一种用于超级电容充电的限流稳压保护电路及实现方法与流程

本发明涉及超级电容应用领域，具体涉及一种用于超级电容充电的限流稳压保护电路及实现方法。

背景技术：

1、超级电容也被称为电化学电容器或拆机电容器，是一种电子元器件，具有高电容量和高能量密度的特点，在现在电子设备中发挥着越来越重要的作用。超级电容是一种不同于传统电容器和电池的储存电荷的装置，具有介于两者之间的特性。超级电容的基本工作原理是依靠电双层效应和赫姆霍兹双层效应，电荷储存在电极和电解质之间的双层结构中，这使得超级电容能够承载相对较高的电容量。

2、超级电容是一种具有高能量密度，长寿命和快速充放电特性的广泛引用在多个领域的电子元器件，然而由于其特殊的化学性质，超级电容在操作过程中容易受到电压因素影响。电压的不稳定可能导致超级电容失效、损坏，甚至引发安全隐患。

3、当前超级电容广泛应用于汽车、机械设备、电动工具和轨道交通等领域。在轨道交通领域当中，超级电容主要应用于车载机车台上，充当备用电源的作用，用于给设备进行供电。然而受技术和条件等的影响，机车台上原有的超级电容充电电路大都只单一的进行限流保护或者单一的稳压保护，存在些许安全隐患。为了使超级电容充电更安全，更稳定的发挥其在车载机车台上重要的作用，因此，设计一种可靠的限流过压保护电路对于超级电容的应用而言至关重要。

技术实现思路

1、鉴于现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种用于超级电容充电的限流稳压保护电路及实现方法，该发明用于输入供电电压为24v，超级电容充电电压为13v，输出供电电压为12v的设备上，通过电路所涉及的dc-dc降压电路模块，降压限流电路模块和充电稳压电路模块三部分，分别从降压，限流和稳压三个方面来确保超级电容能正常稳定工作，不仅防止了由于电压过大可能对超级电容充电设备造成的损害，而且使得充电输出的供电电压更加稳定。

2、本发明为实现以上所述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于超级电容充电的限流稳压保护电路，包括dc-dc降压电路模块、降压限流电路模块和充电稳压电路模块；所述dc-dc降压电路模块通过降压限流电路模块与充电稳压电路模块连接；所述dc-dc降压电路模块用于将输入的24v电压通过模块内部的降压芯片降低为稳定输出的15v电压；所述降压限流电路模块用于将dc-dc降压电路模块得到的15v电压控制到为能为超级电容稳定充电的13v安全电压内，并且模块内部的限流电路能对流经电路的电流进行限制；所述充电稳压电路模块用于给超级电容进行冲电，通过模块内部的稳压芯片来使给超级电容充电的电压维持恒定范围，充满电的超级电容为负载提供稳定的12v供电电压。

3、一种用于超级电容充电的限流稳压保护电路的实现方法，步骤如下：给本发明外接电源输入24v电压，输入的24v电压依次通过dc-dc降压电路模块、降压限流电路模块和充电稳压电路模块，从降压、限流和稳压三个方面实现超级电容c19充电的稳定；首先通过dc-dc降压电路模块进行降压，通过dc-dc降压电路模块内部的降压芯片n1将输入的24v电压降低为稳定输出的15v电压；之后通过降压限流电路模块内部的限流降压芯片n2将从dc-dc降压电路模块得到的15v电压控制为能为超级电容c19稳定充电的13v安全电压内；最后通过充电稳压电路模块给超级电容c19进行冲电，通过内部的稳压芯片n3实现电压维持在恒定安全充电电压，充满电的超级电容c19为负载提供稳定的12v供电电压。

4、本发明的有益效果为：该发明用于输入供电电压为24v，超级电容充电电压为13v，输出供电电压为12v的设备上。原有的超级电容充电电路大都只单一的进行限流保护，存在些许安全隐患，与现有的超级电容充电不同，本发明设计的超级电容充电电路更加安全，本发明通过内部的dc-dc降压电路模块，降压限流电路模块和充电稳压电路模块三个模块，分别从降压，限流和稳压三个方面逐步对电路进行保护，极大的确保了超级电容能正常稳定工作，使得超级电容能更加安全稳定的进行充电和电压输出，不仅防止了由于电压过大可能对超级电容充电设备造成的损害，而且使得充电输出的供电电压更加稳定，充满电的超级电容可以为负载提供更为稳定的12v供电电压，纹波大小维持在35mv左右波动。

技术特征：

1.一种用于超级电容充电的限流稳压保护电路，其特征在于：包括dc-dc降压电路模块、降压限流电路模块和充电稳压电路模块；

2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容充电的限流稳压保护电路，其特征在于：所述dc-dc降压电路模块的具体电路为，降压芯片n1的7脚与测试点1、power-24v网络、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电阻r1的一端相连，电容c2、电容c3、电容c4、电容c5的另一端接gnd，电阻r1的另一端接降压芯片n1的5脚；降压芯片n1的3脚通过电阻r3接gnd，降压芯片n1的0脚和6脚接gnd；降压芯片n1的8脚与电容c1、电感l1的一端及稳压二极管vd1负极相连，电容c1另一端与降压芯片n1的1脚相连，稳压二极管vd1的正极接gnd，电感li另一端与电阻r2、电容c6、电容c7、电容c8的一端、测试点2和vout1网络相连，电阻r2另一端与降压芯片n1的4脚和电阻r4的一端相连，电阻r4、电容c6、电容c7和电容c8的另一端接gnd；

3.根据权利要求1所述的一种用于超级电容充电的限流稳压保护电路，其特征在于：所述降压限流电路模块具体电路为，限流降压芯片n2的6脚与电容c9、电容c10、电阻r5的一端和vout1网络相连，电容c9和电容c10的另一端接gnd，电阻r5的另一端与限流降压芯片n2的1脚、7脚、8脚和三极管vti的集电极相连，限流降压芯片n2的2脚与电阻r6一端和三极管vt1的基极相连，电阻r6的另一端与限流降压芯片n2的4脚和电容c11一端的相连并接gnd，电容c11另一端与限流降压芯片n2的3脚连接，三极管vt1的发射极与二极管vd4的负极和电感l2一端相连，二极管vd4正极连接gnd，电感l2另一端与电容c12、电容c13、电容c14、电阻r7的一端和二极管vd3正极相连，二极管vd3负极连接测试点3和网络vbat，电容c12、电容c13、电容c14另一端接gnd，电阻r7另一端与限流降压芯片n2的5脚和电阻r8一端相连，电阻r8另一端接gnd；限流降压芯片n2的型号为mc33063a，二极管vd3和二极管vd4的型号为ss54b，npn型的三极管vt1型号为mje180g，电感l2的型号为prs8040-221mt。

4.根据权利要求1所述的一种用于超级电容充电的限流稳压保护电路，其特征在于：所述充电稳压电路模块具体连接为，超级电容c19、电阻r10、电阻、r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14的一端和三极管vt2的发射极连接，并连接vbat网络，电阻r10另一端与电容c18、电阻r17一端和稳压芯片n3的2脚相连，电阻r11另一端与电容c18另一端、电阻r15一端和稳压芯片n3的1脚相连，电阻r15另一端与电阻r18一端和三极管vt2基极相连，电阻r12另一端与电阻r16、电阻r19一端和三极管vt2集电极相连，电阻r16另一端与三极管vt3基极相连，电阻r13和电阻r14另一端与三极管vt3集电极相连，超级电容c19、电阻r17、稳压芯片n3的3脚、电阻r18、电阻r19另一端和三极管vt3发射极接gnd；

5.一种采用权利要求1所述的用于超级电容充电的限流稳压保护电路的实现方法，其特征在于，步骤如下：给本发明外接电源输入24v电压，输入的24v电压依次通过dc-dc降压电路模块、降压限流电路模块和充电稳压电路模块，从降压、限流和稳压三个方面实现超级电容c19充电的稳定；首先通过dc-dc降压电路模块进行降压，通过dc-dc降压电路模块内部的降压芯片n1将输入的24v电压降低为稳定输出的15v电压；之后通过降压限流电路模块内部的限流降压芯片n2将从dc-dc降压电路模块得到的15v电压控制为能为超级电容c19稳定充电的13v安全电压内；最后通过充电稳压电路模块给超级电容c19进行冲电，通过内部的稳压芯片n3实现电压维持在恒定安全充电电压，充满电的超级电容c19为负载提供稳定的12v供电电压。

技术总结
一种用于超级电容充电的限流稳压保护电路及实现方法，涉及超级电容应用领域，DC‑DC降压电路模块通过降压限流电路模块与充电稳压电路模块连接；DC‑DC降压电路模块用于将输入的24V电压降低为稳定输出的15V电压；降压限流电路模块用于将得到的15V电压控制到为能为超级电容稳定充电的13V安全电压内，并对流经电路的电流进行限制；充电稳压电路模块用于给超级电容进行冲电，充满电的超级电容为负载提供稳定的12V供电电压。本发明从降压，限流和稳压三个方面来确保超级电容能正常稳定工作，防止了由于电压过大可能对超级电容充电设备造成的损害，充满电的超级电容可以为负载提供更为稳定的12V供电电压，充电更稳定，更安全。

技术研发人员：赵晨,杨帅,刘国庆,庞通,田坤,王智超
受保护的技术使用者：天津七一二移动通信有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10