以超级电容为储能核心的集成后备电源单元及实现方法技术

本发明专利技术公开了一种以超级电容为储能核心的集成后备电源单元及实现方法，包括输入电压检测电路、输入电流检测电路、超级电容充电电路、超级电容充电均衡电路、升压电路、输出电压检测电路、输出电流检测电路和控制模块，本设计具有输入欠压过压保护、输入电流电压检测、超级电容过充保护、输出过压保护和输出电流电压检测功能，可实现输入电压直接为后级供电，当输入电压不满足要求时，超级电容会立即为后级电路供电直至能量耗尽。既满足了设备对后备电源的功能要求，由于超级电容不需要维护且使用温度范围广，又减少了使用人员对设备的维护成本，提高了设备可靠性。

Integrated backup power unit with super capacitor as energy storage core and its implementation method

【技术实现步骤摘要】
以超级电容为储能核心的集成后备电源单元及实现方法
本专利技术涉及机车综合无线通信设备，特别涉及一种以超级电容为储能核心的集成后备电源单元及实现方法。
技术介绍
机车综合无线通信设备在全国铁路上的应用已超过8年，在铁路的日常运输指挥中发挥着越来越重要作用。机车综合无线通信设备投入运用以来，随着铁路运输事业的发展，客户不断对CIR提出新的功能需求，相关部门先后发布了一系列CIR的设备和应用补充技术规范，不断完善CIR的功能，对电源可靠性方面也有了更高的要求，因此，为适应列车恶劣环境，解决蓄电池使用温度范围窄，维护成本高等问题势在必行，超级电容具有使用温度范围宽，免维护等诸多优点，替代蓄电池成为后备电源储能元件是一个不错的选择。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的以上问题，本专利技术提供一种以超级电容为储能核心的集成后备电源单元及实现方法。本设计具有输入欠压过压保护、输入电流电压检测、超级电容过充保护、输出过压保护和输出电流电压检测功能，可实现输入电压直接为后级供电，当输入电压不满足要求时，超级电容会立即为后级电路供电直至能量耗尽。本专利技术采取的技术方案是：一种以超级电容为储能核心的集成后备电源单元，其特征在于：包括输入电压检测电路、输入电流检测电路、超级电容充电电路、超级电容充电均衡电路、升压电路、输出电压检测电路、输出电流检测电路和控制模块；电路连接关系为：输入电压检测电路、输入电流检测电路、超级电容充电电路、升压电路、输出电流检测电路和输出电压检测电路依次连接，超级电容充电均衡电路和升压电路分别与待充电的超级电容连接，输入电压检测电路、输入电流检测电路、输出电流检测电路和输出电压检测电路分别通过ADC接口和控制接口与控制模块相连接。本专利技术所述电源单元采用型号为LTC3350电源管理芯片，LTC3350电源管理芯片集成了所述超级电容充电电路的一个超级电容充电控制器、升压电路的一个升压控制器以及超级电容充电均衡电路，超级电容充电电路还采用型号为NTMFS4C024NT1G的第一MOS管和型号为IHLP5050FDER2R2M01的电感，超级电容升压电路采用型号为NTMFS4C024NT1G的第二MOS管和型号为IHLP5050FDER2R2M01的电感，控制模块采用型号为LPC4337的MCU，输入电压检测电路采用第一分压电阻组，输入电流检测电路采用型号为ADM4037第一差分放大器和第一毫欧电阻，输出电压检测电路采用第二分压电阻组，输出电流检测电路采用型号为ADM4037第二差分放大器和第二毫欧电阻，所述的超级电容为四个，型号为BCAP0360P270S18；连接关系为：LPC4337MCU通过ADC接口分别连接第一分压电阻组的中心抽头和第一差分放大器ADM4037的OUT端口，第一差分放大器ADM4037的RS+端连接第一毫欧电阻的一端，RS-端连接第一毫欧电阻的另一端，第一毫欧电阻的另一端分别连接第一MOS管NTMFS4C024NT1G的D极和第二毫欧电阻的一端，超级电容充电控制器连接第一MOS管NTMFS4C024NT1G的G极，升压控制器连接第二MOS管NTMFS4C024NT1G的G极，第一MOS管NTMFS4C024NT1G的S极和第二MOS管NTMFS4C024NT1G的D极同时连接着电感IHLP5050FDER2R2M01的一端，LPC4337MCU通过I2C接口与LTC3350电源管理芯片连接，LPC4337MCU通过ADC接口分别连接第二分压电阻组的中心抽头和第二差分放大器ADM4037的OUT端口，第二差分放大器ADM4037的RS+端连接第二毫欧电阻的一端，RS-端连接第二毫欧电阻的另一端，四个超级电容为依次串联连接，串联后的超级电容正极连接着电感IHLP5050FDER2R2M01的另一端，负极接地，超级电容充电均衡电路通过IO接口分别连接四个超级电容。本专利技术所述一种以超级电容为储能核心的集成后备电源单元的实现方法，其特征在于：首先输入电压经过输入电压检测电路和输入电流检测电路进入后级电路，控制模块的MCU通过ADC接口获取输入电压和电流数据；然后输入电压分成两路，一路给由电源管理芯片内部超级电容充电控制器，控制由第一MOS管和电感组成的超级电容充电电路，电路开始充电；充电过程中，由电源管理芯片内部的超级电容充电均衡电路控制每个超级电容的充电电压；当输入电压不正常时，超级电容通过电源管理芯片内部的升压控制器控制第二MOS管和电感以及其他外部器件形成的升压电路给后级电路供电，实现超级电容作为储能核心后备电源，最后，控制模块的MCU通过I2C接口与电源管理芯片进行数据交换。本专利技术的有益效果是：本电源单元具有输入欠压过压保护、输入电流电压检测、超级电容过充保护、输出过压保护和输出电流电压检测功能，可实现输入电压直接为后级供电，当输入电压不满足要求时，超级电容会立即为后级电路供电直至能量耗尽。既满足了设备对后备电源的功能要求，由于超级电容不需要维护且使用温度范围广，又减少了使用人员对设备的维护成本，提高了设备可靠性。附图说明图1为本专利技术连接原理框图；图2为本专利技术电路原理图；图3为本专利技术超级电容充电均衡电路与超级电容连接原理图。具体实施方式为了更清楚的理解本专利技术，以下结合附图详细描述。如图1、图2和图3所示，本电源单元由输入电压检测电路、输入电流检测电路、超级电容充电电路、超级电容充电均衡电路、升压电路、输出电压检测电路、输出电流检测电路和控制模块组成。各组成部分功能如下：1）、输入电压检测电路：由第一分压电阻组和控制模块MCU（型号为LPC4337）的ADC接口组成，电压通过第一分压电阻组分压后，由MCU的ADC接口对第一分压电阻组中心抽头进行采集，最后经过计算得出电压值。2）、输入电流检测电路：由第一毫欧电阻、第一差分放大器（型号为ADM4073）、MCU的ADC接口组成，电流通过第一毫欧电阻后，在电阻两端形成一个毫伏级的压差，再通过第一差分放大器将两端形成的压差放大到伏级，最后通过MCU的ADC接口对第一差分放大器（型号为ADM4073）的OUT接口采集后，经过计算得出电流值。3）、超级电容充电电路：由电源管理芯片（型号为LTC3350）内部的超级电容充电控制器、第一MOS管（型号为NTMFS4C024NT1G）、电感（型号为IHLP5050FDER2R2M01）、电容等器件组成降压电路，可以实现恒流恒压充电功能；4）、超级电容充电均衡电路：由电源管理芯片LTC3350内部电阻和MOS管组成，电源管理芯片按照图3的连接方式通过控制接口检测各路超级电容电压，如果某节超级电容电压过大，就控制内部MOS管打开，通过电阻放电，使各节超级电容电压均衡。5）、升压电路：由电源管理芯片内部升压控制器、第二MOS管（型号为NTMFS4C024NT1G）、电感（型号为IHLP5050FDER2R2M01）、电容等器件组成，将超极电容串联电压升压到电路设定的输出电压值。6）、输出电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以超级电容为储能核心的集成后备电源单元，其特征在于：包括输入电压检测电路、输入电流检测电路、超级电容充电电路、超级电容充电均衡电路、升压电路、输出电压检测电路、输出电流检测电路和控制模块；电路连接关系为：输入电压检测电路、输入电流检测电路、超级电容充电电路、升压电路、输出电流检测电路和输出电压检测电路依次连接，超级电容充电均衡电路和升压电路分别与待充电的超级电容连接，输入电压检测电路、输入电流检测电路、输出电流检测电路和输出电压检测电路分别通过ADC接口和控制接口与控制模块相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种以超级电容为储能核心的集成后备电源单元，其特征在于：包括输入电压检测电路、输入电流检测电路、超级电容充电电路、超级电容充电均衡电路、升压电路、输出电压检测电路、输出电流检测电路和控制模块；电路连接关系为：输入电压检测电路、输入电流检测电路、超级电容充电电路、升压电路、输出电流检测电路和输出电压检测电路依次连接，超级电容充电均衡电路和升压电路分别与待充电的超级电容连接，输入电压检测电路、输入电流检测电路、输出电流检测电路和输出电压检测电路分别通过ADC接口和控制接口与控制模块相连接。


2.根据权利要求1所述的以超级电容为储能核心的集成后备电源单元，其特征在于：所述电源单元采用型号为LTC3350电源管理芯片，LTC3350电源管理芯片集成了所述超级电容充电电路的一个超级电容充电控制器、升压电路的一个升压控制器以及超级电容充电均衡电路，超级电容充电电路还采用型号为NTMFS4C024NT1G的第一MOS管和型号为IHLP5050FDER2R2M01的电感，超级电容升压电路采用型号为NTMFS4C024NT1G的第二MOS管和型号为IHLP5050FDER2R2M01的电感，控制模块采用型号为LPC4337的MCU，输入电压检测电路采用第一分压电阻组，输入电流检测电路采用型号为ADM4037第一差分放大器和第一毫欧电阻，输出电压检测电路采用第二分压电阻组，输出电流检测电路采用型号为ADM4037第二差分放大器和第二毫欧电阻，所述的超级电容为四个，型号为BCAP0360P270S18；连接关系为：LPC4337MCU通过ADC接口分别连接第一分压电阻组的中心抽头和第一差分放大器ADM4037的OUT端口，第一差分放大器ADM4037的RS+端连接第一毫欧电阻的一端，RS-端连...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨会心，黄志刚，薛佳，赵丽，
申请(专利权)人：天津七一二通信广播股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12