所述电流门限值IS大于超级电容模组30正常充电时的最大电流值且留有一定余量、小于DC/DC单元60中功率模块允许的最大电流值。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。