CN103501031B - 一种超级电容充电控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超级电容充电控制电路，包括：输入防反接电路、开关控制电路、充电恒流电路、充电电压检测电路；所述输入防反接电路与所述开关控制电路串联连接，所述开关控制电路与所述充电电压检测电路串联连接，所述充电恒流电路一端与开关控制电路连接、另一端与充电电压检测电路的输出端连接。本发明的恒流和限压的动作机制，是由恒流二极管、稳压二极管的固有物理特性决定的，并不依赖于单片机及其程序的正常运行；本发明不采用常见充电控制电路的线性直流稳压电路，没有线性调整元件带来的电能损耗，实现了较高的电源效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种超级电容充电控制电路，尤其涉及一种能够有效限定充电电流和充电上限电压的电容充电控制电路。
背景技术
超级电容容量大、耐压低，可以大电流充放电，常会配置在电源匮乏的场合，用来储存能量，以驱动大电流、短时工作的负载。超级电容的储能应用，通常要求进行恒定的小电流、长时间充电，当电压到达设计的上限电压时，控制电路能够自动关断充电电路，停止充电，以免超级电容过充损坏。
实现以上控制要求，传统的做法是：输入电源电压先经过一级受单片机控制的线性稳压电源，将电压稳定在超级电容的设计上限电压附近（通常略高于上限电压），再经过一级恒流源电路（通常由三极管或专用芯片为核心构成），对超级电容进行恒流充电；另有电压监测电路（通常是ADC模数转换电路），持续监视超级电容的电压变化并报告给单片机，当电压达到设计上限电压时，由单片机控制关断稳压电源，停止对超级电容充电。
上述常见的充电控制电路存在以下问题：一、高度依赖单片机***软硬件可靠运行，控制复杂，可靠性不高；二、硬件电路复杂，成本偏高；三、在输入电源电压与超级电容设计上限电压相差较大时电源效率不高。
发明内容
本发明的目的就是为了解决以上问题，提出了一种超级电容充电控制电路，该控制电路结构简单、安全可靠、电源效率高，同时不依赖于单片机的正常运行，即使单片机硬件故障或程序跑飞，也不至于因过流、过压而引发灾难性故障。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超级电容充电控制电路，其特征是，包括：输入防反接电路、开关控制电路、充电恒流电路、充电电压检测电路；所述输入防反接电路与所述开关控制电路串联连接，所述开关控制电路与所述充电电压检测电路串联连接，所述充电恒流电路一端与开关控制电路连接、另一端与充电电压检测电路的输出端连接。
开关控制电路的充电使能信号端EN受单片机控制，充电使能信号EN为高电平，开启充电，充电使能信号EN为低电平，停止充电。
当电压上升到设计上限电压时，不管单片机是否正常工作，充电电压检测电路中的稳压二极管都会向开关控制电路提供反馈信号，使开关控制电路关断，停止充电。
所述输入防反接电路包括二级管D1和二极管D2；所述二级管D1的正极与直流电压输入端Vin连接、二级管D1的负极与开关控制电路连接；所述二级管D2的正极接地、负极与所述二级管D1的负极连接。
所述开关控制电路包括场效应管Q1，三极管Q2，电阻R1-R4；所述场效应管Q1的源极S与所述输入防反接电路连接，场效应管Q1的漏极D与所述充电恒流电路连接，场效应管Q1的栅极G分别与电阻R1和电阻R2的一端连接，所述电阻R1的另一端接入场效应管Q1的源极S，所述电阻R2的另一端接入三极管Q2的集电极；电阻R4的一端与来自单片机的使能控制信号EN连接、另一端与三极管Q2的基极连接，电阻R3的一端与三极管Q2的基极连接，另一端接地，三极管Q2的发射极接地、基极与所述充电电压检测电路连接。
所述充电恒流电路包括恒流二极管CRD1；所述恒流二极管CRD1的一端与开关控制电路连接、另一端与充电电压检测电路的输出端连接，所述恒流二极管CRD1同时连接到受控制充电的超级电容。
所述充电电压检测电路包括三极管Q3、电阻R5、电阻R6和稳压二极管DZ3；所述三极管Q3的集电极与开关控制电路连接、发射极接地，所述电阻R5的一端与三极管Q3的基极连接、另一端与稳压二极管DZ3的正极连接，所述电阻R6的一端与三极管Q3的发射极连接、另一端与稳压二极管DZ3的正极连接，所述稳压二极管DZ3的负极与充电电压输出端Vout连接。
本发明的有益效果：
1.本发明可以实现对超级电容充电的控制，同时当充电电压到达上限电压时，如果因某种原因造成单片机工作异常，没有及时将充电使能端置低，电压检测电路仍可以通过向充电开关控制电路提供反馈信号，以可靠地关断充电开关停止充电，以免因过充造成超级电容的损坏。
2.本发明的恒流和限压的动作机制，是由恒流二极管、稳压二极管的固有物理特性决定的，并不依赖于单片机及其程序的正常运行，即使单片机硬件故障或程序跑飞，也不至于因过流、过压而引发灾难性故障。
3.本发明不采用常见充电控制电路的线性直流稳压电路，没有线性调整元件带来的电能损耗，实现了较高的电源效率。
4.本发明电路简单、安全可靠、电源效率高。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种超级电容充电控制电路,包括输入防反接电路、开关控制电路、充电恒流电路、充电电压检测电路。
所述输入防反接电路由二级管D1和二极管D2组成。输入直流电压Vin首先通过输入防反接电路连接到后级的充电开关控制电路。输入直流电压Vin无论通过二极管D1的正极输入，还是通过二极管D2的正极输入，都可以保证正确输入到后级充电开关控制电路的场效应管Q1的源极S，起到了反接保护的作用。
所述开关控制电路包括场效应管Q1，三极管Q2，电阻R1，电阻R2，电阻R3和电阻R4。所述场效应管Q1的源极S与所述输入防反接电路连接，场效应管Q1的漏极D与所述充电恒流电路连接，场效应管Q1的栅极G分别与电阻R1和电阻R2的一端连接，所述电阻R1的另一端接入场效应管Q1的源极S，所述电阻R2的另一端接入三极管Q2的集电极；电阻R4的一端与来自单片机的使能控制信号EN连接、另一端与三极管Q2的基极连接，电阻R3的一端与三极管Q2的基极连接，另一端接地，三极管Q2的发射极接地、基极与所述充电电压检测电路连接。
所述充电恒流电路包括恒流二极管CRD1。恒流二极管CRD1的一端与开关控制电路连接，另一端与充电电压检测电路的输出端连接后接入充电电压输出端Vout，同时连接到受控制充电的超级电容。通过充电恒流电路，可以实现以恒定的电流为超级电容充电。
所述充电电压检测电路，包括三极管Q3，电阻R5，电阻R6，稳压二极管DZ3。充电电压Vout与稳压二极管DZ3的负极连接，DZ3的正极分别于电阻R5和电阻R6的一端连接；电阻R6的另一端接地；电阻R5的另一端与三极管Q3的基极连接；三极管Q3的发射极接地；三极管Q3的集电极分别与电阻R3和电阻R4的公共连接点连接。
开关控制电路的充电使能端EN受单片机控制，充电使能信号EN为高电平，开启充电，充电使能信号EN为低电平，停止充电。
当电压上升到设计上限电压时，电压检测电路向充电开关控制电路提供反馈信号，开关控制电路关断。具体的动作过程是：电压没有达到设计上限压电时，稳压二极管DZ3不导通，相当于开路；电压上升到设计上限电压时，稳压二极管DZ3逆向导通，进入稳压工作状态，DZ3阳极的电压会逐步升高，这个电压经R5加到三极管Q3的基极，使Q3导通，Q3的导通将Q2的基极电压拉低，使Q2和Q1相继关断。因此，当充电电压到达上限电压时，如果因某种原因造成单片机工作异常，没有及时将充电使能端置低，电压检测电路仍可以通过向充电开关控制电路提供反馈信号，关断开关控制电路，停止充电，以免因过充造成超级电容的损坏。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (3)
1.一种超级电容充电控制电路，其特征是，包括：输入防反接电路、开关控制电路、充电恒流电路、充电电压检测电路；所述输入防反接电路与所述开关控制电路串联连接，所述开关控制电路与所述充电电压检测电路串联连接，所述充电恒流电路一端与开关控制电路连接、另一端与充电电压检测电路的输出端连接；开关控制电路的充电使能信号端EN受单片机控制；
当电压上升到设计上限电压时，不管单片机是否正常工作，充电电压检测电路中的稳压二极管都会向开关控制电路提供反馈信号，使开关控制电路关断，停止充电；
所述开关控制电路包括场效应管Q1，三极管Q2，电阻R1-电阻R4；所述场效应管Q1的源极S与所述输入防反接电路连接，场效应管Q1的漏极D与所述充电恒流电路连接，场效应管Q1的栅极G分别与电阻R1和电阻R2的一端连接，所述电阻R1的另一端接入场效应管Q1的源极S，所述电阻R2的另一端接入三极管Q2的集电极；电阻R4的一端与来自单片机的使能控制信号EN连接、另一端与三极管Q2的基极连接，电阻R3的一端与三极管Q2的基极连接，另一端接地，三极管Q2的发射极接地、基极与所述充电电压检测电路连接；
所述输入防反接电路包括二级管D1和二极管D2；所述二级管D1的正极与直流电压输入端Vin连接、二级管D1的负极与开关控制电路连接；所述二级管D2的正极接地、负极与所述二级管D1的负极连接。
2.如权利要求1所述的一种超级电容充电控制电路，其特征是，所述充电恒流电路包括恒流二极管CRD1；所述恒流二极管CRD1的一端与开关控制电路连接、另一端与充电电压检测电路的输出端连接，所述恒流二极管CRD1同时连接到受控制充电的超级电容。
3.如权利要求1所述的一种超级电容充电控制电路，其特征是，所述充电电压检测电路包括三极管Q3、电阻R5、电阻R6和稳压二极管DZ3；所述三极管Q3的集电极与开关控制电路连接、发射极接地，所述电阻R5的一端与三极管Q3的基极连接、另一端与稳压二极管DZ3的正极连接，所述电阻R6的一端与三极管Q3的发射极连接、另一端与稳压二极管DZ3的正极连接，所述稳压二极管DZ3的负极与充电电压输出端Vout连接。
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