串联超级电容的高效充电和可控电压供电装置制造方法及图纸

一种串联超级电容的高效充电和可控电压供电装置，由光控电流方向开关、超级电容、充电端子、充电二极管、充电地二极管、充电地端子、高位电源引出端子、AD采样分压电阻、供电端子、供电地端子、单片机模块组成。通过单片机串口接收用户的输出电压设定值，采集第一级超级电容的最高电压、末级超级电容的最低电压、供电电压和充电电压，通过对比超级电容额定电压和用户的输出电压设定值来选择控制相应的光控电流方向开关进行超级电容的充电过程和供电过程，实现超级电容的高效充电和可控电压供电的目的。

High efficiency charging and controllable voltage supply device for series supercapacitor

An efficient charging series super capacitor and voltage controlled power supply device, current direction from the light switch, the super capacitor, the charging terminal, charging, charging, charging diode diode terminals, high power supply terminals, AD sampling resistor, power supply terminals, power supply terminal, MCU module. The user receives an output voltage through the microcontroller serial port settings, super capacitor voltage, the first grade final acquisition of super capacitor voltage, the minimum power supply voltage and the charging voltage value to select the corresponding control of electric current direction switch charging process and power supply of super capacitor by comparing the output voltage of super capacitor rated voltage and user settings to achieve efficient, super capacitor charging and voltage of power supply.

【技术实现步骤摘要】
串联超级电容的高效充电和可控电压供电装置
本技术涉及一种充电供电装置，特别是一种串联超级电容的高效充电和可控电压供电装置。
技术介绍
电容器在稳压充电情况下存在着半能损失问题，即充电效率最多只有50%，有一半能量消耗在限流电阻上或以电磁波的形式辐射出去。随着超级电容的普遍应用和超级电容容量大幅增加，这部分能量的损失已相当可观。另一方面，单一超级电容或内部采用固定连接方式的超级电容器组合体只能供电到负载所能承受的最低电压，而超级电容可以供电到接近0V，这和蓄电池不一样，因此超级电容中储存的相当一部分能量不能被有效利用，例如5.5V4.0F超级电容供电到5V单片机工作所需的最低电压为4.7V时，它的理论供电效率只有（5.52-4.72）/5.52<27%，为此提高超级电容的充电效率和供电效率是急需要解决的问题。
技术实现思路
本技术的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种串联超级电容的高效充电和可控电压供电装置。本技术的目的是这样实现的：一种串联超级电容的高效充电和可控电压供电装置，包括光控电流方向开关、超级电容、充电端子、充电二极管、充电地二极管、充电地端子、高位电源引出端子、AD采样分压电阻、供电端子、供电地端子、单片机模块，其特征在于：A、所述的光控电流方向开关包括1个光耦、至少1个三级管、1个控制电源输入端子、1个控制IO输入端子、1个电流正极端子、1个电流负极端子，所述光耦的发光二极管的正极连接控制电源输入端子，光耦的发光二极管的负极连接控制IO输入端子，光耦的光电三极管的集电极与三级管的集电极连接后连接到电流正极端子，光耦的光电三极管的发射极与三级管的基极连接；所述三级管的发射极连接到电流负极端子；所述控制电源输入端子连接单片机的工作电源；所述控制IO输入端子通过1个限流电阻连接单片机的一个IO口；B、所述的超级电容至少为2个串联连接，依据电压从高到低排序，正极电压最高的为第一级超级电容，正极电压最低的为末级超级电容，两个相邻超级电容间的连接线上还T接有3个光控电流方向开关，其中一个光控电流方向开关的电流正极端子连接所述的充电端子，电流负极端子连接在连接线上；另一个光控电流方向开关的电流正极端子连接在连接线上，电流负极端子连接所述的充电地端子；第三个光控电流方向开关的电流正极端子连接在连接线上，电流负极端子连接所述的供电端子；C、所述的第一级超级电容的正极与所述的高位电源引出端子相连，与高位电源引出端子相连的还有所述充电二极管的负极和1个光控电流方向开关的电流正极端子，开关的电流负极端子连接供电端子，充电二极管的正极连接充电端子；在高位电源引出端子与充电地端子之间还串联有2个所述的AD采样分压电阻，在2个AD采样分压电阻间的连接线上引出1个串联超级电容的最高电压采样点连接到单片机的1个AD采样端口；D、所述末级超级电容的负极与所述充电地二极管的正极相连，与充电地二极管正极相连的还有所述的供电地端子，充电地二极管的负极连接所述的充电地端子；E、在所述的末级超级电容正极与负极间串联有2个AD采样分压电阻，在2个AD采样分压电阻间的连接线上引出1个串联超级电容的最低电压采样点连接到单片机的1个AD采样端口；F、在所述的供电端子和所述的供电地端子之间串联有2个AD采样分压电阻，在2个AD采样分压电阻间的连接线上引出1个供电电压采样点连接到单片机的1个AD采样端口；G、在所述的充电端子和所述的充电地端子之间串联有2个AD采样分压电阻，在2个AD采样分压电阻间的连接线上引出1个充电电压采样点连接到单片机的1个AD采样端口。所述的单片机模块包括单片机、电源模块、标准电压源、串口通信端子、电源端子、接地端子，所述单片机的IO口通过限流电阻与相应的所述光控电流方向开关的控制IO输入端子相连，所述单片机的AD端口与相应的所述采样点连接，所述电源模块的2个输入端子分别连接所述的高位电源引出端子和所述的供电端子，所述电源模块的2个输出端子分别连接所述的电源端子和所述的接地端子，所述单片机的串口与所述的串口通信端子相连，所述的标准电压源一端连接所述单片机的1个AD端口，另一端连接所述的接地端子。所述的充电端子有1个，连接外部直流充电电源的正极；所述的充电地端子有1个，连接外部直流充电电源的负极；所述的供电端子有1个，对外提供直流电源的正极；所述的供电地端子有1个，对外提供直流电源的负极；本技术通过单片机控制光控电流方向开关实现对串联超级电容的先整组、再分组、再逐个进行充电的目的。超级电容串联分组的充电方法能大幅提高超级电容的稳压充电效率，例如：1F电容等效为4个0.25F电容的并联，1F电容充电到额定电压与4个0.25F电容分别充电到相同电压所储存的能量相同，但将4个0.25F超级电容串联，采取先4个整组串联充电到额定电压、再2个分组串联充电到额定电压、再逐个充电到额定电压方法，与1F超级电容直接充电到相同额定电压时的Q-U曲线对比如图3所示，图中线段OF为1F超级电容的充电曲线，折线OAJCBE为4个0.25F电容串联分组的充电曲线，曲线对横坐标的面积为电源的有效作功，两者蓄能相同，但1F超级电容直接充电的理论效率是50%，而4个0.25F超级电容串联分组充电的理论效率是72.7%，并且串联超级电容可以提供更宽的供电电压范围。如果参与串联充电的超级电容数目越多，分组越细，充电效率还会更高。本技术通过单片机串口接收用户的输出电压设定值，通过单片机采集第一级超级电容的最高电压、末级超级电容的最低电压、供电电压和充电电压，对比超级电容额定电压和用户的输出电压设定值来选择控制相应的光控电流方向开关进行超级电容的充电过程和供电过程，实现超级电容的高效充电和可控电压供电的目的。装置的充电效率高、控制灵活、使用简便、应用范围广、工作安全可靠。附图说明图1是本技术的电路原理图；图2是本技术的光控电流方向开关电路原理图；图3是四级串联超级电容的高效充电和可控电压供电装置电路原理图；图4是两个三极管的光控电流方向开关电路原理图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明。如图1、2、3、4所示：图中K1~K10为10个光控电流方向开关，IO1~IO10为其相应的控制端口，IO1~IO10分别通过限流电阻连接到单片机相应的IO端脚上；C1~C4为5.4V50F的超级电容；Vin为充电端子；D1为充电二极管；D2为充电地二极管；Gin为充电地端子；Vj为高位电源引出端子；R1、R3、R5、R7为1MΩ的AD采样分压电阻；R2、R4、R6、R8为100kΩ的AD采样分压电阻；Vout为供电端子；Gout为供电地端子；IC1为STC15F408AD型号的单片机；IC2为向IC1供电的电源模块；R1~R10为1kΩ的单片机IO驱动限流电阻；Vcc为单片机电源端子；Rxd为单片机串口接收端子；Txd为单片机串口发送端子；Gnd为单片机接地端子。光控电流方向开关包括1个型号为EL817C的光耦OC1、2个型号为S9013的三级管QT1和QT2、1个控制电源输入端子1（Vcc）、1个控制IO输入端子2（IOk）、1个电流正极端子3（K+）、1个电流负极端子4（K-）。2个三极管采取并联连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联超级电容的高效充电和可控电压供电装置，包括光控电流方向开关、超级电容、充电端子、充电二极管、充电地二极管、充电地端子、高位电源引出端子、AD采样分压电阻、供电端子、供电地端子、单片机模块，其特征在于：A、所述的光控电流方向开关包括1个光耦、至少1个三级管、1个控制电源输入端子、1个控制IO输入端子、1个电流正极端子、1个电流负极端子，所述光耦的发光二极管的正极连接控制电源输入端子，光耦的发光二极管的负极连接控制IO输入端子，光耦的光电三极管的集电极与三级管的集电极连接后连接到电流正极端子，光耦的光电三极管的发射极与三级管的基极连接；所述三级管的发射极连接到电流负极端子；所述控制电源输入端子连接单片机的工作电源；所述控制IO输入端子通过1个限流电阻连接单片机的一个IO口；B、所述的超级电容至少为2个串联连接，依据电压从高到低排序，正极电压最高的为第一级超级电容，正极电压最低的为末级超级电容，两个相邻超级电容间的连接线上还T接有3个光控电流方向开关，其中一个光控电流方向开关的电流正极端子连接所述的充电端子，电流负极端子连接在连接线上；另一个光控电流方向开关的电流正极端子连接在连接线上，电流负极端子连接所述的充电地端子；第三个光控电流方向开关的电流正极端子连接在连接线上，电流负极端子连接所述的供电端子；C、所述的第一级超级电容的正极与所述的高位电源引出端子相连，与高位电源引出端子相连的还有所述充电二极管的负极和1个光控电流方向开关的电流正极端子，开关的电流负极端子连接供电端子，充电二极管的正极连接充电端子；在高位电源引出端子与充电地端子之间还串联有2个所述的AD采样分压电阻，在2个AD采样分压电阻间的连接线上引出1个串联超级电容的最高电压采样点连接到单片机的1个AD采样端口；D、所述末级超级电容的负极与所述充电地二极管的正极相连，与充电地二极管正极相连的还有所述的供电地端子，充电地二极管的负极连接所述的充电地端子；E、在所述的末级超级电容正极与负极间串联有2个AD采样分压电阻，在2个AD采样分压电阻间的连接线上引出1个串联超级电容的最低电压采样点连接到单片机的1个AD采样端口；F、在所述的供电端子和所述的供电地端子之间串联有2个AD采样分压电阻，在2个AD采样分压电阻间的连接线上引出1个供电电压采样点连接到单片机的1个AD采样端口；G、在所述的充电端子和所述的充电地端子之间串联有2个AD采样分压电阻，在2个AD采样分压电阻间的连接线上引出1个充电电压采样点连接到单片机的1个AD采样端口。...

【技术特征摘要】
1.一种串联超级电容的高效充电和可控电压供电装置，包括光控电流方向开关、超级电容、充电端子、充电二极管、充电地二极管、充电地端子、高位电源引出端子、AD采样分压电阻、供电端子、供电地端子、单片机模块，其特征在于：A、所述的光控电流方向开关包括1个光耦、至少1个三级管、1个控制电源输入端子、1个控制IO输入端子、1个电流正极端子、1个电流负极端子，所述光耦的发光二极管的正极连接控制电源输入端子，光耦的发光二极管的负极连接控制IO输入端子，光耦的光电三极管的集电极与三级管的集电极连接后连接到电流正极端子，光耦的光电三极管的发射极与三级管的基极连接；所述三级管的发射极连接到电流负极端子；所述控制电源输入端子连接单片机的工作电源；所述控制IO输入端子通过1个限流电阻连接单片机的一个IO口；B、所述的超级电容至少为2个串联连接，依据电压从高到低排序，正极电压最高的为第一级超级电容，正极电压最低的为末级超级电容，两个相邻超级电容间的连接线上还T接有3个光控电流方向开关，其中一个光控电流方向开关的电流正极端子连接所述的充电端子，电流负极端子连接在连接线上；另一个光控电流方向开关的电流正极端子连接在连接线上，电流负极端子连接所述的充电地端子；第三个光控电流方向开关的电流正极端子连接在连接线上，电流负极端子连接所述的供电端子；C、所述的第一级超级电容的正极与所述的高位电源引出端子相连，与高位电源引出端子相连的还有所述充电二极管的负极和1个光控电流方向开关的电流正极端子，开关的电流负极端子连接供电端子，充电二极管的正极连接充电端子；在高位电源引出端子与充电地端子之间还串联有2个所述的AD采样分压电阻，在2个AD采样分压电阻间的连接线上引出1个串联超级电容的最高电压采样点连接到单片机的1个AD采样端口；D、所述末级超级电容的负极与所述充电地二极管的正极相连，与充电地二极管正极相连的还有所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：石文江，阴晓光，迟福有，孔剑虹，梅迪，蔡健，宋明刚，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司大连供电公司，
类型：新型
国别省市：辽宁,21