超級(jí)電容高效充電器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超級(jí)電容器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容高效充電器。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器也稱(chēng)為“雙電層電容器”，是基于雙電層原理工作的，兼具普通電容器的高功率密度和蓄電池的高能量密度的電容器。隨著納米碳材料和電極制作技術(shù)的進(jìn)步，超級(jí)電容器的性能不斷改善，尤其是能量密度有了較大提高，具有實(shí)現(xiàn)大容量電力儲(chǔ)能，替代蓄電池的發(fā)展?jié)摿?。超?jí)電容器屬于物理儲(chǔ)能器件，其充、放電過(guò)程實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)電離子在電極上的吸附和脫附過(guò)程，充電后到電離子有序排列，放電后重新回到無(wú)序狀態(tài)。電極材料巨大的表面積使得這一過(guò)程沒(méi)有太多障礙，理論上其充放電電流不受限制，因而具有很高的功率密度和充放電效率。而且，制造超級(jí)電容器的材料不含重金屬，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。
[0003]超級(jí)電容器與蓄電池不同，它可以被放電到電壓為0。在運(yùn)輸過(guò)程中，超級(jí)電容器也是無(wú)儲(chǔ)能的狀態(tài)。這就要求其充電器必須能夠從零電壓開(kāi)始充電，保持電流恒定。
[0004]目前，還沒(méi)有能夠非常有效的為超級(jí)電容充電的充電器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種能夠非常有效的為超級(jí)電容充電的超級(jí)電容高效充電器。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種超級(jí)電容高效充電器，包括:單片機(jī)、直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器、M0S晶體管、續(xù)流二極管、以及儲(chǔ)能電感器；其中，直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器用于將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成低壓以提供給單片機(jī)；單片機(jī)的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換連接M0S晶體管的門(mén)極。M0S晶體管、電感器、續(xù)流二極管構(gòu)成BUCK電路。
[0007]優(yōu)選地，單片機(jī)連接直流對(duì)直流母線正極電壓和超級(jí)電容器電壓進(jìn)行采樣，并且根據(jù)采樣到的直流母線電壓值和超級(jí)電容器電壓值以及電路參數(shù)進(jìn)行計(jì)算以提供脈沖寬度調(diào)制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)M0S管。
[0008]優(yōu)選地，電路參數(shù)包括儲(chǔ)能電感器的電感值、二極管的正向?qū)▔航怠?br>[0009]優(yōu)選地，所述超級(jí)電容高效充電器還包括:顯示器，用于顯示充電器的工作狀態(tài)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]結(jié)合附圖，并通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述，將會(huì)更容易地對(duì)本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中:
[0011]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的超級(jí)電容高效充電器的框圖。
[0012]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的超級(jí)電容高效充電器的仿真結(jié)果。
[0013]需要說(shuō)明的是，附圖用于說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類(lèi)似的元件標(biāo)有相同或者類(lèi)似的標(biāo)號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0015]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的超級(jí)電容高效充電器的框圖。
[0016]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的超級(jí)電容高效充電器包括:單片機(jī)10、直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器20、M0S晶體管Q1、二極管D1、二極管D2以及儲(chǔ)能電感器30。
[0017]其中，直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器20用于將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成低壓以提供給單片機(jī)10 ;單片機(jī)10的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換連接M0S晶體管Q1的門(mén)極。M0S晶體管Q1、儲(chǔ)能電感器30、續(xù)流二極管D1構(gòu)成BUCK電路。
[0018]其中，直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器20用于將直流母線51和53提供的電壓轉(zhuǎn)換成低壓以提供給單片機(jī)10 ;單片機(jī)10的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)過(guò)電平轉(zhuǎn)換連接M0S晶體管的門(mén)極。二極管D1是續(xù)流二極管，二極管D2用于防止超級(jí)電容放電時(shí)電流流過(guò)Q1。
[0019]單片機(jī)10對(duì)直流母線電壓和超級(jí)電容器電壓進(jìn)行采樣，并且根據(jù)采樣到的直流母線電壓值和超級(jí)電容器電壓值以及電路參數(shù)(具體地，電路參數(shù)包括儲(chǔ)能電感器30電感值、二極管D1的正向?qū)▔航岛投O管D2的正向?qū)▔航?進(jìn)行計(jì)算以提供脈沖寬度調(diào)制信號(hào)(PWM)來(lái)驅(qū)動(dòng)M0S管Q1。
[0020]具體地，單片機(jī)10以直流母線電壓值和超級(jí)電容器電壓值以及電路參數(shù)為已知量，充電電流平均值為目標(biāo)量，根據(jù)開(kāi)關(guān)電源的原理，計(jì)算出作為開(kāi)關(guān)管的Q1的開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間。充電過(guò)程中超級(jí)電容器電壓是變化的，所以要實(shí)時(shí)計(jì)算，實(shí)時(shí)調(diào)整。
[0021]直流電壓經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆謮弘娮柽B接單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換端口，單片機(jī)就可以采樣對(duì)應(yīng)的電壓。
[0022]在上述電路結(jié)構(gòu)中，二極管D2的作用是能夠防止放電電流流過(guò)續(xù)流M0S管Q1，起到保護(hù)Q1的作用。
[0023]儲(chǔ)能電感器30能夠起到平滑電流的作用。
[0024]充電器的主體結(jié)構(gòu)是一個(gè)異構(gòu)的BUCK變換器。M0S晶體管Q1工作在開(kāi)關(guān)模式。單片機(jī)實(shí)時(shí)采樣直流母線電壓、超級(jí)電容器電壓，根據(jù)這兩個(gè)電壓和電路參數(shù)計(jì)算出續(xù)流Q1的開(kāi)通時(shí)間和開(kāi)關(guān)周期(換言之，計(jì)算沖寬度調(diào)制信號(hào)的占空和周期)，可以使得電感電流處于“臨界連續(xù)”狀態(tài)，即:每次Q1開(kāi)通，電流都是從0開(kāi)始上升，使充電電流保持恒定。這樣就避免了續(xù)流二極管Q1的反向恢復(fù)噪聲，減小了開(kāi)關(guān)損耗，提高了效率。同時(shí)，單片機(jī)中的計(jì)算得到的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)保證了超級(jí)電容器的電壓在很寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒定電流充電。
[0025]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的超級(jí)電容高效充電器的仿真結(jié)果。圖2的橫軸表示超級(jí)電容器電壓(單位:V)，左邊縱軸表示充電電流(單位:A)，右邊縱軸表示續(xù)流二極管Q1的開(kāi)通時(shí)間及開(kāi)通時(shí)間(單位:us)。其中示出了在直流母線電壓330V的情況下，超級(jí)電容器電壓在25V到305V的范圍內(nèi)電流恒定，保持充電電流在10A。
[0026]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超級(jí)電容高效充電器，其特征在于包括:單片機(jī)、直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器、MOS晶體管、續(xù)流二極管、以及儲(chǔ)能電感器；其中，直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器用于將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成低壓以提供給單片機(jī)；單片機(jī)的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換連接MOS晶體管的門(mén)極；MOS晶體管、電感器、續(xù)流二極管構(gòu)成BUCK電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容高效充電器，其特征在于，單片機(jī)對(duì)直流母線電壓和超級(jí)電容器電壓進(jìn)行采樣，并且根據(jù)采樣到的直流母線電壓值和超級(jí)電容器電壓值以及電路參數(shù)進(jìn)行計(jì)算以提供脈沖寬度調(diào)制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS管。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超級(jí)電容高效充電器，其特征在于，電路參數(shù)包括儲(chǔ)能電感器的電感值、二極管的正向?qū)▔航怠?.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超級(jí)電容高效充電器，其特征在于還包括:顯示器，用于顯示充電器的工作狀態(tài)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種超級(jí)電容高效充電器，包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器、MOS晶體管、續(xù)流二極管、以及儲(chǔ)能電感器；其中，直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器用于將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成低壓以提供給單片機(jī)；單片機(jī)的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換連接MOS晶體管的門(mén)極。MOS晶體管、電感器、續(xù)流二極管構(gòu)成BUCK電路。
【IPC分類(lèi)】H02J7/34
【公開(kāi)號(hào)】CN105406574
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510976873
【發(fā)明人】關(guān)通, 曹清, 吳福永, 秦駿, 何寧, 劉國(guó)慶, 楊培和, 袁博
【申請(qǐng)人】無(wú)錫江南計(jì)算技術(shù)研究所
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年12月23日