專利名稱：具有雙向功率流的超級(jí)電容器備用電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源技術(shù)，更具體地涉及基于超級(jí)電容器的備用電源 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多數(shù)字系統(tǒng)在主電源不可用的情況下，需要備用電源。這通常 利用電池來(lái)完成，但是隨著容值非常高的電容器(超級(jí)電容器)的產(chǎn)生， 更優(yōu)選的經(jīng)常是用電容器替代電池。這主要是由于維護(hù)的原因超級(jí) 電容器可以比可充電電池承受更多的充電/放電周期，并且比電池具有 更長(zhǎng)的使用壽命從而減少了給定的需要備用機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品的維修需求。公知的用超級(jí)電容器來(lái)存儲(chǔ)能量的備用電源機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)單獨(dú)的 (separate)電路當(dāng)主電源可用時(shí)為超級(jí)電容器充電的電路；以及當(dāng) 主電源不可用時(shí)運(yùn)行超級(jí)電容器的開(kāi)關(guān)電源。圖1中示出了具有單獨(dú)的充電電路和放電電路的備用電源機(jī)構(gòu)的 簡(jiǎn)單示例。當(dāng)主電源(未示出)可用時(shí)，由該電源產(chǎn)生Vcc。在這段時(shí)間 中，開(kāi)關(guān)102閉合，允許超級(jí)電容器104經(jīng)由電流源103充電。電流 源103包括電阻器、主動(dòng)電流源(active current source)、開(kāi)關(guān)電源 (switching supply)或其他機(jī)構(gòu)。開(kāi)關(guān)106在充電期間斷開(kāi)。調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān) 102以在超級(jí)電容器104上保持固定的(最大)電壓。這通常由控制結(jié)構(gòu) (未示出)執(zhí)行。當(dāng)主電源缺失時(shí)，開(kāi)關(guān)102斷開(kāi)且開(kāi)關(guān)106被調(diào)節(jié)，以從超級(jí)電 容器104經(jīng)由電感器108和二極管110向Vcc傳送能量。通過(guò)主電源(未 示出)的輸出電容器執(zhí)行輸出濾波。這樣，具有單獨(dú)的充電電路和放電 電路。為充電和放電使用單獨(dú)的電路需額外的部件數(shù)量，由此會(huì)增大 成本、印刷電路板(PCB)的布局面積和重量。當(dāng)二極管110兩端具有開(kāi)關(guān)從而形成同步整流器時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更 高的效率。在圖2中示出了具有該附加元件的電路。開(kāi)關(guān)202與二極管110并聯(lián)連接。但是，圖2的電路具有單獨(dú)的充電電路和放電電路。 現(xiàn)有技術(shù)中的超級(jí)電容器充電方案僅具有簡(jiǎn)單的充電機(jī)構(gòu)，其中 超級(jí)電容器直接放置在電壓的兩端，這使得在充電開(kāi)始時(shí)可能會(huì)有非 常大的電流。因此需要提供一種基于超級(jí)電容器的備用電源系統(tǒng)，該備用電源 系統(tǒng)能夠使部件數(shù)量最小化，提供高效的輸出電壓生成，以及提供對(duì) 超級(jí)電容器的受控(電壓源的瞬時(shí)電流需求受到限制)且高能效的充電。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明通常涉及在電源備用的情況中使用的超級(jí)電容器的充放電。本發(fā)明的目的是消除或減輕現(xiàn)有技術(shù)中用于為超級(jí)電容器充放電 的電路的至少一個(gè)缺陷。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種備用電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括超級(jí)電容器，以及用于為超級(jí)電容器充放電的單個(gè)(single)電路。該單個(gè) 電路包括具有電感器的路徑(path),該電感器在以充電模式運(yùn)行時(shí)用 于充電，而在以備用模式運(yùn)行時(shí)用于放電。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種備用電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括超 級(jí)電容器、電感器、和電感器一起運(yùn)行用于為超級(jí)電容器充放電的單 個(gè)電路，以及用于監(jiān)視和控制該單個(gè)電路的控制器。本發(fā)明的該發(fā)明內(nèi)容不必描述本發(fā)明的所有特征。
根據(jù)以下參考附圖做出的描述，本發(fā)明的這些和其他特征將變得 更明顯，在這些附圖中圖1是示出了現(xiàn)有技術(shù)中基于超級(jí)電容器的備用電源電路的示意圖；圖2是示出了另一基于超級(jí)電容器的備用電源電路的示意圖； 圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于超級(jí)電容器的備用電源電 路的示意圖；圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的基于超級(jí)電容器的備用電源電路的示意圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的基于超級(jí)電容器的備用電 源電路的示意圖；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制電路的示例的示意圖；以及圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的基于超級(jí)電容器的備用電 源電路的示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種備用電源，其由用于超級(jí)電容器的單個(gè) 充放電電路實(shí)現(xiàn)。該電路與帶有單獨(dú)的充電電路和放電電路相比，部 件的數(shù)量減少。在下面的描述中，術(shù)語(yǔ)"連接(被連接)"用于指示兩個(gè) 或多個(gè)元件彼此直接或間接地相接觸。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于超級(jí)電容器的備用電源。圖3 的備用電源電路300包括開(kāi)關(guān)302和304、 二極管305和306、電感 器308，以及超級(jí)電容器310。開(kāi)關(guān)302與二極管305并聯(lián)連接。開(kāi)關(guān) 304與二極管306并聯(lián)連接。電感器308和超級(jí)電容器310可以分別與 圖2的電感器108和超級(jí)電容器104相同或類似。應(yīng)該注意，圖3在 某種程度上是概念性的，在圖3所示的電路周圍還可包括其他電路。二極管306用作所謂的續(xù)流二極管(free-wheeling diode)。開(kāi)關(guān) 302、電感器308和二極管306的組合提供了開(kāi)關(guān)電源(switching power supply)或所謂的降壓變換器(buck converter),其可以用于為超級(jí)電 容器310充電。由于該電路300能用于充電，電流源和其控制開(kāi)關(guān)(圖 2的103和102)變得多余。因此，電路300不使用圖2的電流源103 和其開(kāi)關(guān)102。電路300用于在沒(méi)有電流源和其開(kāi)關(guān)的情況下為超級(jí)電 容器310充放電。在電路300中，磁性元件，即電感器308以雙向模 式運(yùn)行。當(dāng)Vcc由主電源(未示出)產(chǎn)生時(shí)，電路300處于充電模式。在充電 模式中，開(kāi)關(guān)302被調(diào)節(jié)，以將超級(jí)電容器310充電到理想的電平， 即電能從Vcc流向超級(jí)電容器310。在充電模式中，此時(shí)開(kāi)關(guān)304通常 維持?jǐn)嚅_(kāi)。但是，為了提高效率，在二極管306的續(xù)流時(shí)間期間，開(kāi)關(guān)304可以閉合。在這種情況下，開(kāi)關(guān)304充當(dāng)了同步整流器。當(dāng)檢測(cè)到缺少產(chǎn)生Vcc的主電源時(shí)，電路300處于備用(放電)模式。 在備用模式中，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)304使得電能從超級(jí)電容器310流向Vcc。在 備用模式中，開(kāi)關(guān)302用作同步整流器，且在電感器308的回掃時(shí)間 的期間內(nèi)閉合。在實(shí)施例中，向電路300提供控制器，以監(jiān)視主電源、超級(jí)電容 器電壓、輸出電壓(Vcc)、電感器電流(如果要實(shí)現(xiàn)電流模式控制)，或 它們的組合，然后基于監(jiān)視值控制充放電電路的運(yùn)行(例如圖4-6)。在一個(gè)示例中，控制器監(jiān)視主電源，并在主電源可用時(shí)，啟用超 級(jí)電容器的充電機(jī)構(gòu)(充電模式)。在充電模式中，控制器監(jiān)視超級(jí)電容 器310兩端的電壓，并運(yùn)行開(kāi)關(guān)302和304連同電感器308，以形成降 壓變換器(具有同步整流器)。在這種情況下，能量從Vcc流向超級(jí)電容 器。當(dāng)主電源缺失時(shí)，那么控制器切換至備用模式。在備用模式中， 控制器監(jiān)視電壓Vcc，并運(yùn)行開(kāi)關(guān)302和304連同電感器308，以形成 升壓變換器(具有同步整流器)。在這種情況下，能量從超級(jí)電容器流向 Vcc。在充電或備用模式中，控制器可實(shí)現(xiàn)電流模式控制。電流模式控 制利用內(nèi)控制環(huán)限制電感器308的峰值或平均電流，這將導(dǎo)致與電壓 模式控制的開(kāi)關(guān)模式電源相比，很明顯地移動(dòng)與電感器308相關(guān)的電 極。由此產(chǎn)生的級(jí)數(shù)減少了的傳遞函數(shù)便于更好地對(duì)電源進(jìn)行動(dòng)態(tài)響 應(yīng)，并使得對(duì)電源的補(bǔ)償更加容易。對(duì)于這樣的控制來(lái)說(shuō)，控制器包 括在電流控制模式中監(jiān)視電感器308的電流的機(jī)構(gòu)。電流模式控制中 的電感器電流的內(nèi)在控制在以固定速率對(duì)電容器充電的概念下工作良 好。電路300可以使用電壓模式控制來(lái)控制輸出電壓。電路300適用于電源電壓Vcc大于或等于最大允許的電容器電壓 的結(jié)構(gòu)。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員很好理解，可以重新構(gòu)造電路300，以 支持小于最大超級(jí)電容器電壓的Vcc。這樣，提供了為超級(jí)電容器充電 的升壓電路，以及在備用中供給Vcc的降壓電路，即雙向功率流經(jīng)過(guò) 一個(gè)共同的機(jī)構(gòu)。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的基于超級(jí)電容器的備用電源。圖4中基于超級(jí)電容器的備用電源電路401與圖3的電路300相似。 電路401包括開(kāi)關(guān)402和404、 二極管405和406、電感器408，和超 級(jí)電容器410。 二極管405和406與圖3的二極管305和306對(duì)應(yīng)。電 感器408可以和圖3的電感器308相同或相似。超級(jí)電容器410可以 和圖3的超級(jí)電容器310相同或相似。開(kāi)關(guān)402和404對(duì)應(yīng)于圖3的 開(kāi)關(guān)302和304。但是，在該實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)402和404是金屬氧化物 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。在該描述中，術(shù)語(yǔ)"開(kāi)關(guān)402(404)" 和"MOSFET 402(404)"可互換使用。在一個(gè)示例中，二極管405禾n 406可以分別是MOSFET 402和 MOSFET 404的固有二極管。在另一示例中，二極管405和406可以 分別是與MOSFET402和MOSFET404的固有二極管并聯(lián)連接的外部 肖特基二極管。肖特基二極管可以在相應(yīng)的MOSFET完全導(dǎo)通所花費(fèi) 的時(shí)間期間提供電流路徑。該肖特基二極管具有比MOSFET結(jié)構(gòu)固有 的并聯(lián)二極管低的正向電壓，其用于功率整流應(yīng)用情況時(shí)效率很高。二極管405和406、開(kāi)關(guān)402和404以及電感器電流感測(cè)機(jī)構(gòu)可以 集成到具有控制器412的IC封裝(集成電路)中?？刂破?12可以任何 恰當(dāng)?shù)男问綄?shí)現(xiàn)。電感器408和超級(jí)電容器410可以位于任何集成電 路的外部。為了控制器412可以提供所需的功能，它接收各種信號(hào)作為輸入 并對(duì)這些信號(hào)作出響應(yīng)。在圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的這些信 號(hào)?？刂破?12使用" MODE"控制信號(hào)414來(lái)提供充電和備用模式 之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換(automatic switchover)。在一個(gè)示例中，" MODE" 信號(hào)414是比較器(例如圖6的600)的模擬輸入，其中比較器以適用于 TTL的電壓或一些其他邏輯電平作為參考。這允許從另一電路或從主 輸入電源的縮放形式驅(qū)動(dòng) MODE414。在最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)中，電阻性分 壓器可以將主輸入電壓按比例縮放送入比較器的輸入端，并且可以按 比例縮放至小于最小輸入電壓，允許在非預(yù)期的供電消失的情況下作 為備用。當(dāng)不對(duì)超級(jí)電容器電壓進(jìn)行抽樣時(shí)，即當(dāng)處于備用模式時(shí)， "V—CAPACITOR "信號(hào)416是JFET輸入(低輸入電流)， "V—CAPACITOR—COMMON"信號(hào)418是高阻抗。" ENABLE"信 號(hào)424是啟動(dòng)該設(shè)備全部功能的信號(hào)。正如在電流模式控制中所需要的，I—SENSE信號(hào)420是允許電流 輸入的一個(gè)單個(gè)輸入。在該實(shí)施例中，流經(jīng)電感器408的電流是在電 流檢測(cè)端(current sense) 422處測(cè)量的。實(shí)際上可根據(jù)電路的拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)，在幾個(gè)地點(diǎn)處測(cè)量該電流。假如使用電流模式控制，那么控制器 412的電流檢測(cè)機(jī)構(gòu)接受雙向電流。在該實(shí)施例中，該電路在高頻處運(yùn) 行，允許使用較小的電感器。為了實(shí)現(xiàn)電路簡(jiǎn)單，控制器412的內(nèi)部 參考電壓可以小于Vcc和超級(jí)電容器410的最大電壓。電路401適用于供應(yīng)電壓Vcc大于或等于最大允許的電容器電壓 的結(jié)構(gòu)。在替換的實(shí)施例中，Vcc低于最大允許的電容器電壓。在該種 情況下，圖4的充放電電路401的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被反轉(zhuǎn)，使得升壓電路為 電容器充電，降壓電路從電容器電壓中產(chǎn)生Vcc。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的超級(jí)電容器備用電源電路。 圖5中示出的結(jié)構(gòu)適用于具有雙向功率流的超級(jí)電容器備用電源，在 該電源中Vcc大于最大超級(jí)電容器電壓。該電路的控制器元件包括二 極管、用于充放電機(jī)構(gòu)的電源開(kāi)關(guān)、電流檢測(cè)器、電壓檢測(cè)器，以及 支持雙模式電源的運(yùn)行的電路?？刂破髟梢栽诩呻娐?參照集成 電路502)內(nèi)工作。超級(jí)電容器504和電感器506位于集成電路502的 外部。超級(jí)電容器504可以與圖3的超級(jí)電容器310或圖4的超級(jí)電容 器410相同或類似。電感器506可以與圖3的電感器308或圖4的電 感器408類似。圖5的電路具有的電阻網(wǎng)絡(luò)與圖4的相類似。具有電阻器530和 532的電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在集成電路502和節(jié)點(diǎn)534之間，其中節(jié)點(diǎn)534 是超級(jí)電容器504和電感器506的連接節(jié)點(diǎn)。在Vcc和集成電路502 之間設(shè)置具有電阻器536和538的電阻網(wǎng)絡(luò)。在圖5中，僅示出了反饋路徑的電阻性元件，其設(shè)定DC電勢(shì)。 圖5的電路包括兩個(gè)反饋路徑，根據(jù)超級(jí)電容器504被充電(即充電模 式)還是放電(即備用模式)，激活其中一個(gè)反饋路徑。通過(guò)在這些電阻 器上增加電容器實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償以提供頻譜整形，從而實(shí)現(xiàn)電路在充電和備 用模式中的穩(wěn)定運(yùn)行。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，根據(jù)電路的期望運(yùn) 行特性，可形成更復(fù)雜的反饋機(jī)構(gòu)。在圖5中，集成電路502包括多個(gè)管腳，用于INDUCTOR信號(hào) 510、 V—CAPACITOR信號(hào)512、 V—CAPACITOR_COMMON信號(hào)514、 ENABLE信號(hào)516、 -MODE信號(hào)518、 VCC信號(hào)520、 V—SENSE信 號(hào)522和GROUND信號(hào)524。 INDUCTOR信號(hào)510、 V—CAPACITOR 信號(hào)512、 V—CAPACITOR—COMMON信號(hào)514、 ENABLE信號(hào)516、 MODE信號(hào)518和V—SENSE信號(hào)522可以分別與圖4中的I—SENSE 信號(hào)420、 V—CAPACITOR信號(hào)416、 V_CAPACITOR—COMMON信號(hào) 418、 ENABLE信號(hào)424、 MODE信號(hào)414，以及V0—SENSE信號(hào)相 類似。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的控制電路的示例。圖6的電路 的接腳分布與圖5的控制器相類似。在圖6中，示出除 ENABLE信號(hào) 516外與集成電路502相關(guān)的信號(hào)作為示例。圖6的電路是基本的電流 模式控制，并且為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，未示出控制環(huán)的補(bǔ)償(反饋)元件。
MODE輸入518用于限定電路的運(yùn)行模式(充電或備用)，以及選 擇通過(guò)開(kāi)關(guān)606進(jìn)入內(nèi)電流環(huán)的電壓誤差放大器(即602或604)的電源。 比較器600將 MODE輸入518和某一電壓比較，并操作開(kāi)關(guān)606。比 較器608將開(kāi)關(guān)606的輸出和"ISENSE"電路616的輸出作比較。
電路616包括電阻器617以及幅值和電平移動(dòng)電路618。電路616 測(cè)量流經(jīng)連接在INDUCTOR節(jié)點(diǎn)510處的電感器的電流。在該實(shí)施例 中，該測(cè)量是高側(cè)測(cè)量，檢測(cè)元件不參考接地電勢(shì)。因此電路616包 括將測(cè)量值傳送至參考接地電勢(shì)的比較器608的機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)電流模 式控制。電流的幅值運(yùn)行比較器608。當(dāng)電感器電流達(dá)到閾值，例如其 電流模式的峰值電流時(shí)，則激活電流模式。
鎖存器610包括與時(shí)鐘電路612連接的"S"節(jié)點(diǎn)、與比較器608 的輸出端連接的"R"節(jié)點(diǎn)，以及與柵極驅(qū)動(dòng)電路614連接的"Q"節(jié) 點(diǎn)。柵極驅(qū)動(dòng)電路614為運(yùn)行模式(充電或備用)選擇正確的開(kāi)關(guān)操作， 包括同步整流器的操作。在圖6中，柵極驅(qū)動(dòng)電路614驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)620， 622和624。
在超級(jí)電容器充電模式期間，開(kāi)關(guān)620導(dǎo)通。在備用模式中，開(kāi) 關(guān)620關(guān)斷，因此具有圖5的電阻器530和532的電阻器網(wǎng)絡(luò)不會(huì)釋 放能量，以便使可用的備用時(shí)間最大化?？紤]到釋放的能量趨于很小，因此可以稍微減少備用時(shí)間為代價(jià)，去除開(kāi)關(guān)620。
ISENSE電路(616， 618)的屬性取決于如何構(gòu)造電路。如果利用離 散的部件建造該電路，那么電流互感器(currenttransformer)是最簡(jiǎn)單 的機(jī)構(gòu)。為了用硅實(shí)現(xiàn)，IC設(shè)計(jì)者需要能進(jìn)行高側(cè)電流測(cè)量的技術(shù)。
在上述實(shí)施例中，主電源具有足夠的支持時(shí)間，使得備用電源(即 圖3的超級(jí)電容器310或圖4的410)能夠檢測(cè)到缺失的輸入功率并從 充電模式進(jìn)入備用模式。
在另一實(shí)施例中，可在同步整流器中使用MOSFET的固有二極管。
在另一實(shí)施例中，提供額外的輸入來(lái)設(shè)定用于為超級(jí)電容器充放 電以及對(duì)控制環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆逯惦姼衅麟娏鳌?br>
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的基于超級(jí)電容器的備用電源 電路。圖7的備用電源電路700適用于電源電壓Vcc小于或等于最大 允許電容器電壓的結(jié)構(gòu)。
電源電路700包括開(kāi)關(guān)702和704、二極管705和706、電感器708， 以及超級(jí)電容器710。開(kāi)關(guān)702和二極管705并聯(lián)連接。開(kāi)關(guān)704和二 極管706并聯(lián)連接。電感器708和超級(jí)電容器710可以分別與圖3的 電感器308和超級(jí)電容器304相同或類似。在備用電源電路700中， 在電感器708和超級(jí)電容器710之間設(shè)置有開(kāi)關(guān)702和二極管705。電 感器708連接至Vcc節(jié)點(diǎn)。
在充電模式中，開(kāi)關(guān)704是用于升壓的功率開(kāi)關(guān)，并且開(kāi)關(guān)702 充當(dāng)了同步整流器。在備用模式中，開(kāi)關(guān)702是用于降壓的功率開(kāi)關(guān)， 并且開(kāi)關(guān)704充當(dāng)了同步整流器。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，基于備用電源電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不限于 圖3、 4和7中的內(nèi)容，可以設(shè)想出其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
己經(jīng)結(jié)合一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例描述了本發(fā)明。但是，對(duì)于本領(lǐng)域技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)，很明顯的是，在不脫離權(quán)利要求限定的本發(fā)明保護(hù)范圍 的情況下能夠作出各種變形和修改。
權(quán)利要求
1.一種用作備用電源的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括超級(jí)電容器；以及用于為所述超級(jí)電容器充電和放電的單個(gè)電路，所述單個(gè)電路包括具有電感器的路徑，所述電感器在充電模式中運(yùn)行用于充電，在備用模式中運(yùn)行用于放電。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述單個(gè)電路包括 連接在所述電感器的第一節(jié)點(diǎn)和一個(gè)電勢(shì)之間的第一開(kāi)關(guān)； 與所述第一開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第一二極管；連接在接地端和所述電感器的所述第一節(jié)點(diǎn)之間的第二開(kāi)關(guān)；和 與所述第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第二二極管。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)被操 作，以在所述電勢(shì)可用時(shí)，為所述超級(jí)電容器充電，在所述電勢(shì)缺失 時(shí)，使所述超級(jí)電容器放電。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其中所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān) 中的至少一個(gè)是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述第一二極管和所述第二二極管 中的至少一個(gè)是所述MOSFET的固有二極管。
6. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述第一二極管和所述第二二極管 中的至少一個(gè)是肖特基二極管。
7. 如權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于控制所述 第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)的控制器。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述控制器操作所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)連同所述電感器，以形成具有同步整流器的降壓變換器。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，其中所述控制器操作所述第一開(kāi)關(guān) 和所述第二開(kāi)關(guān)連同所述電感器，以形成具有同步整流器的升壓變換 器。
10. 如權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制器以及所述 第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)中的至少一個(gè)是在集成電路中形成的。
11. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述單個(gè)電路依據(jù)所述單個(gè)電路處 于充電模式還是降壓模式，而形成降壓變換器或升壓變換器。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于形成所述降壓變換器 或所述升壓變換器的控制器。
13. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述單個(gè)電路包括第一反饋路徑和 第二反饋路徑，所述第一反饋路徑和所述第二反饋路徑中的一個(gè)在充 電模式被激活，另一個(gè)在備用模式被激活。
14. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于控制所述單個(gè)電路運(yùn) 行的控制器。
15. 如權(quán)利要求7至10，12和14中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng) 具有多個(gè)模式，包括用于充電的充電模式和用于放電的備用模式，其 中所述控制器監(jiān)視一個(gè)電勢(shì)的初級(jí)電源、所述超級(jí)電容器電壓的電壓、 所述電勢(shì)、所述電感器的電流、或它們的組合，并基于一個(gè)或多個(gè)監(jiān) 視的結(jié)果來(lái)控制所述單個(gè)電路的模式。
16. 如權(quán)利要求12或14所述的系統(tǒng)，其中所述控制器的電路位于集成 電路上。
17. 如權(quán)利要求7至10、 12、 14和16中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述集成電路將電流檢測(cè)信號(hào)作為其輸入。
18. 如權(quán)利要求7至10、 12、 14和16中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述 控制器具有電流控制模式、電壓控制模式或其組合。
19. 一種用作備用電源的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括超級(jí)電容器； 電感器；和所述電感器一起運(yùn)行以便為所述超級(jí)電容器充電和放電的單個(gè) 電路；以及用于監(jiān)視和控制所述單個(gè)電路的控制器。
20. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述單個(gè)電路連接至一個(gè)電勢(shì)， 并且其中所述控制器運(yùn)行所述單個(gè)電路，以在所述電勢(shì)可用時(shí)為所述 超級(jí)電容器充電，而在所述電勢(shì)缺失時(shí)，使所述超級(jí)電容器放電以提 供所述備用電源。
21. 如權(quán)利要求19或20所述的系統(tǒng)，其中所述控制器操作所述單個(gè)電 路連同所述電感器，以形成降壓變換器。
22. 如權(quán)利要求19至21中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制器操作所 述單個(gè)電路連同所述電感器，以形成升壓變換器。
23. 如權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制器和所述 單個(gè)電路形成集成電路。
24. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述單個(gè)電路包括第一反饋路徑 和第二反饋路徑，所述第一反饋路徑和所述第二反饋路徑中的一個(gè)在 充電模式被激活，另一個(gè)在備用模式被激活。
25. 如權(quán)利要求19至24中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制器將電流 檢測(cè)信號(hào)作為其輸入。
26. 如權(quán)利要求19至25中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制器具有電 流控制模式、電壓控制模式或其組合。
27. 如權(quán)利要求19至26中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制器監(jiān)視一 個(gè)電勢(shì)的初級(jí)電源、所述超級(jí)電容器電壓的電壓、所述電勢(shì)、所述電 感器的電流，或它們的組合，并基于一個(gè)或多個(gè)監(jiān)視的結(jié)果控制所述 單個(gè)電路的運(yùn)行。
28. 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)具有多個(gè)模式，包括為 所述超級(jí)電容器充電的充電模式和使所述超級(jí)電容器放電的備用模 式，并且其中所述控制器基于所述一個(gè)或多個(gè)監(jiān)視的結(jié)果設(shè)定所述模 式。
29. 如權(quán)利要求19或20所述的系統(tǒng)，其中所述單個(gè)電路包括 連接在所述電感器和一個(gè)電勢(shì)之間并由所述控制器控制的第一開(kāi)關(guān)；與所述第一開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接的第一二極管；連接在接地端和所述電感器之間并由所述控制器控制的第二開(kāi) 關(guān)；以及與所述第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接的第二二極管。
30. 如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)中 的至少一個(gè)是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
31. 如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第一二極管和所述第二二極 管中的至少一個(gè)是所述MOSFET的固有二極管。
32. 如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第一二極管和所述第二二極 管中的至少一個(gè)是肖特基二極管。
33. 如權(quán)利要求29至32中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制器、所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)中的至少一個(gè)、所述第一二極管和所述第二 二極管中的至少一個(gè)形成集成電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有雙向功率流的超級(jí)電容器備用電源，其是一種用于向設(shè)備提供備用電源的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括超級(jí)電容器和用于為超級(jí)電容器充電和放電的單個(gè)電路。所述單個(gè)電路和電感器一起運(yùn)行，以便為超級(jí)電容器充電和放電。
文檔編號(hào)H02J9/06GK101232201SQ20071015969
公開(kāi)日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2007年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者K·貝克, L·福賽思 申請(qǐng)人:得邏輯公司