超级电容平衡电路及车载电子设备的制作方法

本发明涉及车载电子设备技术领域，尤其涉及一种超级电容平衡电路及车载电子设备。

背景技术：

随着汽车工业的发展，汽车的数量逐渐增多，汽车行驶安全问题越来越严峻，随之而来的车载电子设备越来越受到人们的广泛关注。

在车载电子设备中，为了解决汽车在异常状况下突然掉电导致的车载电子设备不能正常工作的问题，在车载电子设备中设计超级电容成为必须选项。

为了提高电压，车载电子设备中往往将两个超级电容进行串联处理。然而，由于受到各自元器件容量和绝缘阻抗存在差异的影响，施加在各个超级电容上面的电压有时候会不平衡，施加在单个超级电容上面的电压会变高，一旦超过超级电容的最大允许电压值，可能会引起超级电容出现故障，此外，各个超级电容之间的电压差也会缩短各超级电容的产品寿命，进而导致车载电子设备不能正常工作问题。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提出一种超级电容平衡电路及车载电子设备，以解决现有技术的不足。

本发明实施例提出一种超级电容平衡电路，包括分压电路、放大器、第一超级电容及第二超级电容，其中，所述第一超级电容和所述第二超级电容相同；

所述分压电路的输入端连接供电电源，用于将从供电电源输入的供电电压进行分压处理并将分压处理后的供电电压送入所述放大器的同相输入端；

所述放大器的反向输入端短接所述放大器的输出端，以使所述输出端输出的电压值等于所述分压处理后的供电电压；

所述第一超级电容的一端连接所述供电电源，另一端连接所述第二超级电容的一端，所述第二超级电容的另一端接地；

所述放大器的输出端连接所述第一超级电容和所述第二超级电容之间的第一电位点，以使所述第一超级电容两端的电压值、所述第二超级电容两端的电压值相等；

所述第一超级电容的所述一端还用于连接至负载以为所述负载供电。

进一步地，所述分压电路包括第一电阻及第二电阻，其中，该第一电阻的阻值与所述第二电阻的阻值相等；

所述第一电阻的一端连接所述供电电源，另一端连接第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接地；

所述第一电阻及所述第二电阻之间的第二电位点连接所述同相输入端。

进一步地，本发明实施例的超级电容平衡电路，还包括第三电阻及第四电阻，其中，所述第三电阻的阻值与所述第四电阻的阻值相等；

所述第三电阻并联在所述第一超级电容的两端；

所述第四电阻的并联在所述第二超级电容的两端。

进一步地，本发明实施例的超级电容平衡电路，还包括第三电容；

所述第三电容的一端连接所述第一超级电容的所述一端，另一端连接所述第二超级电容的所述另一端。

进一步地，所述放大器采用sgm8041芯片，所述sgm8041芯片的vin+管脚连接所述第二电位点，vin-管脚短接vout管脚，所述vout管脚连接所述第一电位点，vs+管脚连接外部芯片供电电源；vs-管脚接地。

进一步地，本发明实施例的超级电容平衡电路，还包括第四电容；

所述第四电容的一端连接所述外部芯片供电电源，另一端接地。

进一步地，本发明实施例的超级电容平衡电路，还包括第五电容；

所述第五电容的一端连接所述第二电位点，另一端接地。

进一步地，本发明实施例的超级电容平衡电路，还包括第五电阻、第六电阻和电压监测电路；

所述第五电阻的一端连接所述第一超级电容的所述一端，另一端连接所述第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端接地；

所述第五电阻及所述第六电阻之间的第三电位点连接所述电压监测电路，以用于对所述第一超级电容及所述第二超级电容的电量进行监测。

进一步地，本发明实施例的超级电容平衡电路，还包括第七电阻；

所述第七电阻的一端连接所述供电电源，另一端连接所述第四电容的所述一端

基于上述的超级电容平衡电路，本发明实施例还提出一种车载电子设备，包括上述的超级电容平衡电路；

通过本发明的技术方案可以通过放大器两个输入端的虚短理论解决串联电容之间电压不平衡的问题，减少电容故障，提高电容元件的产品寿命，保障车载电子设备正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。

图1为本发明实施例的超级电容平衡电路的第一结构示意图；

图2为本发明实施例的超级电容平衡电路的第二结构示意图；

图3为本发明实施例的超级电容平衡电路的第三结构示意图；

图4为本发明实施例的超级电容平衡电路的第四结构示意图。

主要元件符号说明：

20-超级电容平衡电路；21-分压电路；22-放大器；23-供电电源；24-负载；25-电压监测电路；c1-第一超级电容；c2-第二超级电容；c3-第三电容；c4-第四电容；c5-第五电容；c6-第六电容；r1-第一电阻；r2-第二电阻；r3-第三电阻；r4-第四电阻；r5-第五电阻；r6-第六电阻；r7-第七电阻；r8-第八电阻；p1-第一电位点；p2-第二电位点；p3-第三电位点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

现有车载电子设备中为了解决突然断电的问题往往设计电容器件(比如超级电容、电解电容等)，为了提高电压往往会把两个电容进行串联处理，在施加在两个电容上面的电压出现不平衡时，本发明技术方案可根据放大器同相输入端及反向输入端的虚短原理对领个电容上面的电压进行平衡处理，以提高电容器件的产品寿命，使车载电子设备正常工作。

下面结合具体的实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

请参照图1，本实施例提出一种超级电容平衡电路20，可用于车载电子设备中。

该超级电容平衡电路20包括分压电路21、放大器22及第一超级电容c1和第二超级电容c2，其中，所述第一超级电容c1和所述第二超级电容c2相同。

所述分压电路21的输入端连接外部的供电电源23，所述分压电路21的输出端连接所述放大器22的同相输入端，所述放大器22的反向输入端短接所述放大器22的输出端；所述第一超级电容c1的一端连接所述供电电源23，所述第一超级电容c1的另一端连接第二超级电容c2的一端，所述第二超级电容的另一端接地；所述放大器22的输出端连接所述第一超级电容c1及所述第二超级电容c2之间的第一电位点p1。

具体地，所述分压电路21用于对所述供电电源23提供的供电电压进行分压处理得到二分之一的供电电压，并将所述分压处理后的供电电压(即二分之一的供电电压)送入所述放大器22的同相输入端。

根据放大器22的正向输入端及反向输入端的虚短理论，所述放大器22的反向输入端的电压值与所述同相输入端的电压值相等，所以，所述反向输入端的电压值同样为二分之一的供电电压；由于所述放大器22的反向输入端与所述放大器22的输出端短接，所述放大器22的输出端的电压值与所述放大器22的反向输入端的电压值相等，所以，所述放大器22的输出端的电压值同样为二分之一的供电电压。

由于所述放大器22的输出端连接第一电位点p1，所述第一电位点p1处的电压值与所述放大器22的输出端的电压值相等，所以，所述第一电位点p1处的电压值同样为二分之一的供电电压，由于第一超级电容c1及第二超级电容c2通过供电电源23所提供的供电电压进行充电，可以理解，在第一超级电容c1两端的电压值同样为二分之一的供电电压，在第二超级电容c2两端的电压值同样为二分之一的供电电压，所以，该第一超级电容c1两端的电压值与所述第二超级电容c2两端的电压值相等，达到平衡。

在所述第一超级电容c1两端的电压值与所述第二超级电容c2两端的电压值达到平衡后，所述第一超级电容c1的所述一端与所述供电电源23之间的第四电位点p4还用于连接至负载，以为所述负载进行供电，其中，所述负载和所述超级电容平衡电路20可以集成在一起，也可以为独立的装置。

本实施例中，所述负载可以为行车记录仪。在一些其他的实施例中，所述负载还可以为其他的车载电子设备，比如mp3、mp4等。

本实施例中，所述放大器22可以采用运算放大器。在一些其他的实施例中，所述放大器22还可以采用可以实现上述功能的其他类型的放大器。

本实施例中，如图2所示，所述分压电路21包括第一电阻r1及第二电阻r2。所述第一电阻r1的一端连接所述供电电源23，其另一端连接第二电阻r2的一端，所述第二电阻r2的另一端接地；所述第一电阻r1及所述第二电阻r2之间的第二电位点p2连接所述放大器22的同相输入端。

为了使该分压电路21可获得二分之一的供电电压，该第一电阻r1的阻值与所述第二电阻r2的阻值相等。

例如，若所述供电电源23提供的供电电压为5v，该供电电压经过第一电阻r1进行分压后得到2.5v的电压，即第二电位点p2的电压为2.5v，该2.5v的电压经过第二电阻r2进行分压后为零电压，进行接地处理。

在一些其他的实施例中，所述分压电路21还可以为三端稳压块等。

进一步地，如图2所示，作为一种稳定第一超级电容c1两端电压及第二超级电容c2两端电压的方案，该超级电容平衡电路20还包括第三电阻r3及第四电阻r4，其中，第三电阻r3的阻值与第四电阻r4的阻值相等。

所述第三电阻r3并联在所述第一超级电容c1的两端，即所述第三电阻r3的一端连接所述第一超级电容c1的一端，所述第三电阻r3的另一端连接所述第一超级电容c1的另一端。所述第四电阻r4的并联在所述第二超级电容c2的两端，即所述第四电阻r4的一端连接所述第二超级电容c2的一端，所述第四电阻r4的另一端连接所述第二超级电容c2的另一端。

所述第三电阻r3用于抑制所述第一超级电容c1的泄漏电流，实现该第一超级电容c1两端的电压平衡。所述第四电阻r4用于抑制所述第二超级电容c2的泄漏电流，实现该第二超级电容c2两端的电压平衡。

进一步地，如图3所示，作为一种稳定第一超级电容c1两端电压及第二超级电容c2两端电压进行滤波的方案，该超级电容平衡电路20还包括第三电容c3。

所述第三电容c3的一端连接所述第一超级电容c1的所述一端，所述第一超级电容c1的另一端连接所述第二超级电容c2的一端，所述第二超级电容c2的另一端连接所述第三电容c3的另一端，所述第三电容c3用于使所述第一超级电容c1及第二超级电容c2两端的电压更稳定。

进一步地，所述放大器22采用sgm8041芯片，该芯片sgm8041包括五个管脚：

第一个管脚：输出端vout管脚；

第二个管脚：电源负端vs-管脚；

第三个管脚：同相输入端vin+管脚；

第四个管脚：反向输入端vin-管脚；

第五个管脚：电源正端vs+管脚。

具体地，如图4所示，所述sgm8041芯片的vin+管脚连接所述第二电位点p2，vin-管脚短接vout管脚，所述vout管脚连接所述第一电位点p1，vs+管脚连接外部芯片供电电源；vs-管脚接地。

进一步地，如图4所示，该超级电容平衡电路20还包括还包括第四电容c4，所述外部芯片供电电源连接所述第四电容c4的一端，所述第四电容c4的另一端接地，该第四电容c4用于执行滤波功能以使所述外部芯片供电电源提供的电压更为稳定。

进一步地，如图4所示，该超级电容平衡电路20还包括第五电容c5，所述第五电容c5的一端连接所述第二电位点p2，另一端接地，所述第五电容c5用于对第二电位点p2处的电压值更为稳定。

进一步地，如图4所示，该超级电容平衡电路20还包括第五电阻r5及第六电阻r6和电压监测电路25。

所述第五电阻r5的一端连接所述供电电源23及所述第一超级电容c1的所述一端；所述第五电阻r5的另一端连接所述第六电阻r6的一端，所述第六电阻r6的另一端接地。所述第五电阻r5及所述第六电阻r6用于执行分压功能。

所述第五电阻r5及第六电阻r6之间的第三电位点p3连接电压监测电路25，以使所述电压监测电路25监测所述第一超级电容c1及第二超级电容c2的电量。

比如，所述电压监测电路25用于根据所述供电电源所提供的供电电压来判断所述第一超级电容c1及所述第二超级电容c2是否充满，比如，将第一超级电容c1及第二超级电容c2两端的电压值与供电电压的电压值进行对比，如果第一超级电容c1及第二超级电容c2两端的电压值与供电电压的电压值相等，则该第一超级电容c1及第二超级电容c2充满；若第一超级电容c1及第二超级电容c2两端的电压值小于供电电压的电压值，则该第一超级电容c1及第二超级电容c2未充满。

本实施例中，所述电压监测电路25可以采用rt9801age芯片。在一些其他的实施例中，所述电压监测电路25还可以采用pt8a610x等其他的芯片。

进一步地，如图4所示，该超级电容平衡电路20还包括第七电阻r7，所述供电电源连接所述第七电阻r7的一端，所述第七电阻r7的另一端连接所述第四电容c4的一端。

具体地，所述供电电源23所提供的供电电压还可以通过第四电容c4进行滤波处理以使所述供电电源23提供的供电电压更为稳定。

示范性地，以图4为例，假设供电电源23对应的接口为vbat，外部芯片供电电源对应的接口为pwbc_vbat，若vbat提供的供电电压为5v，第一电阻r1与第二电阻r2相同。

所述sgm8041芯片的电源正端vs+管脚连接第八电阻r8的一端，该第八电阻r8的另一端连接外部芯片供电电源的接口pwbc_vbat，该第八电阻r8为分压电阻，进一步地，该第八电阻r8的电阻值可以为0欧姆，即没有对该外部芯片供电电源的接口提供的外部芯片电压进行分压处理。若pwbc_vbat提供的电压为5v，那么接入到vs+管脚处的电压同样为5v。该第八电阻r8的一端还连接有第四电容c4的一端，该第四电容c4的另一端接地，该第四电容c4用于使所述外部芯片电压更稳定。所述sgm8041芯片的电源负端vs-管脚接地。

vbat提供的供电电压5v经过第一电阻r1进行分压后得到第一电压2.5v，该2.5v的第一电压经过第二电阻r2进行分压后得到第二电压0v，该第二电压接地。该vbat还连接有第七电阻r7的一端，该第七电阻r7的另一端连接第四电容c4的一端，进一步地，该第七电阻r7的阻值可以为0欧姆，该vbat所提供的供电电压通过第七电阻r7接入第四电容c4，以使所述供电电压更稳定，该vbat所提供的供电电压还可以通过第七电阻r7后接入所述vs+端，为所述sgm8041芯片提供工作电压。

可以理解，第二电位点p2处的电压即第一电压2.5v。将该第一电压2.5v送入sgm8041芯片的同相输入端，该vin+管脚处的电压为2.5v，反向输入端vin-管脚的一端短接该输出端vout管脚，根据放大器虚短理论，该反向输入端vin-管脚的第三电压同样为2.5v，该输出端vout管脚的第四电压同样为2.5v，该反向输入端vin-管脚及输出端vout管脚还分别连接第六电容c6的一端，该第六电容c6的另一端接地，该第六电容c6用于对第三电压及第四电压进行滤波处理。

该输出端vout管脚连接第一电位点p1，那么该第一电位点p1处的第五电压同样为2.5v，由于，该第一超级电容c1的一端连接vbat，所以该vbat提供的供电电压为5v，由此可知，该第一超级电容c1两端的第六电压同样为2.5v，第二超级电容c2两端的第七电压同样为2.5v，由此可达到第一超级电容c1两端的电压及第二超级电容c2两端的电压相等，达到平衡。

第三电容c3的一端连接第一超级电容c1的一端，第三电容c3的另一端连接第二超级电容c2的另一端，该第三电容c3的另一端还进行接地处理。该第三电容c3用于使第一超级电容c1及第二超级电容c2两端的电压更为稳定。

所述第五电阻r5的一端分别连接所述vbat及所述第一超级电容c1的所述和所述第三电容c3之间的第四电位点p4，所述第五电阻r5的另一端连接所述第六电阻r6的一端，所述第六电阻r6的另一端接地。

所述第五电阻r5及第六电阻r6之间的第三电位点p3连接电压监测电路25，所述电压监测电路25用于监测所述第一超级电容c1及第二超级电容c2的电量。

通过本实施例的超级电容平衡电路20，利用放大器同相输入端及反向输入端的虚短理论(也可称为电压跟随效应)，使所述反向输入端短接放大器的输出端，使输出端的电压和同相输入端的电压值相等，进一步将输出端连接两个串联的电容之间的电位点，使所述两个串联的电容两端的电压值相等，达到平衡，解决了两个电容两端充电不平衡的问题，进而解决车载电子设备在突然断电时刻的供电问题，保证车载电子设备可正常工作，以便于关键视频的保存，解决了困扰设计人员的重大难题。

基于上述实施例1的超级电容平衡电路20，本发明另一实施例提出一种车载电子设备，该车载电子设备包括上述的超级电容平衡电路20。

可以理解，本实施例的超级电容平衡电路20对应于上述实施例1的超级电容平衡电路，而上述实施例1的超级电容平衡电路的可选项同样适用于本实施例的超级电容平衡电路20，故在此不再详述。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。