CN204304479U - 超级电容充电宝 - Google Patents

Abstract

一种超级电容充电宝，包括：第一整流电路、能量控制电路、整流输出电路、超级电容器、放电控制电路、及电池；所述第一整流电路的输入端接交流输入电压，所述第一整流电路的输出端接能量控制电路的第一输入端，所述能量控制电路的第一输出端连接所述整流输出电路的输入端，所述整流输出电路的输出端与超级电容器的输入端连接；所述超级电容器的输出端与放电控制电路的输入端连接，所述放电控制电路的输出端与电池连接。利用本实用新型可实现快速充电。

Description

超级电容充电宝

技术领域

本实用新型涉及一种充电技术，尤其是一种超级电容充电宝。

背景技术

随着当今电子技术的发展，MP3、MP4、手机、掌上电脑等数码产品更新换代速度极其快速，层出不穷。特别是手机作为使用最为普遍的消费品之一，由于大屏幕的手机可视性和娱乐性得到大大提高，因此其屏幕不断地向大屏甚至超大屏发展。屏幕的不断增大使得手机的耗电量成倍增加，然而电池的电量却无法成倍的增加，导致手机的使用时间缩短，给用户带来工作和生活上的不便和麻烦。针对这样的情况，专门用来给手机等电子产品充电的充电宝应运而生。

现有的充电宝都是采用电池来蓄能，而为了限制电池在充电过程的发热量，以保证安全性以及使用寿命，在对电池进行充电时要严格控制充电电流。根据电池容量的不同，其充电时间从8-10小时不等。存在充电时间太长的缺陷，用户要充满一次电携带外出要等待很长时间，导致时间的浪费，给用户带来很多的不方便。

实用新型内容

鉴于以上内容，本实用新型提出一种新的超级电容充电宝，采用超级电容器作为蓄能介质，构成超级电容蓄能结构，通过能量控制电路进行大电流快速充电，具有充电速度极快、时间极短和效率高的优点。

所述超级电容充电宝包括：第一整流电路、能量控制电路、整流输出电路、超级电容器、放电控制电路、及电池；所述第一整流电路的输入端接交流输入电压，所述第一整流电路的输出端接能量控制电路的第一输入端，所述能量控制电路的第一输出端连接所述整流输出电路的输入端，所述整流输出电路的输出端与超级电容器的输入端连接；所述超级电容器的输出端与放电控制电路的输入端连接，所述放电控制电路的输出端与电池连接，其中，当与该超级电容充电宝连接的外部设备的电压值小于第一预设阀值时，所述放电控制电路控制超级电容器对该外部设备进行放电，当该外部设备的电压值大于或等于第一预设阀值时，所述放电控制电路控制超级电容器对电池进行充电或停止放电。

进一步地，所述放电控制电路包括：第一开关、第二开关、第三开关、电压检测电路、及第二整流电路；所述第一开关与电压检测电路和第二整流电路连接，所述电压检测电路与第二开关及第三开关连接，所述第二整流电路与第二开关及第三开关连接；所述电压检测电路用于检测外部设备的电压值，得到第一检测电压值，检测电池的电压值，得到第二检测电压值，并根据该第一检测电压值和第二检测电压值的大小，产生相应的放电信号控制信号。

进一步地，所述放电控制信号包括第一控制信号、第二控制信号、和第三控制信号；如果该第一检测电压值小于第一预设阀值，则电压检测电路产生第一控制信号，控制第一开关和第三开关接通、第二开关断开，并控制超级电容器依次通过第一开关、第二整流电路、第三开关对该外部设备进行放电；如果该第一检测电压值大于或等于第一预设阀值、且该第二检测电压值小于第二预设阀值，则电压检测电路产生第二控制信号，控制第一开关和第二开关接通、第三开关断开，并控制超级电容器依次通过第一开关、第二整流电路、第二开关对电池进行充电；如果该第一检测电压值大于或等于第一预设阀值、且该第二检测电压值大于或等于第二预设阀值，则电压检测电路产生第三控制信号，控制第一开关、第二开关、和第三开关断开，超级电容器停止放电。

进一步地，该超级电容充电宝还包括一个保护电路，所述保护电路包括：信息反馈回路、恒功率控制回路和输出控制回路；所述信息反馈回路的第一输入端与超级电容器的输入端连接、所述信息反馈回路的第二输入端与能量控制电路的主变压器控制回路的第二输出端连接、所述信息反馈回路的输出端连接恒功率控制回路的输入端；所述恒功率控制回路的第一输出端连接能量控制电路的功率调节回路的输入端，所述恒功率控制回路的第二输出端连接所述输出控制回路的输入端；所述输出控制回路的输出端连接到能量控制电路的主变压器控制回路的第二输入端。

进一步地，该超级电容充电宝还包括一个DC/DC限制电路，所述DC/DC限制电路的输入端连接直流输入电压，所述DC/DC限制电路的输出端与所述超级电容器的输入端连接。

进一步地，所述交流输入电压通过能量控制电路对超级电容器充电，所述直流输入电压通过DC/DC限制电路对超级电容器充电。

进一步地，所述交流输入电压通过能量控制电路对超级电容器的充电电流优选为400A，所述直流输入电压通过DC/DC限制电路对超级电容器的充电电流优选为1A。

进一步地，该超级电容充电宝还包括一个稳压输出电路，该稳压输出电路的输入端与电池的连接脚连接。

相较于现有技术，本实用新型设计的超级电容充电宝采用超级电容器作为蓄能介质，构成超级电容蓄能结构，通过能量控制电路进行大电流快速充电，具有充电速度极快、时间极短和效率高的优点。

另外，本实用新型在对超级电容器进行充电时采用了交流输入电压和直流输入电压两种方式，在交流输入电压充电时，充电电流可达400A以上，1分钟内可充满。在直流输入电压充电时，充电电流则控制在1A左右，但其在60～80分钟内也可快速充满。两种充电方式可以同时进行，互不影响，方便了用户进行充电使用。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例中超级电容充电宝的结构示意图；

图2是图1中能量控制电路的结构示意图；

图3是图1中保护电路的结构示意图；

图4是图1中放电控制电路的结构示意图；

图5是本实用新型第二实施例中超级电容充电宝的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，在第一实施例中，本实用新型的超级电容充电宝2包括，但不限于，第一整流电路21、能量控制电路22、整流输出电路23、超级电容器24、DC/DC限制电路25、保护电路26、放电控制电路27、及电池28。其中，所述第一整流电路21的输入端接交流输入电压（如市电），所述第一整流电路21的输出端接能量控制电路22的第一输入端，所述能量控制电路22的第一输出端接所述整流输出电路23的输入端，所述整流输出电路23的输出端与超级电容器24的输入端（如连接脚）连接，形成交流输入充电结构，即对超级电容器24的充电结构。其中，所述超级电容器24可以是法拉电容器。

进一步地，所述DC/DC限制电路25的输入端连接直流输入电压（如USB端口电压），所述DC/DC限制电路25的输出端与超级电容器24的输入端连接，构成直流输入充电结构。

进一步地，所述保护电路26的第一输入端与超级电容器24的输入端连接，所述保护电路26的第二输入端连接能量控制电路22的第二输出端（如反馈输出端），所述保护电路26的输出端与能量控制电路22的第二输入端（如控制输入端）连接，构成对能量控制电路22的反馈保护结构。

进一步地，所述超级电容器24的输出端与放电控制电路27的输入端连接，所述放电控制电路27的输出端与电池28连接，关于放电控制电路27的具体结构图参阅图4的描述。在第一实施例中，所述放电控制电路27用于根据外部设备（如手机）和电池28的电压大小，控制超级电容器24对外部设备进行放电操作，或者控制超级电容器24对电池28进行充电。较佳实施方式中，超级电容器24的输入端和输出端可以为相同的接口。

在第一实施例中，所述能量控制电路22可以采用常规的能量调制器及其控制电路，举例而言，所述能量控制电路22包括，但不限于，高频脉冲振荡回路221、功率调节回路222和主变压器控制回路223。其中，高频脉冲振荡回路221的输入端连接第一整流电路21的输出端，功率调节回路222的输入端连接高频脉冲振荡回路221的输出端、功率调节回路222的输出端连接主变压器控制回路223的第一输入端，主变压器控制回路223的第一输出端作为能量控制电路22的第一输出端连接整流输出电路23，并进一步与超级电容器24连接，构成对超级电容器24的交流输入充电结构。

所述主变压器控制回路223的第二输出端与保护电路26的第二输入端连接，所述保护电路26的输出端连接主变压器控制回路223的第二输入端，构成对交流输入充电结构的反馈保护结构。通过高频脉冲振荡电路221可以将第一整流电路21输出的直流电压转变成高频脉冲，再通过功率调节电路222和主变压器控制回路223的控制，实现对输出电压和电流大小的控制，达到对超级电容器24的快速充电。

进一步地，为了使在交流输入充电模式下，保护能量控制电路22的正常工作，第一实施例中设置了保护电路26。所述保护电路26可以采用常规的过流保护电路、过压保护电路等，举例而言，所述保护电路26包括，但不限于，信息反馈回路261、恒功率控制回路262和输出控制回路263。其中，信息反馈回路261的第一输入端与超级电容器24的输入端连接、信息反馈回路261的第二输入端与能量控制电路22的主变压器控制回路223的第二输出端连接、信息反馈回路261的输出端连接恒功率控制回路262的输入端。恒功率控制回路262的第一输出端连接能量控制电路22的功率调节回路222的输入端，形成检测恒功率调节结构。

所述输出控制回路263的输入端与恒功率控制回路262的第二输出端连接、所述输出控制回路263的输出端连接到能量控制电路22的主变压器控制回路223的第二输入端（如控制输入端），构成对能量控制电路22和超级电容器24的反馈控制保护结构。在其他实施例中，所述保护电路26也可以去除。

进一步地，所述超级电容器24的输出端连接放电控制电路27，所述放电控制电路27用于根据外部设备（如手机）的电压大小，控制超级电容器24对外部设备进行放电操作，或者控制超级电容器24对电池28进行充电。参阅图4所示，所述放电控制电路27包括，但不限于，第一开关271、第二开关272、第三开关273、电压检测电路274、及第二整流电路275。所述第一开关271与电压检测电路274和第二整流电路275连接，所述电压检测电路274进一步与第二开关272及第三开关273连接，所述第二整流电路272进一步与第二开关272及第三开关273连接。进一步地，第一开关271连接至超级电容器24，所述第二开关272连接至电池28，所述第三开关273连接至外部设备30，例如，该外部设备30为手机。需要说明的是，图4只是对放电控制电路27的示意性描述。本领域技术人员可以了解，该放电控制电路27还可以包括其它必要的元件，如整流输出电路等，在此不再赘述。

所述电压检测电路274用于检测外部设备30的电压值，得到第一检测电压值，并检测电池28的电压值，得到第二检测电压值，并根据该第一检测电压值和第二检测电压值的大小，产生相应的放电信号控制信号。在第一实施例中，所述放电控制信号包括第一控制信号、第二控制信号、和第三控制信号。

具体而言，如果该第一检测电压值小于第一预设阀值（如4伏特），则电压检测电路274产生第一控制信号，控制第一开关271和第三开关273接通、第二开关272断开，并控制超级电容器24依次通过第一开关271、第二整流电路275、第三开关273对该外部设备30进行放电。

如果该第一检测电压值大于或等于第一预设阀值、且该第二检测电压值小于第二预设阀值（如3伏特），则电压检测电路274产生第二控制信号，控制第一开关271和第二开关272接通、第三开关273断开，并控制超级电容器24依次通过第一开关271、第二整流电路275、第二开关272对电池28进行充电。在第一实施例中，所述电池28可以是锂离子电池。

如果该第一检测电压值大于或等于第一预设阀值、且该第二检测电压值大于或等于第二预设阀值，则电压检测电路274产生第三控制信号，控制第一开关271、第二开关272、和第三开关273全部断开，超级电容器24停止放电。

也就是说，如果外部设备30有供电需求，则超级电容器24先对外部设备30放电，如果外部设备30没有供电需求，则超级电容器24输出直流电压后对电池28充电。

需要说明的是，在其他实施例中，所述第一开关271、第二开关272、和第三开关273也可以替换为一个多路开关元件。

在第一实施例中，为了方便用户对超级电容充电宝2进行充电，设置了两种对超级电容器24进行充电的方式，所述交流输入电压（如市电）通过能量控制电路22对超级电容器24充电，所述直流输入电压（如USB端口电压）通过DC/DC限制电路25对超级电容器24充电。所述交流输入电压通过能量控制电路22对超级电容器24的充电电流大于所述直流输入电压通过DC/DC限制电路25对超级电容器24的充电电流。

在第一实施例中，所述交流输入电压通过能量控制电路22对超级电容器24的充电电流为350A～450A，优先选择为400A。所述直流输入电压通过DC/DC限制电路对超级电容器24的充电电流为0.8A～1.5A，优先选择为1A。

进一步地，如图5所示，在第二实施例中，本实用新型的超级电容充电宝2还包括一个稳压输出电路29，该稳压输出电路29的输入端与电池28的连接脚连接，稳压输出电路29的输出端可以连接到外部设备（如手机、数码产品等）的充电接口，形成超级电容器24对负载放电结构。

为了使超级电容充电宝2输出的直流电压与外部设备电池的充电电压相对应，所述稳压输出电路29输出恒定的直流电压，如输出电压为5V，并且通过更换不同的输出转换头可以给多种外部设备进行充电。

综上所述，本实用新型采用超级电容器24作为蓄能介质，构成超级电容蓄能结构，通过能量控制电路22进行大电流快速充电，市电充电电流高达400A，充电时间极其快速，可以在一分钟内就对大容量的超级电容器24充满电，具有充电速度极快、时间极短和效率高的有益效果。

另外，本实用新型在对超级电容器24进行充电时采用了市电和USB两种方式，在接市电时，充电电流可达400A以上，1分钟内可充满。而为了保护电脑主板，USB充电电流则控制在1A左右，但其在60～80分钟内也可快速充满。两种充电方式可以同时进行，互不影响，方便了用户进行充电使用，具有更好的使用和体验性能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的详细说明，不能认定具体实施只局限于这些说明。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种超级电容充电宝，其特征在于，该超级电容充电宝包括：

第一整流电路、能量控制电路、整流输出电路、超级电容器、放电控制电路、及电池；

所述第一整流电路的输入端接交流输入电压，所述第一整流电路的输出端接能量控制电路的第一输入端，所述能量控制电路的第一输出端连接所述整流输出电路的输入端，所述整流输出电路的输出端与超级电容器的输入端连接；及

所述超级电容器的输出端与放电控制电路的输入端连接，所述放电控制电路的输出端与电池连接，其中，当与该超级电容充电宝连接的外部设备的电压值小于第一预设阀值时，所述放电控制电路控制超级电容器对该外部设备进行放电，当该外部设备的电压值大于或等于第一预设阀值时，所述放电控制电路控制超级电容器对电池进行充电或停止放电。

2.根据权利要求1所述的超级电容充电宝，其特征在于，所述放电控制电路包括：第一开关、第二开关、第三开关、电压检测电路、及第二整流电路；

所述第一开关与电压检测电路和第二整流电路连接，所述电压检测电路与第二开关及第三开关连接，所述第二整流电路与第二开关及第三开关连接；及

所述电压检测电路用于检测外部设备的电压值，得到第一检测电压值，检测电池的电压值，得到第二检测电压值，并根据该第一检测电压值和第二检测电压值的大小，产生相应的放电信号控制信号。

3.根据权利要求2所述的超级电容充电宝，其特征在于，所述放电控制信号包括第一控制信号、第二控制信号、和第三控制信号；

如果该第一检测电压值小于第一预设阀值，则电压检测电路产生第一控制信号，控制第一开关和第三开关接通、第二开关断开，并控制超级电容器依次通过第一开关、第二整流电路、第三开关对该外部设备进行放电；

如果该第一检测电压值大于或等于第一预设阀值、且该第二检测电压值小于第二预设阀值，则电压检测电路产生第二控制信号，控制第一开关和第二开关接通、第三开关断开，并控制超级电容器依次通过第一开关、第二整流电路、第二开关对电池进行充电；及

如果该第一检测电压值大于或等于第一预设阀值、且该第二检测电压值大于或等于第二预设阀值，则电压检测电路产生第三控制信号，控制第一开关、第二开关、和第三开关断开，超级电容器停止放电。

4.根据权利要求1至3其中之一所述的超级电容充电宝，其特征在于，所述能量控制电路包括：高频脉冲振荡回路、功率调节回路和主变压器控制回路；

所述高频脉冲振荡回路的输入端连接第一整流电路的输出端，所述功率调节回路的输入端连接高频脉冲振荡回路的输出端、所述功率调节回路的输出端连接所述主变压器控制回路的第一输入端，所述主变压器控制回路的第一输出端连接整流输出电路；及

所述主变压器控制回路的第二输出端与保护电路的第二输入端连接，所述主变压器控制回路的第二输入端连接所述保护电路的输出端。

5.根据权利要求4所述的超级电容充电宝，其特征在于，该超级电容充电宝还包括一个保护电路；及

所述保护电路的第一输入端与超级电容器的输入端连接，所述保护电路的第二输入端连接能量控制电路的第二输出端，所述保护电路的输出端与能量控制电路的第二输入端连接。

6.根据权利要求5所述的超级电容充电宝，其特征在于，所述保护电路包括：信息反馈回路、恒功率控制回路和输出控制回路；

所述信息反馈回路的第一输入端与超级电容器的输入端连接、所述信息反馈回路的第二输入端与能量控制电路的主变压器控制回路的第二输出端连接、所述信息反馈回路的输出端连接恒功率控制回路的输入端；

所述恒功率控制回路的第一输出端连接能量控制电路的功率调节回路的输入端，所述恒功率控制回路的第二输出端连接所述输出控制回路的输入端；及

所述输出控制回路的输出端连接到能量控制电路的主变压器控制回路的第二输入端。

7.根据权利要求1至3其中之一所述的超级电容充电宝，其特征在于，该超级电容充电宝还包括一个DC/DC限制电路，所述DC/DC限制电路的输入端连接直流输入电压，所述DC/DC限制电路的输出端与所述超级电容器的输入端连接。

8.根据权利要求7所述的超级电容充电宝，其特征在于，所述交流输入电压通过能量控制电路对超级电容器充电，所述直流输入电压通过DC/DC限制电路对超级电容器充电。

9.根据权利要求8所述的超级电容充电宝，其特征在于，所述交流输入电压通过能量控制电路对超级电容器的充电电流优选为400A，所述直流输入电压通过DC/DC限制电路对超级电容器的充电电流优选为1A。

10.根据权利要求1至3其中之一所述的超级电容充电宝，其特征在于，该超级电容充电宝还包括一个稳压输出电路，该稳压输出电路的输入端与电池的连接脚连接。