一种基于超级电容的后备电源控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于超级电容的后备电源控制系统，包括主供电电路、充电控制电路、超级电容模组、切换开关电路、系统负载，所述主供电电路与所述充电控制电路、切换开关电路相连，所述充电控制电路的输出与所述超级电容模组相连，所述切换开关电路与所述主供电电路、超级电容模组和系统负载相连，所述系统负载中的MCU与所述充电控制电路相连接控制超级电容模组充电。超级电容模组被充电到额定值后，由充电控制电路切断与主供电通道，作为后备电源不参与系统的正常工作状态下的供电。当系统掉电或处于欠压状态时，供电切换开关动作，由超级电容模组对系统负载进行供电并完成相应的数据存储和保护操作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超级电容的后备电源控制系统
本专利技术涉及电力设备后备电源
，具体涉及到一种基于超级电容的后备电源控制系统。
技术介绍
在设备运行过程中，出现电源故障或非正常掉电时，会威胁到临时存储在易失性存储器之中的数据，为保护数据的完整性，需在设备中加入后备电源，使其内部重要单元或关键部件进行状态记录和必要的系统配置。在传统系统中一般采用充电电池作为后备电源，存在着掉电保护时间过短、充电电流过大、使用寿命短、无法与通用小电流输出的MCU进行板级集成等问题，且需定期更换，并对环境仍有一定的污染。随着闪存性能的进步(较低的功耗和较快的写入时间)和超级电容器的技术改良(较低的ESR和每单位体积较高的电容)，使得能够采用寿命更长、性能更高和“环保性更佳”的超级电容器来替代这些系统中的电池。超级电容器是介于化学电池与普通电容器两者之间的一种新型储能元件，由于它具备超大电容量、控制简单、无污染、功率密度大、比充电电池能量高，可进行高效率快速充放电，并可长期浮充，比充电电池充电寿命长，使用温度范围宽等诸多优点，使其越来越受到重视，并已在多个领域内得到了广泛的应用。近年来，电力系统中的超级电容器运用也越来越多，在智能配变终端设备中就有明确的技术规范要求：a)终端应采用超级电容作为后备电源，并集成于终端内部。当终端主电源故障时，超级电容能自动无缝投入，并应维持终端及终端通信模块正常工作至少1分钟，并具有与主站通讯3次，完成上报数据的能力；b)失去工作电源，终端应保证保存各项设置值和记录数据不少于1年；c)超级电容尺寸应该不大于45*60*34，符合RoHS要求，超级电容免维护时间不少于8年。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于超级电容的后备电源控制系统，在智能配变终端设备运行过程中采用超级电容作为后备电源，能在5V充电电压下快速充满电，系统掉电期间恒流供电，持续放电5分钟，维持终端及终端通信模块正常工作，并具有与主站通讯3次，完成上报数据的能力。本专利技术的技术方案是：一种基于超级电容的后备电源控制系统，其特征在于：包括主供电电路、充电控制电路、超级电容模组、切换开关电路、系统负载，所述主供电电路与所述充电控制电路、切换开关电路相连，所述充电控制电路的输出与所述超级电容模组相连，所述切换开关电路与所述主供电电路、超级电容模组和系统负载相连，所述系统负载中的MCU与所述充电控制电路相连接控制所述超级电容模组充电。上述的基于超级电容的后备电源控制系统，其进一步特征在于：采用离线式拓扑结构，超级电容模组被充电到额定值后，由充电控制电路切断与主供电通道，作为后备电源不参与系统的正常工作状态下的供电。当系统掉电或处于欠压状态时，供电切换开关动作，由超级电容模组对系统负载进行供电并完成相应的数据存储和保护操作。该方案超级电容充电完成后被关闭，只有系统掉电时才工作，使用寿命长；超级电容能充电至额定值，存储电能量大。本设计中既要保证超级电容充放有效的电量，即充放电深度，又考虑到充放电时控制的方便和可操作性，决定采用恒流放电的方式。所述超级电容模组根据“电路保持工作所需能量＝超级电容减少能量”的原则，选择采用两节2.7V的超级电容串联模组，其额定电压5.4V，额定容量60F，工作温度范围-40℃～70℃。所述充电控制电路采用微功率单片BuckIC，此IC具有限流功能，防止在上电时由于超级电容的低内阻产生的较大冲击电流损坏电路。上述的充电控制电路，其进一步特征在于：在电源上电后，通过检测电路检测超级电容电压，当电压低于设置的阈值时，MCU控制IC对超级电容进行充电；当检测到超级电容电压达到设置的额定电压时，MCU发送信号通过开关电路关闭充电电路，以达到关闭超级电容充电的目的。所述的切换开关电路示意图如图2所示，主要由开关管、PMOS和电阻等元件组成。其工作原理是：当MCU检测到电源正常供电时，通过MCU_IO端口输出信号控制开关管关断，使PMOS管处于截止状态，超级电容处于离线状态。当系统电源失电时，开关管导通，同时电阻调节使PMOS管处于导通状态，这时作为后备电源的超级电容模组为系统负载供电。附图说明图1为本专利技术实施例的基于超级电容的后备电源控制系统的组成框图。图2为本专利技术实施例的基于超级电容的后备电源控制系统的切换开关电路示意图。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明。本实施例的基于超级电容的后备电源控制系统，组成框图如图1所示，它包括主供电电路、充电控制电路、超级电容模组、切换开关电路、系统负载等。主供电电源5V与充电控制电路、切换开关电路相连，充电控制电路的输出和超级电容模组相连，切换开关电路和主供电电路、超级电容模组和系统负载相连，MCU和充电控制电路相连控制超级电容模组充电。采用离线式拓扑结构，超级电容模组被充电到额定值后，由充电控制电路切断与主供电通道，作为后备电源不参与系统的正常工作状态下的供电。当系统掉电或处于欠压状态时，供电切换开关动作，由超级电容模组对系统负载进行供电并完成相应的数据存储和保护操作。该方案超级电容充电完成后被关闭，只有系统掉电时才工作，使用寿命长；超级电容能充电至额定值，存储电能量大。充电控制电路采用微功率单片BuckIC，此IC具有限流功能，防止在上电时由于超级电容的低内阻产生的较大冲击电流损坏电路；在检测到超级电容达到额定电压后，通过MCU控制IC的使能端口，达到关闭超级电容充电的目的。超级电容模组根据“电路保持工作所需能量＝超级电容减少能量”的原则，选择采用两节2.7V的超级电容串联模组，其额定电压5.4V，额定容量60F，工作温度范围-40℃～70℃。切换开关电路主要利用PMOS管开关特性，当系统掉电时，PMOS管导通，超级电容模组为系统供电。针对智能配变终端设备的技术规范要求，基于超级电容大功率密度、高效率快速充放电、充电寿命长、控制电路简单的特点，并结合嵌入式操作系统的实时性的要求，提出一种基于超级电容的后备电源控制系统方案。本方案采用超级电容作为后备电源，能在5V充电电压下快速充满电，系统掉电期间恒流供电，持续放电5分钟，维持终端及终端通信模块正常工作，并具有与主站通讯3次，完成上报数据的能力，已在一台配变终端中得到应用，取得了预期效果。以上的实施例仅为说明本专利技术的技术思想，不能以此限定本专利技术的保护范围，凡是按照本专利技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本专利技术保护范围之内。本专利技术未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超级电容的后备电源控制系统，其特征在于：包括主供电电路、充电控制电路、超级电容模组、切换开关电路、系统负载，所述主供电电路与所述充电控制电路、切换开关电路相连，所述充电控制电路的输出与所述超级电容模组相连，所述切换开关电路与所述主供电电路、超级电容模组和系统负载相连，所述系统负载中的MCU与所述充电控制电路相连接控制所述超级电容模组充电。

【技术特征摘要】
1.一种基于超级电容的后备电源控制系统，其特征在于：包括主供电电路、充电控制电路、超级电容模组、切换开关电路、系统负载，所述主供电电路与所述充电控制电路、切换开关电路相连，所述充电控制电路的输出与所述超级电容模组相连，所述切换开关电路与所述主供电电路、超级电容模组和系统负载相连，所述系统负载中的MCU与所述充电控制电路相连接控制所述超级电容模组充电。2.根据权利要求1所述的基于超级电容的后备电源控制系统，其特征在于：所述超级电容模组被充电到额定值后，由所述充电控制电路切断与主供电通道，作为后备电源不参与系统的正常工作状态下的供电；当系统掉电或处于欠压状态时，所述切换开关电路动作，由所述超级电容模组对所述系统负载进行供电并完成相应的数据存储和保护操作。3.根据权利要求1或2所述的基于超级电容的后备电源控制系统，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔涛，曹青松，王书果，
申请(专利权)人：南京市嘉隆电气科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32