一种基于超级电容的后备电源装置的制作方法

本实用新型涉及电子设备电源应用领域，特别是涉及一种基于超级电容的后备电源装置。

背景技术：

超级电容已广泛应用于电子设备，作为电子设备的后备电源，相比电池作为后备电源，具有温度特性好、使用寿命长、可靠性高、免维护和绿色环保等优点，已大量应用于各种电子设备。但超级电容单体的额定电压不超过3v。在应用中，超级电容单体单独使用不能满足电压要求，需要将超级电容串联使用以达到较高的电压，而每个单体因各种因素存在不一致性，在串联充电过程中，会出现单体电压不一致，可能导致单体过压损坏，整体性能受损。

现有的后备电源切换电路和超级电容充放电管理电路，其电路设计复杂、元件精度要求较高、成本较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于超级电容的后备电源装置，可用于电子设备的后备电源，具有电路设计简单、元件精度要求低、易扩展等特点。

本实用新型一种基于超级电容的后备电源装置，包括主供电模块110、充电模块120、放电模块130和超级电容模组140，主供电模块110的输入端连接输入电源vin正极，输出端连接输出电源vout正极。

所述充电模块120的输入端连接输入电源vin正极，输出端连接所述放电模块130的输入端和所述超级电容模组140正极。

所述放电模块130的输入端连接所述充电模块120的输出端和所述超级电容模组140正极，输出端连接输出电源vout正极；

所述超级电容模组140正极连接所述充电模块120的输出端和所述放电模块130的输入端，负极连接输入电源vin负极和输出电源vout负极；

进一步，所述主供电模块110为一个或多个二极管二极管串联组成的电路，具有电压正向导通和反向截止功能。

所述充电模块120为一个或多个二极管二极管串联和限流电阻组成的电路，具有电压正向导通和反向截止功能及充电电流限制功能。

所述放电模块130为一个或多个二极管二极管串联组成的电路，具有电压正向导通和反向截止功能。

所述超级电容模组140为二个或多个相同的超级电容单元141、142……14n串联组成的电路，每个超级电容单元14n具有限压保护功能，防止超级电容充电过压损坏。

进一步，所述超级电容单元14n包括超级电容cn、功率电阻rn、电子开关sn、电压检测器un，

所述超级电容cn的正极连接所述超级电容单元14n的正极，负极连接所述超级电容单元14n的负极。

所述功率电阻rn的一端连接所述超级电容单元14n的正极，另一端连接所述电子开关sn的一端。

所述电子开关sn的一端连接所述功率电阻rn的一端，另一端连接所述超级电容单元14n的负极，控制端连接所述电压检测器un的输出端。

所述电压检测器un的正极连接所述超级电容单元14n的正极，负极连接所述超级电容单元14n的负极，输出极连接所述电子开关sn的控制端。

本实用新型可实现主电源和后备电源自动无缝切换；可根据需求决定超级电容的串联数量，易于扩展；每个超级电容均有独立的限压保护电路，限压点具有滞回功能，可有效防止超级电容充电过压损坏；本实用新型电路结构简单、元件精度要求低、成本低、工作可靠、易于实现。

附图说明

图1是本实用新型基于超级电容的后备电源装置的结构示意图；

图2是本实用新型基于超级电容的后备电源装置的电路示意图；

图3是本实用新型基于超级电容的后备电源装置的超级电容电压与电子开关通断关系示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地详细描述。

如附图1所示，一种基于超级电容的后备电源装置，包括主供电模块110、充电模块120、放电模块130和超级电容模组140。主供电模块110的输入端连接输入电源vin正极，输出端连接输出电源vout正极。充电模块120的输入端连接输入电源vin正极，输出端连接所述放电模块130的输入端和所述超级电容模组140正极。放电模块130的输入端连接所述充电模块120的输出端和所述超级电容模组140正极，输出端连接输出电源vout正极。超级电容模组140正极连接所述充电模块120的输出端和所述放电模块130的输入端，负极连接输入电源vin负极和输出电源vout负极。

其中主供电模块110可以是一个或多个二极管二极管串联组成的电路，具有电压正向导通和反向截止功能。充电模块120可以是为一个或多个二极管二极管串联和限流电阻组成的电路，具有电压正向导通和反向截止功能及充电电流限制功能。放电模块130为一个或多个二极管二极管串联组成的电路，具有电压正向导通和反向截止功能。

其中超级电容模组140为二个或多个相同的超级电容单元141、142……14n串联组成的电路，每个超级电容单元14n具有限压保护功能，防止超级电容充电过压损坏。

如附图2所示的超级电容单元14n包括超级电容cn、功率电阻rn、电子开关sn和电压检测器un，超级电容cn的正极连接所述超级电容单元14n的正极，负极连接所述超级电容单元14n的负极。

功率电阻rn的一端连接所述超级电容单元14n的正极，另一端连接所述电子开关sn的一端。

电子开关sn的一端连接所述功率电阻rn的一端，另一端连接所述超级电容单元14n的负极，控制端连接所述电压检测器un的输出端。

电压检测器un的正极连接所述超级电容单元14n的正极，负极连接所述超级电容单元14n的负极，输出极连接所述电子开关sn的控制端。

此处有一优选方案：基于超级电容的后备电源装置包括主供电模块110、充电模块120、放电模块130和超级电容模组140；主供电模块110的输入端连接输入电源正极，输出端连接输出电源正极；充电模块120和放电模块130串联后与主供电模块110并联，充电模块120的输入端与主供电模块110的输入端连接，充电模块120输出端与放电模块130的输入端连接，放电模块130输出端与主供电模块110的输出端连接；超级电容模组140正极连接在充电模块120和放电模块130二者的结合处，负极与输入电源负极和输出电源负极连接。

其中主供电模块110为一个二极管二极管、充电模块120为一个二极管二极管和限流电阻组成的电路、放电模块130为一个二极管，二极管的正向电压降均为vd。超级电容c1、c2…cn的额定电压为2.7v，设所述超级电容c1、c2…cn的电压为vcn，则所述超级电容模组140的电压vc=vc1+vc2+…+vcn，vc≦2.7×n。

电压检测器u1、u2…un型号为r3111h261，其内部包括参考电压单元、比较器、检测电阻、输出驱动器等，检测阈值内部固定、精度高、功耗低；其电压检测阈值vu为2.6v，滞回电压值vdet为0.05v。

主备电源工作切换，超级电容充电和保护原理如下：

主电源供电：当输入电源vin供电时，vin＞vout+vd，主供电模块110导通，输入电源vin通过所述主供电模块110向输出电源端vout供电；此时，vc＜vout+vd，所述放电模块130反向截止，超级电容模组140不向输出电源端vout供电。

后备电源供电：当输入电源vin断电时，vc＞vout+vd，放电模块130导通，所述超级电容模组140通过放电模块130向输出电源端vout供电；此时，vin＜vout+vd，主供电模块110反向截止；vin＜vc+vd，充电模块120反向截止。

超级电容模组140充电：当输入电源vin供电时，充电模块120导通，电源输入通过充电模块120向超级电容模组140充电，限流电阻rc用于限制充电电流，其充电电流ic=（vin-vd-vc）/rc。

超级电容单元14n限压保护功能：当超级电容电压vcn逐渐增加vcn＜vu+vdet时，电压检测器un的控制端输出高电平，电子开关s1断开，超级电容cn充电；当充电至vcn≥vu+vdet时，电压检测器un的控制端输出低电平，电子开关s1导通，超级电容cn放电；当放电至vcn≦vu-vdet时，电压检测器un的控制端输出高电平，电子开关s1断开，超级电容cn充电；如此循环，从而限制所述超级电容cn不超过电压阈值vu+vdet，防止超级电容过压损坏。

本实用新型申请人结合说明书附图对本实用新型的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本实用新型的优选实施方案。