CN117674396A - 一种基于超级电容的不间断电源*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超级电容的不间断电源***，属于不间断电源技术领域，包括供电电路和微控制单元，供电电路与微控制单元连接且用于为微控制单元供电，还包括：超级电容组，超级电容组并接到供电电路且与供电电路之间设置有开关；超级电容控制电路，超级电容控制电路的输入端与微控制单元连接且输出端与开关连接；超级电容控制电路用于接收微控制单元发送的信号以控制开关闭合或断开。本发明的基于超级电容的不间断电源***，采用超级电容代替蓄电池作为储能单元，有效改善传统不间断电源的不足，大大提高不间断电源的性能。

Description

一种基于超级电容的不间断电源***

技术领域

本发明属于不间断电源技术领域，特别涉及一种基于超级电容的不间断电源***。

背景技术

在各种不间断供电电源（Uninterruptible Power Supply, UPS）***中，现有技术一般采用可反复充电蓄电池作为直流电源的后备供电电源。当供电电压瞬时跌落时，蓄电池能够为负载***在短时间内（一般为几秒钟）提供稳定供电电能。

然而由于充电蓄电池存在使用寿命较短、需定期维护、运行环境温度敏感等缺点，导致使用蓄电池的不间断电源需要时刻监控电池运行状态，且不能进行大电流充放，同时还要避免引入感性负载等，大大局限了不间断电源的性能。

因此，现有技术有待改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于超级电容的不间断电源***，采用超级电容代替蓄电池作为储能单元，有效改善传统不间断电源的不足，大大提高不间断电源的性能。

第一方面，本发明提供一种基于超级电容的不间断电源***，包括供电电路和微控制单元，所述供电电路与所述微控制单元连接且用于为所述微控制单元供电，还包括：

超级电容组，所述超级电容组并接到所述供电电路且与所述供电电路之间设置有开关；

超级电容控制电路，所述超级电容控制电路的输入端与所述微控制单元连接且输出端与所述开关连接；所述超级电容控制电路用于接收所述微控制单元发送的信号以控制所述开关闭合或断开。

本发明提供的基于超级电容的不间断电源***，超级电容作为储能单元能够更好地克服传统采用蓄电池的不间断电源的不足，达到提高不间断电源性能的效果。

进一步的，还包括第一升降压电路，所述第一升降压电路设置在所述供电电路上，所述第一升降压电路的输入端与电源连接且输出端与所述微控制单元电连接；

所述第一升降压电路的输出端还通过从所述供电电路分岔出的供电支路与所述超级电容组的输入端连接。

通过设置第一升降压电路使得不间断电源***能够搭配多种电源进行使用，大大提高不间断电源***的适用性。

进一步的，所述第一升降压电路的输出端与所述供电电路的分岔口之间设置有第一二极管；所述第一二极管用于防止电流倒灌至所述第一升降压电路中。

第一二极管能够避免超级电容组放电时电流流入电源导致电源烧毁。

进一步的，还包括第二升降压电路，所述第二升降压电路设置在所述供电电路上且位于所述供电电路的分岔口与所述微控制单元之间，所述第二升降压电路的输入端与所述第一升降压电路的输出端电连接且输出端与所述微控制单元连接；

所述超级电容组的输出端通过所述开关与所述第二升降压电路连接。

通过设置第二升降压电路使得不间断电源***能够搭配多种微控制单元进行使用，进一步提高不间断电源***的适用性。

进一步的，所述超级电容组的输出端与所述开关之间设置有第二二极管；所述第二二极管用于防止电流倒灌至所述超级电容组中。

进一步的，所述超级电容组的输入端与所述供电电路之间设置有第一电阻；所述第一电阻用于限制流入所述超级电容组的电流以使所述超级电容组在恒流状态下充电。

进一步的，所述超级电容组包括1个超级电容。

进一步的，所述超级电容组包括多个超级电容，多个所述超级电容分为多个区块，每个所述区块包括至少1个所述超级电容，相邻两个所述区块相互并接。

进一步的，每个所述区块包括多个所述超级电容，同一区块中的多个所述超级电容相互串接。

进一步的，每个所述超级电容均并接有对应的一个第二电阻。

由上可知，本发明的基于超级电容的不间断电源***中，由于超级电容不仅具备传统化学电池应有的电荷储能功能，还具有优异的放电性能，例如容量大、能源转换效率高、抗干扰能力强、允许大电流充放等，因此超级电容相比于传统的蓄电池更加稳定可靠，以超级电容代替蓄电池作为不间断电源的储能单元，能够大大提升不间断电源的性能。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于超级电容的不间断电源***的结构示意图。

图2为本发明实施例中其中一种超级电容组的结构示意图。

图3为发明实实施例提供的一种基于超级电容的不间断电源***的工作流程图。

标号说明：

U1、微控制单元；C1、超级电容组；S1、开关；100、超级电容控制电路；200、第一升降压电路；D1、第一二极管；300、第二升降压电路；D2、第二二极管；R1、第一电阻；Cx、第一超级电容；Cy、第二超级电容；Cz、第三超级电容；Co、第四超级电容；Cp、第五超级电容；Cq、第六超级电容；Rx、第三电阻；Ry、第四电阻；Rz、第五电阻；Ro、第六电阻；Rp、第七电阻；Rq、第八电阻；Vin、电源输出电压；Vc、超级电容组C1的额定电压；Vout、微控制单元U1的额定电压。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

参考附图1，本发明一种基于超级电容的不间断电源***，包括供电电路和微控制单元U1（即MCU），供电电路与微控制单元U1连接且用于为微控制单元U1供电，还包括：

超级电容组C1，超级电容组C1并接到供电电路且与供电电路之间设置有开关S1；

超级电容控制电路100，超级电容控制电路100的输入端与微控制单元U1连接且输出端与开关S1连接；超级电容控制电路100用于接收微控制单元U1发送的信号以控制开关S1闭合或断开。

本实施例中，在实际应用时，供电电路为微控制单元U1供电使微控制单元U1正常工作，同时也为超级电容组C1供电使超级电容组C1充电，当供电电路出现异常（例如意外掉电、出现波动等）导致其无法正常为微控制单元U1供电时，超级电容组C1作为备用电源通过放电为微控制单元U1正常供电，由于超级电容组C1具有一定容值，作为储能单元能够存储一定电量，因此微控制单元U1能够在一段时间内维持正常工作状态，而微控制单元U1检测到供电电路掉电时，将会在超级电容组C1能量耗尽前执行预设操作（例如保存数据），当微控制单元U1执行预设操作后，再通过向超级电容控制电路100发送信号，以控制开关S1断开，从而切断超级电容组C1的供电回路，进而控制微控制单元U1的关机。有效避免因供电异常导致微控制单元U1数据丢失；进一步的，由于超级电容组C1寿命长且抗干扰能力强，使其具有足够的可靠性，因此在供电电路出现异常时能够为微控制单元U1提供稳定供电；进一步的，超级电容组C1容量大，使得微控制单元U1拥有足够的时间执行预设操作，确保不间断电源***稳定运行；进一步的超级电容组C1允许大电流充放，进而达到充电时间短且能源转换效率高的效果。

同理，当供电电路重新为微控制单元U1供电时，微控制单元U1向超级电容控制电路100发送信号，以控制开关S1闭合，从而使超级电容组C1接入供电电路进行充电。

在某些实施例中，参考附图1，基于超级电容的不间断电源***还包括第一升降压电路200，第一升降压电路200设置在供电电路上，第一升降压电路200的输入端与电源连接且输出端与微控制单元U1电连接；

第一升降压电路200的输出端还通过从供电电路分岔出的供电支路与超级电容组C1的输入端连接。

在实际应用时，不同的电源作为前级供电***会有不同的输出电压，例如5V、12V、24V和48V等，本实施例通过设置第一升降压电路200调控电源输出电压，使得输出电压符合微控制单元U1和超级电容组C1正常工作的额定电压，有利于避免过低电压无法正常驱动微控制单元U1和超级电容组C1，或过高电压导致微控制单元U1和超级电容组C1烧损。

具体的，第一升降压电路200具有升压和降压两种功能，两种功能能够切换使用。例如电源输出电压为Vin，微控制单元U1的额定电压为Vout，超级电容组C1的额定电压为Vc；当Vin>Vout=Vc时，控制第一升降压电路200切换到降压，由此降低电源输出电压；同理，当Vin<Vout=Vc时，控制第一升降压电路200切换到升压，由此提高电源输出电压。通过设置第一升降压电路200使得不间断电源***能够搭配多种电源进行使用，大大提高不间断电源***的适用性。

在某些实施例中，参考附图1，第一升降压电路200的输出端与供电电路的分岔口之间设置有第一二极管D1；第一二极管D1用于防止电流倒灌至第一升降压电路200中，当供电电路掉电后，第一二极管D1能够避免超级电容组C1放电时电流流入电源导致电源烧毁。

在某些实施例中，参考附图1，基于超级电容的不间断电源***还包括第二升降压电路300，第二升降压电路300设置在供电电路上且位于供电电路的分岔口与微控制单元U1之间，第二升降压电路300的输入端与第一升降压电路200的输出端电连接且输出端与微控制单元U1连接；

超级电容组C1的输出端通过开关S1与第二升降压电路300连接。

在实际应用时，不同的微控制单元U1会有不同的额定电压，例如5V、12V、24V和48V等，本实施例通过设置第二升降压电路300调控微控制单元U1的输入电压，使得输入电压符合微控制单元U1正常工作的额定电压，有利于避免低电压无法正常驱动微控制单元U1，或过高电压导致微控制单元U1烧损。

具体的，第二升降压电路300具有升压和降压两种功能，两种功能能够切换使用。结合第一升降压电路200使用时，当Vin>Vc>Vout时，控制第一升降压电路200和第二升降压电路300均切换到降压，由此将电源输出电压降低至超级电容组C1的额定电压，使得超级电容组C1正常工作，而无论是供电电路还是超级电容组C1为微控制单元U1供电，都经过第二升降压电路300再次降压至微控制单元U1的额定电压，使得微控制单元U1正常工作；同理，当Vin>Vout>Vc时，控制第一升降压电路200切换到降压且第二升降压电路300切换到升压；当Vout>Vin>Vc时，控制第一升降压电路200切换到降压且第二升降压电路300切换到升压；当Vout>Vc>Vin时，控制第一升降压电路200和第二升降压电路300均切换到升压；当Vc>Vout>Vin时，控制第一升降压电路200切换到升压且第二升降压电路300切换到降压；通过设置第二升降压电路300使得不间断电源***能够搭配多种微控制单元U1进行使用，进一步提高不间断电源***的适用性。

进一步的，参考附图3，以Vin>Vc>Vout为例（其它情况类似，在此不再赘述）对本实施例的不间断电源***的工作流程进行如下说明：

Vin接入第一升降压电路200后，判断Vin>Vc，则控制第一升降压电路200切换成降压，此时第一升降压电路200输出Vc为超级电容组充电（开关S1正常情况下为闭合状态）；Vc接入第二升降压电路300后，判断Vc>Vout，则控制第二升降压电路300切换成降压，此时第二升降压电路300输出Vout为MCU供电；当MCU检测到供电电路掉电时，超级电容组开始为MCU放电，超级电容组输出Vc并通过第二升降压电路300降压为Vout，使得MCU维持正常供电并进行数据保存，待数据保存完毕后，MCU向超级电容控制电路100发送信号控制开关S1断开，超级电容组停止放电，MCU关机。

在某些实施例中，参考附图1，超级电容组C1的输出端与开关S1之间设置有第二二极管D2；第二二极管D2用于防止电流倒灌至超级电容组C1中，当供电电路掉电后，第二二极管D2能够限制超级电容组C1放电时的电流流向，确保超级电容组C1能够正常为微控制单元U1供电。

在某些实施例中，参考附图1，超级电容组C1的输入端与供电电路之间设置有第一电阻R1；第一电阻R1用于限制流入超级电容组C1的电流以使超级电容组C1在恒流状态下充电，设置第一电阻R1能够使超级电容组C1可以在恒流模式下进行充电，确保超级电容组C1充电过程稳定且安全。

在某些实施例中，超级电容组C1包括1个超级电容。

在某些实施例中，参考附图2，超级电容组C1包括多个超级电容，多个超级电容分为多个区块，每个区块包括至少1个超级电容，相邻两个区块相互并接。

在实际应用时，不同的应用场景下微控制单元U1执行预设操作所需的时间不同，同时对超级电容组C1的耐压要求也不同，因此本实施例通过多个超级电容的组合，构成不同容值和不同耐压值的超级电容组C1，以此满足实际需求。

进一步的，参考附图2，每个区块包括多个超级电容，同一区块中的多个超级电容相互串接。

例如，超级电容并接的数量越多则超级电容组C1的容值越大，超级电容组C1能够存储更多能量因此能够延长放电时长，以此满足不同微控制单元U1执行预设操作所需的时间。

又例如，超级电容串接的数量越多则超级电容组C1的工作电压越大，进而提升了超级电容组C1的耐压值，以此满足不同耐压要求。

进一步的，参考附图2，每个超级电容均并接有对应的一个第二电阻，设置第二电阻能够使每个超级电容都尽可能均衡地进行充电。

具体的，超级电容组C1包括6个超级电容，分别为第一超级电容Cx、第二超级电容Cy、第三超级电容Cz、第四超级电容Co、第五超级电容Cp和第六超级电容Cq；

其中第一超级电容Cx、第二超级电容Cy和第三超级电容Cz串接构成第一区块，且第一超级电容Cx上并接有第三电阻Rx，第二超级电容Cy上并接有第四电阻Ry，第三超级电容Cz上并接有第五电阻Rz；第四超级电容Co、第五超级电容Cp和第六超级电容Cq串接构成第二区块，且第四超级电容Co上并接有第六电阻Ro，第五超级电容Cp上并接有第七电阻Rp，第六超级电容Cq上并接有第八电阻Rq；第一区块和第二区块并接。

需要说明的是，上述第三电阻Rx、第四电阻Ry、第五电阻Rz、第六电阻Ro、第七电阻Rp和第八电阻Rq均属于上述的第二电阻。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于超级电容的不间断电源***，包括供电电路和微控制单元，所述供电电路与所述微控制单元连接且用于为所述微控制单元供电，其特征在于，还包括：

超级电容组，所述超级电容组并接到所述供电电路且与所述供电电路之间设置有开关；

超级电容控制电路（100），所述超级电容控制电路（100）的输入端与所述微控制单元连接且输出端与所述开关连接；所述超级电容控制电路（100）用于接收所述微控制单元发送的信号以控制所述开关闭合或断开。

2.根据权利要求1所述的基于超级电容的不间断电源***，其特征在于，还包括第一升降压电路（200），所述第一升降压电路（200）设置在所述供电电路上，所述第一升降压电路（200）的输入端与电源连接且输出端与所述微控制单元电连接；

所述第一升降压电路（200）的输出端还通过从所述供电电路分岔出的供电支路与所述超级电容组的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的基于超级电容的不间断电源***，其特征在于，所述第一升降压电路（200）的输出端与所述供电电路的分岔口之间设置有第一二极管；所述第一二极管用于防止电流倒灌至所述第一升降压电路（200）中。

4.根据权利要求2所述的基于超级电容的不间断电源***，其特征在于，还包括第二升降压电路（300），所述第二升降压电路（300）设置在所述供电电路上且位于所述供电电路的分岔口与所述微控制单元之间，所述第二升降压电路（300）的输入端与所述第一升降压电路（200）的输出端电连接且输出端与所述微控制单元连接；

所述超级电容组的输出端通过所述开关与所述第二升降压电路（300）连接。

5.根据权利要求4所述的基于超级电容的不间断电源***，其特征在于，所述超级电容组的输出端与所述开关之间设置有第二二极管；所述第二二极管用于防止电流倒灌至所述超级电容组中。

6.根据权利要求1所述的基于超级电容的不间断电源***，其特征在于，所述超级电容组的输入端与所述供电电路之间设置有第一电阻；所述第一电阻用于限制流入所述超级电容组的电流以使所述超级电容组在恒流状态下充电。

7.根据权利要求1所述的基于超级电容的不间断电源***，其特征在于，所述超级电容组包括1个超级电容。

8.根据权利要求1所述的基于超级电容的不间断电源***，其特征在于，所述超级电容组包括多个超级电容，多个所述超级电容分为多个区块，每个所述区块包括至少1个所述超级电容，相邻两个所述区块相互并接。

9.根据权利要求8所述的基于超级电容的不间断电源***，其特征在于，每个所述区块包括多个所述超级电容，同一区块中的多个所述超级电容相互串接。

10.根据权利要求7、8或9所述的基于超级电容的不间断电源***，其特征在于，每个所述超级电容均并接有对应的一个第二电阻。