串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路和均衡方法
【專利摘要】本發(fā)明的串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路，包括電阻R1，R2，R3，R4，電壓檢測(cè)單元，N溝道MOS管Q1，NPN型三極管Q2，光耦Q3，光耦Q4，控制單元，電阻R1、R2的一端分別連接Q3的輸入陽(yáng)極、陰極，另一端均連接超級(jí)電容器C1的正極,電阻R3的一端連接C1的正極，另一端連接Q4的輸出集電極，電阻R4的一端連接C1的正極，另一端連接Q2的集電極，電壓檢測(cè)單元輸入端1管腳、2管腳并聯(lián)在C1的正、負(fù)極之間，輸出端3管腳連接Q1的柵極，Q1的漏極連接Q3的輸入陰極，Q1的源極、Q2的發(fā)射極均連接C1的負(fù)極，Q2的基極與Q4的輸出發(fā)射極連接,實(shí)現(xiàn)串聯(lián)超級(jí)電容器電壓的自動(dòng)均衡。
【專利說(shuō)明】串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路和均衡方法
[0001]【【技術(shù)領(lǐng)域】】
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，具體涉及一種串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路和均衡方法。
[0002]【【背景技術(shù)】】
目前超級(jí)電容器的單體電壓都很低，一般低于3V，在實(shí)際應(yīng)用中需要大量的串聯(lián)使用，由于在應(yīng)用中需要進(jìn)行大電流充放電使用，因此串聯(lián)的各超級(jí)電容器單體電壓是否一致至關(guān)重要的。因串聯(lián)超級(jí)電容器模組中各超級(jí)電容器單體的容量偏差，內(nèi)阻的不一致性和漏電流的影響，會(huì)導(dǎo)致各超級(jí)電容器單體在模組中存在電壓的不均衡，影響使用。嚴(yán)重的會(huì)使整個(gè)超級(jí)電容器模組損壞。
[0003]現(xiàn)有的一種均衡方式為在各串聯(lián)超級(jí)電容器單體兩端并聯(lián)一個(gè)電阻進(jìn)行均壓，如圖1，這種均衡方式的效果很差，不能有效的均衡，因電阻上會(huì)產(chǎn)生一定的漏電流，使整個(gè)超級(jí)電容器模組的漏電流增大，極大的影響應(yīng)用。
[0004]另外一種串聯(lián)超級(jí)電容器模組均衡電路的方式是:對(duì)每一個(gè)單體預(yù)設(shè)一個(gè)電壓值，一但超級(jí)電容器的電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，會(huì)對(duì)超級(jí)電容器單體進(jìn)行一定的放電，使其電壓降低，從而達(dá)到保護(hù)超級(jí)電容器的目的，見(jiàn)圖2。此電路的缺點(diǎn)為:放電的電流較小，均衡能力不足，效果不明顯。同時(shí)因放電電流產(chǎn)生的熱量會(huì)影響超級(jí)電容器的壽命。
[0005]【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，構(gòu)造串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路，包括電阻Rl，R2，R3，R4，電壓檢測(cè)單元，N溝道MOS管Ql，NPN型三極管Q2，光耦Q3，光耦Q4，控制單元，電阻Rl、R2的一端分別連接光耦Q3的輸入陽(yáng)極、陰極，另一端均連接超級(jí)電容器的正極，電阻R3的一端連接超級(jí)電容器的正極，另一端連接光耦Q4的輸出集電極，電阻R4的一端連接超級(jí)電容器的正極，另一端連接NPN型三極管Q2的集電極，電壓檢測(cè)單元的輸入端I管腳、2管腳并聯(lián)在超級(jí)電容器的正、負(fù)極之間，輸出端3管腳連接N溝道MOS管Ql的柵極，MOS管Ql的漏極連接光耦Q3的輸入陰極，N溝道MOS管Ql的源極、NPN型三極管Q2的發(fā)射極均連接超級(jí)電容器的負(fù)極，NPN型三極管Q2的基極與光耦Q4的輸出發(fā)射極連接，光耦Q3的輸出端、光耦Q4的輸入端均與控制單元連接；
還可以采用另一種方案，串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路包括電阻R1，R2，R3，R4，電壓檢測(cè)單元，P溝道MOS管Ql，PNP型三極管Q2，光耦Q3，光耦Q4，控制單元，電阻R1、R2的一端分別連接光耦Q3的輸入陰極、陽(yáng)極，另一端均連接超級(jí)電容器的負(fù)極，電阻R3的一端連接超級(jí)電容器的負(fù)極，另一端連接光耦Q4的輸出發(fā)射極，電阻R4的一端連接超級(jí)電容器的負(fù)極，另一端連接PNP型三極管Q2的集電極，電壓檢測(cè)單元的輸入端I管腳、2管腳并聯(lián)在超級(jí)電容器的正、負(fù)極之間，輸出端3管腳連接P溝道MOS管Ql的柵極，P溝道MOS管Ql的漏極連接光耦Q3的輸入陽(yáng)極，P溝道MOS管Ql的源極、PNP型三極管Q2的發(fā)射極均連接超級(jí)電容的正極，PNP型三極管Q2的基極與光耦Q4的輸出集電極連接，光耦Q3的輸出端、光耦Q4的輸入端均與控制單元連接。
[0007]優(yōu)選的，所述串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路還包括與控制單元、超級(jí)電容器連接的開(kāi)關(guān)元件。
[0008]優(yōu)選的，所述NPN型三極管Q2型號(hào)是SS8050或所述PNP型三極管Q2型號(hào)是SS8550。
[0009]優(yōu)選的，所述N溝道MOS管Ql型號(hào)是XP161A1355PR或所述P溝道MOS管Ql型號(hào)是 FDZ661PZ。
[0010]優(yōu)選的，所述電壓檢測(cè)單元型號(hào)是XC161AC12702MR。
[0011]優(yōu)選的，所述光耦Q3、Q4型號(hào)是PC1817或TLP521-1。
[0012]優(yōu)選的，所述控制單元型號(hào)是STC189C151RC1。
[0013]優(yōu)選的，所述電阻R1、R2、R3、R4的阻值分別是300 Ω、10 Ω、2.2ΚΩ、2.2ΚΩ。[0014]優(yōu)選的，所述開(kāi)關(guān)元件是繼電器或開(kāi)關(guān)。
[0015]本發(fā)明還提供串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡方法，包括如下步驟:
S1:電壓檢測(cè)單元監(jiān)測(cè)超級(jí)電容器溫度或其兩端電壓；
52:判斷超級(jí)電容器溫度或其兩端電壓是否超范圍，如超范圍將進(jìn)行步驟S3，如未超范圍，進(jìn)行步驟S4 ；
53:控制單元切斷超級(jí)電容器的供電，控制光耦Q4導(dǎo)通；
54:控制單元判斷光耦Q4當(dāng)前狀態(tài)是否導(dǎo)通，如導(dǎo)通進(jìn)行步驟S5，如未導(dǎo)通進(jìn)行步驟
SI;
55:控制單元恢復(fù)超級(jí)電容器的供電，控制光耦Q4斷開(kāi)。
[0016]通過(guò)上述方案可見(jiàn)，通過(guò)電壓檢測(cè)單元實(shí)時(shí)對(duì)超級(jí)電容器的電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)電壓超過(guò)一定偏差時(shí)發(fā)出指令并隔離傳送到處理器，由處理器通過(guò)預(yù)設(shè)程序進(jìn)行處理；監(jiān)測(cè)串聯(lián)超級(jí)電容器模組中各超級(jí)電容器單體電壓、模組電壓，根據(jù)系統(tǒng)即時(shí)工作電流、環(huán)境溫度分析件所處的工作點(diǎn)，當(dāng)器件工作點(diǎn)偏離正常值時(shí)進(jìn)行旁路、補(bǔ)電等均衡措施，嚴(yán)重時(shí)停機(jī)進(jìn)行所有器件集體均衡，達(dá)到超級(jí)電容器模組中每一個(gè)單體的初始化的目的，能保證器件長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作在正常范圍之內(nèi)。
[0017]【【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】】
圖1阻容均壓的串聯(lián)超級(jí)電容器均衡電路原理圖；
圖2帶放電回路的串聯(lián)超級(jí)電容器均衡電路原理圖；
圖3實(shí)施例一中的串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路原理圖；
圖4實(shí)施例二中的串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路原理圖；
圖5串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡流程圖；
【【具體實(shí)施方式】】
為了使本發(fā)明的技術(shù)方案，技術(shù)效果更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0018]實(shí)施例一:
如圖1，超級(jí)電容器Cl至Cn的容值相同，彼此串聯(lián)，每個(gè)超級(jí)電容器連接有相同的均衡電路。本實(shí)施例中的串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路，包括電阻Rl，R2，R3，R4，電壓檢測(cè)單元，控制單元，N溝道MOS管Ql，NPN型三極管Q2，光耦Q3、Q4。電阻R1、R2的一端分別連接光耦Q3的輸入陽(yáng)極、輸入陰極，另一端均連接超級(jí)電容Cl正極，電阻R3的一端和超級(jí)電容Cl正極連接，另一端連接光耦Q4的輸出集電極，電阻R4的一端連接超級(jí)電容Cl正極，另一端連接NPN型三極管Q2的集電極Cl，電壓檢測(cè)單元的輸入端I管腳、2管腳分別連接超級(jí)電容器Cl的正極、負(fù)極，輸出端3管腳連接N溝道MOS管Ql的柵極G，MOS管Ql的漏極D連接光耦Q3的輸入陽(yáng)極，MOS管Ql的源極S、三極管Q2的發(fā)射極E均連接超級(jí)電容Cl的負(fù)極，三極管Q2的基極B與光耦Q4的輸出發(fā)射極連接，光耦Q3的輸出端、光耦Q4的輸入端均與控制單元連接。同時(shí)在供電端設(shè)有繼電器K，繼電器K和一端控制單元電連接，另一端和超級(jí)電容器Cl連接。本實(shí)施例中的NPN型三極管型號(hào)是SS8050，N溝道MOS管型號(hào)是XP161A1355PR，電壓檢測(cè)單元型號(hào)是XC161AC12702MR，光耦型號(hào)Q3，Q4型號(hào)是PC1817或TLP521-1，控制單元型號(hào)是STC189C151RC1,電阻Rl、R2、R3、R4的阻值分別是300 Ω、10 Ω、
2.2ΚΩ、2.2ΚΩ,超級(jí)電容器Cl的容值10?3000pF。
[0019]電壓檢測(cè)單元的可實(shí)時(shí)采樣超級(jí)電容器Cl的溫度和其兩端的電壓，如溫度或電壓超出超級(jí)電容器Cl的工作溫度、充電電壓額定參數(shù)一個(gè)絕對(duì)值范圍時(shí)，輸出一個(gè)邏輯高電平“I”給MOS管，MOS管導(dǎo)通，超級(jí)電容器Cl，電阻R2，MOS管形成第一放電回路，實(shí)現(xiàn)了均衡超級(jí)電容器電壓的目的，在電荷泄放的過(guò)程中，R2兩端的壓降使光耦Q3中的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，輸出邏輯低電平“O”給控制單元，同時(shí)控制單元控制斷開(kāi)繼電器K，切斷超級(jí)電容器Cl的充電電壓。根據(jù)光I禹Q3的低電平輸出，控制單兀輸出邏輯高電平給光I禹Q4,Q4導(dǎo)通發(fā)光而使三極管Q2飽和導(dǎo)通，超級(jí)電容Cl，R4，三極管Q2形成第二放電回路，也均衡了超級(jí)電容器的電壓，隨著超級(jí)電容兩端的電壓迅速降低，自身溫度也隨之快速降低；當(dāng)?shù)谝环烹娀芈泛偷诙烹娀芈返碾p重作用使超級(jí)電容Cl的溫度或其兩端的電壓降至目標(biāo)范圍后，電壓檢測(cè)單元輸出邏輯低電平信號(hào)給MOS管，MOS管截止，從而光耦Q3也截止，控制單元根據(jù)Q3的高電平輸出，斷開(kāi)光耦Q4，控制繼電器K閉合，恢復(fù)超級(jí)電容器Cl的供電。本實(shí)施例中的繼電器K可以是其他開(kāi)關(guān)元器件，譬如開(kāi)關(guān)。
[0020]任一超級(jí)電容器過(guò)壓時(shí)，控制單元可自動(dòng)控制每個(gè)超級(jí)電容器的單體電壓達(dá)到相同值。
[0021]實(shí)施例二:
如圖4，該實(shí)施例中的N溝道MOS管還可以替換成P溝通MOS管，NPN型三極管還可以替換成PNP型三極管，只需將超級(jí)電容器的正、負(fù)極位置互換，光耦Q3的輸入陽(yáng)極、陰極連接位置互換，光耦Q4的輸出集電極，發(fā)射極連接位置互換，電壓檢測(cè)單元輸出邏輯低電平信號(hào)給MOS管，控制單元輸出邏輯高電平給光耦Q4，同樣可實(shí)現(xiàn)多個(gè)超級(jí)電容器電壓均衡功能，具體工作過(guò)程不再贅述。此實(shí)施例中的PNP型三極管型號(hào)是SS8550，P溝道MOS管型號(hào)是FDZ661PZ，其他元器件型號(hào)參數(shù)與實(shí)施例一中的相同。
[0022]以上所述僅為本專利的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本專利，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本專利可以有各種更改和變化。凡在本專利的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路，包括電阻Rl，R2,R3，R4，電壓檢測(cè)單元，N溝道MOS管Ql，NPN型三極管Q2，光耦Q3，光耦Q4，控制單元，電阻R1、R2的一端分別連接光耦Q3的輸入陽(yáng)極、陰極，另一端均連接超級(jí)電容器的正極，電阻R3的一端連接超級(jí)電容器的正極，另一端連接光耦Q4的輸出集電極，電阻R4的一端連接超級(jí)電容器的正極，另一端連接NPN型三極管Q2的集電極，電壓檢測(cè)單元的輸入端I管腳、2管腳并聯(lián)在超級(jí)電容器的正、負(fù)極之間，輸出端3管腳連接N溝道MOS管Ql的柵極，MOS管Ql的漏極連接光耦Q3的輸入陰極，N溝道MOS管Ql的源極、NPN型三極管Q2的發(fā)射極均連接超級(jí)電容器的負(fù)極，NPN型三極管Q2的基極與光耦Q4的輸出發(fā)射極連接，光耦Q3的輸出端、光耦Q4的輸入端均與控制單元連接； 或者包括電阻Rl，R2，R3，R4，電壓檢測(cè)單元，P溝道MOS管Ql，PNP型三極管Q2，光耦Q3，光耦Q4，控制單元，電阻Rl、R2的一端分別連接光耦Q3的輸入陽(yáng)極、陰極，另一端均連接超級(jí)電容器的負(fù)極，電阻R3的一端連接超級(jí)電容器的負(fù)極，另一端連接光耦Q4的輸出發(fā)射極，電阻R4的一端連接超級(jí)電容器的負(fù)極，另一端連接PNP型三極管Q2的集電極，電壓檢測(cè)單元的輸入端I管腳、2管腳并聯(lián)在超級(jí)電容器的正、負(fù)極之間，輸出端3管腳連接P溝道MOS管Ql的柵極，P溝道MOS管Ql的漏極連接光耦Q3的輸入陽(yáng)極，P溝道MOS管Ql的源極、PNP型三極管Q2的發(fā)射極均連接超級(jí)電容的正極，PNP型三極管Q2的基極與光耦Q4的輸出集電極連接，光耦Q3的輸出端、光耦Q4的輸入端均與控制單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路，其特征在是所述串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路還包括與控制單元、超級(jí)電容器連接的開(kāi)關(guān)元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中的串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路，其特征在是所述NPN型三極管Q2型號(hào)是SS8050或所述PNP型三極管Q2型號(hào)是SS8550。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中的串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路，其特征在是所述N溝道MOS管Ql型號(hào)是XP161A1355PR或所述P溝道MOS管Ql型號(hào)是FDZ661PZ。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中的串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路，其特征在是所述電壓檢測(cè)單元型號(hào)是 XC161AC12702MR。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中的串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路，其特征在是所述光耦Q3、Q4型號(hào)是 PC1817 或 TLP521-1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中的串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路，其特征在是所述控制單元型號(hào)是 STC189C151RC1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中的串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路，其特征在是所述電阻Rl、R2、R3、R4 的阻值分別是 300Ω、10Ω、2.2ΚΩ、2.2ΚΩ。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡電路，其特征是所述開(kāi)關(guān)元件是繼電器或開(kāi)關(guān)。
10.權(quán)利要求1中的串聯(lián)超級(jí)電容器自動(dòng)均衡方法，其特征在于包括如下步驟: S1:電壓檢測(cè)單元監(jiān)測(cè)超級(jí)電容器溫度或其兩端電壓； 52:判斷超級(jí)電容器溫度或其兩端電壓是否超范圍，如超范圍將進(jìn)行步驟S3，如未超范圍，進(jìn)行步驟S4 ； 53:控制單元切斷超級(jí)電容器的供電，控制光耦Q4導(dǎo)通； 54:控制單元判斷光耦Q4當(dāng)前狀態(tài)是否導(dǎo)通，如導(dǎo)通進(jìn)行步驟S5，如未導(dǎo)通進(jìn)行步驟Si；
S5:控制單元恢復(fù) 超級(jí)電容器的供電，控制光耦Q4斷開(kāi)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103904752SQ201410162273
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】汪紅福 申請(qǐng)人:珠海市三川電子科技有限公司