CN219535624U - 一种超级电容低压保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超级电容低压保护电路设计,包括电容充电电路,电容放电电路和电容充放电控制电路,电容充电电路由储能电路与负载组成,电容放电电路由储能电路与二极管组成。本实用新型电路设计简单,成本低,占用空间小,适用性广,能够实现电源短时掉电保护,同时也解决了传统电容方案中放电电压过低使设备损坏的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源掉电保护技术领域,尤其涉及一种超级电容低压保护电路。
背景技术
在生活中,由于电网出现故障,电子设备可能出现突然短时掉电的现象(掉电500毫秒)。针对短时掉电这个问题,往往电子设备内部都会设计一个保存电量的电路,能够在电源短时掉电后保证电子设备能够持续工作一小段时间,在电源快速恢复后,电子设备继续工作,这个过程设备没有重启。
目前针对掉电这个问题主要有两种方案,一是使用电池,二是使用电容。
目前电池方案主要有以下几个缺点,占用空间大,需要充放电管理电路,通常电池电压为3.7V,远不能达到5V的电源电压,所以需要使用专门的充放电管理电路,在电源正常时降压到3.7V进行充电,电源消失后升压到5V进行放电。方案占用空间大,电路复杂,成本高。
目前的电容方案也有一些缺点,电解电容方案适用性不强,通常只能用于功耗较小电路,如果功耗较大,需增加电解电容的数量,占用空间大,而且电源上电瞬间,电容相当于短路,电解电容越多,大电流持续时间越长,可能会使电源自动保护。超级电容方案的缺点,由于超级电容的特性,它能在瞬间提供很大的功率,但超级电容两端的电压却会下降,在短时掉电过程中,如果出现电压到达某个临界值,这个电压能够使装置的一部分电路工作正常,但另一部分却无法在这个电压下正常工作,则可能会使某一部分电路彻底无法使用,在嵌入式***中尤为严重。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷,而公开一种超级电容低压保护电路设计。
为了实现本实用新型的目的,本实用新型采取的技术方案是:
一种超级电容低压保护电路,包括电容充电电路和电容放电电路,所述电容充电电路包括储能电路、第一电阻和第二电阻,第一电阻一端电连接输入电源,第一电阻另一端电连接储能电路,第二电阻与第一电阻并联,电容放电电路包括储能电路和第一二极管,第一二极管阴极电连接输入电源,第一二极管阳极电连接储能电路,第一二极管与第一电阻、第二电阻并联,储能电路电性连接有电容充放电控制电路。
进一步的,所述储能电路包括第一MOS管,第一MOS管的源极电性连接第二电容的一端,第一MOS管的栅极电性连接电容充放电控制电路,第一MOS管的漏极电性连接电容充放电控制电路和地信号,第二电容的另一端电性连接第一电容的一端,第一电容的另一端电性连接第一电阻、第二电阻和第一二极管;所述第一电容和第二电容均为超级电容。
进一步的,所述第一二极管为肖特基二极管。
进一步的,所述电容充放电控制电路包括电压比较器,电压比较器的第一引脚电连接储能电路和第三电阻的一端,电压比较器的第二引脚电连接储能电路、地信号GND、第五电阻的一端和第三电容的一端,电压比较器的第三引脚电连接第五电阻的一端、第三电容的一端和第四电阻的一端,第四电阻的另一端电连接第三电阻的另一端、第一电阻的一端、第二电阻的一端、第一二极管的阴极和输入电源。
与现有技术相比,本实用新型的优点在于:
本文发明的一种超级电容低压保护电路,该电路通过使用电压比较器检测电容电压,当电压正常时,打开MOS管,让电容充放电,保证设备在电源掉电时继续工作,电源恢复后不会重启。当电压下降到危险值后,关断MOS管,让电容停止放电,保证设备不会因电压过低而造成损害。本发明电路设计简单,成本低,占用空间小,适用性广,能够实现电源短时掉电保护,同时也解决了传统电容方案中放电电压过低使设备损坏的问题。
附图说明
图1为本实用新型提出的低压保护电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
实施例1
一种超级电容低压保护电路,包括电容充电电路和电容放电电路,电容充电电路包括储能电路、第一电阻R1和第二电阻R2,第一电阻R1一端电连接输入电源,第一电阻R1另一端电连接储能电路,第二电阻R2与第一电阻R1并联,电容放电电路包括储能电路和第一二极管D1,第一二极管D1阴极电连接输入电源,第一二极管D1阳极电连接储能电路,第一二极管D1与第一电阻R1、第二电阻R2并联,储能电路电性连接有电容充放电控制电路。
储能电路包括第一MOS管Q1,第一MOS管Q1的源极电性连接第二电容C2的一端,第一MOS管Q1的栅极电性连接电容充放电控制电路,第一MOS管Q1的漏极电性连接电容充放电控制电路和地信号,第二电容C2的另一端电性连接第一电容C1的一端,第一电容C1的另一端电性连接第一电阻R1、第二电阻R2和第一二极管D1;第一电容C1和第二电容C2均为超级电容。
第一二极管D1为肖特基二极管。
电容充放电控制电路包括电压比较器U1,电压比较器U1的第一引脚电连接储能电路和第三电阻R3的一端,电压比较器U1的第二引脚电连接储能电路、地信号GND、第五电阻R5的一端和第三电容C3的一端,电压比较器U1的第三引脚电连接第五电阻R5的一端、第三电容C3的一端和第四电阻R4的一端,第四电阻R4的另一端电连接第三电阻R3的另一端、第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第一二极管D1的阴极和输入电源。
其使用方法如下:
电容充电电路由电阻R1、R2,超级电容C1、C2,N沟道MOS管Q1组成。R1,R2为限流电阻,防止电容充电电流过大,损坏电源。Q1为N沟道MOS管,当输入G、S两端电压为5V时,D、S之间导通,输入电压为0V时,D、S之间截止。N沟道MOS管要求开启电压要小,5V电压下必须导通,且导通内阻小。
电容放电电路由二极管D1,超级电容C1、C2,N沟道MOS管Q1组成。D1为放电旁路二极管,由于充电回路串联了限流电阻,要保证电容不通过限流电阻进行放电,使用二极管将R1,R2旁路掉。限流电阻的选择不能太大,也不能太小,太大电容充电缓慢,太小功耗大,需结合电源功率来进行选择。
电容充放电控制电路由电阻R2、R3、R4、R5,电容C3,电压比较器U1、N沟道MOS管Q1组成。二极管D1要求导通电压小,通常使用肖特基二极管。R4,R5为分压电路,电压比较器输入电压Vin=R5/(R4+R5)*5,C3为滤波电容,能过滤小的干扰。U1为电压比较器,当输入电压大于内部基准电压时高阻输出,小于内部基准电压时输出0V。R3为U1输出上拉电阻,保证U1在高阻状态下能够输出5V。
电容充放电控制电路通过U1来检测电源电压,来操作N沟道MOS管Q1,使其导通或截止,控制超级电容充放电。当外部电源正常时,U1输出5V使Q1导通,电源通过限流电阻R1、R2给超级电容C1、C2充电。当外部电源消失,此时电源电压为电容电压减去二极管两端电压,大于电压比较器关断点,U1仍然输出电源电压使Q1导通,电路由C1、C2通过二极管D1进行放电。当电源电压下降到电压比较器关断点后,U1输出0V使Q1截止,关断超级电容放电。
充电过程:当输入电源5V正常时,二极管D1截止,此时U1输入电压Vin=R5/(R4+R5)*5大于电压比较器U1内部基准电压,U1输出5V,此时MOS管并未导通,超级电容通过限流电阻R1、R2和N沟道MOS管D、S间存在的寄生二极管充电,Vs为二极管的导通电压,约为0.7V,则G、S两端电压为4.3V,该电压仍能使MOS管导通,将内部寄生二极管旁路掉,超级电容通过限流电阻R1、R2和MOS管充电。
放电过程:当输入电源5V消失后,二极管D1导通,此时电源由超级电容提供,为超级电容电压减去二极管两端电压,约为5V-0.3V=4.7V,此时U1输入电压Vin=R5/(R4+R5)*4.7仍大于电压比较器U1内部基准电压,U1输出4.7V,由于MOS管之前并未截止,所以Vs=Vd=0V,则G、S两端电压为4.7V,该电压仍能使MOS管导通,超级电容通过二极管D1和MOS管放电。当超级电容放电到危险值(如4.3V),此时电源电压为电容电压减去二极管两端电压,约为4.3V-0.3V=4V,此时U1输入电压Vin=R5/(R4+R5)*4.7小于电压比较器U1内部基准电压,U1输出0V,此时Vs仍未MOS管导通时的0V,则G、S两端电压为0V,MOS管直接截止,由于此时没有了放电回路,超级电容停止放电。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出的是,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种超级电容低压保护电路,包括电容充电电路和电容放电电路,其特征在于:所述电容充电电路包括储能电路、第一电阻(R1)和第二电阻(R2),第一电阻(R1)一端电连接输入电源,第一电阻(R1)另一端电连接储能电路,第二电阻(R2)与第一电阻(R1)并联,电容放电电路包括储能电路和第一二极管(D1),第一二极管(D1)阴极电连接输入电源,第一二极管(D1)阳极电连接储能电路,第一二极管(D1)与第一电阻(R1)、第二电阻(R2)并联,储能电路电性连接有电容充放电控制电路。
2.如权利要求1所述的一种超级电容低压保护电路,其特征在于:所述储能电路包括第一MOS管(Q1),第一MOS管(Q1)的源极电性连接第二电容(C2)的一端,第一MOS管(Q1)的栅极电性连接电容充放电控制电路,第一MOS管(Q1)的漏极电性连接电容充放电控制电路和地信号,第二电容(C2)的另一端电性连接第一电容(C1)的一端,第一电容(C1)的另一端电性连接第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第一二极管(D1);所述第一电容(C1)和第二电容(C2)均为超级电容。
3.如权利要求2所述的一种超级电容低压保护电路,其特征在于:所述第一二极管(D1)为肖特基二极管。
4.如权利要求1所述的一种超级电容低压保护电路,其特征在于:所述电容充放电控制电路包括电压比较器(U1),电压比较器(U1)的第一引脚电连接储能电路和第三电阻(R3)的一端,电压比较器(U1)的第二引脚电连接储能电路、地信号(GND)、第五电阻(R5)的一端和第三电容(C3)的一端,电压比较器(U1)的第三引脚电连接第五电阻(R5)的一端、第三电容(C3)的一端和第四电阻(R4)的一端,第四电阻(R4)的另一端电连接第三电阻(R3)的另一端、第一电阻(R1)的一端、第二电阻(R2)的一端、第一二极管(D1)的阴极和输入电源。
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