一种超级电容组充放电控制系统及方法技术方案

一种超级电容组充放电控制系统及方法，该系统包括MCU，充电稳压单元，以及充电控制单元；可对超级电容组的充放电电压进行控制，以适应不同规格的超级电容组，保证了超级电容组的寿命以及安全性能。的寿命以及安全性能。的寿命以及安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容组充放电控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及电子信息以及电子电路设计领域，具体的是提供一种安全高效的超级电容组充放电控制系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着物联网技术的快速发展，人们对产品的需求也越来越多样化。现实设计中很多产品都要求使用备用电源来维持设备的时钟信号或者停电上报功能。尤其是带通讯功能的物联网产品，其承载着数据交互的重要任务，在突发的停电事件时，需要及时存储和上报当前收集到的数据，这就要求设备具有停电上报的功能，常用的方案有电池电容器和超级电容组两种。考虑到工业产品的长寿命要求，超级电容组的方案越来越受到关注。为提高超级电容组的使用寿命，对超级电容组进行降额使用，并对其充电电压进行严格控制是常用的手段。那么如何对设计进行优化，来构建超级电容组的充放电电路，实现高效安全稳定的控制成为行业的研究重点。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对超级电容组的充放电控制问题，提出一种超级电容组充放电控制系统及方法；本专利技术的系统包含充电控制和放电控制两个部分，可对超级电容组的充放电电压进行控制，以适应不同规格的超级电容组，进而保证了超级电容组的寿命以及安全性能。在需要备用电源的应用场景中有很大的工程应用价值。
[0004]本专利技术的技术方案是：
[0005]本专利技术提供一种超级电容组充放电控制系统，包括：
[0006]MCU，
[0007]充电稳压单元，包括两个级联的超级电容组和对应的稳压模块；
[0008]充电控制单元，所述充电控制单元的控制信号输入端与所述MCU的对应控制信号输出端相连，所述充电控制单元用于输出充电电流和充电通路启闭信号至充电稳压单元；当MCU的充电控制信号为高电平时，充电控制单元导通，充电稳压单元的通路开启；否则，充电稳压单元的通路关闭；
[0009]以及放电控制单元，所述放电控制单元的控制信号输入端与所述MCU的对应控制信号输出端相连，所述放电控制单元检测超级电容组两端的电压；
[0010]当检测电压高于预设的参考电压2，且MCU的放电控制信号为高电平时，放电控制单元导通，超级电容组对后端负载放电；
[0011]当检测电压低于预设的参考电压2，放电控制单元关闭，不再对后端负载放电，最终超级电容电压稳定在电压设定值。
[0012]进一步地，所述充电控制单元包括电流调整模块、三极管Q4和MOS管Q3，所述的电流调整模块用于调整超级电容组的充电电流，所述的三极管Q4的基极作为充电控制信号输入端接MCU的充电控制信号输出端，三极管Q4的集电极接MOS管Q3的栅极，MOS管Q3的通断用
于控制充电稳压单元通路的启闭；
[0013]当MCU的充电控制信号为高电平时，三极管Q4导通进而MOS管Q3导通，充电稳压单元的通路开启；否则，充电稳压单元的通路关闭。
[0014]进一步地，所述电流调整模块包括多个串联的电阻。
[0015]进一步地，所述充电稳压单元中，稳压模块采用三端可调的稳压器件U1、U2，所述稳压器件包括电压比较器、三极管和二极管；
[0016]当超级电容组两端电压超过稳压器件U1、U2的参考电压1时，稳压器件U1、U2的三极管导通，电流通过电阻对GND进行泄放，直到超级电容组电压小于或等于参考电压1时，稳压器件U1、U2的三极管关闭，将超级电容组电压稳定在电压设定值。
[0017]进一步地，所述放电控制单元包括电压比较器U3、三极管Q1和MOS管Q2，
[0018]当电压比较器U3的VCC引脚检测到超级电容组两端电压超过电压比较器U3的参考电压2时，U3的OUT端口输出的电平取决于MCU的超级电容放电控制信号的电平；
[0019]若放电控制信号为高电平此时三极管Q1导通，进而MOS管Q2导通，超级电容组向后级负载供电；
[0020]当电压比较器U3的VCC引脚检测到超级电容组两端电压低于电压比较器U3的参考电压2时，U3的OUT端口输出为低，此时三极管Q1始终关闭，不受超级电容放电控制信号的控制；
[0021]最终，超级电容组的放电电压稳定在电压设定值。
[0022]进一步地，电压比较器U3的参考电压2不低于超级电容组的电压设定值。
[0023]一种超级电容组充放电控制方法，基于超级电容组充放电控制系统，包括：
[0024]当MCU接收到市电掉电信号时，MCU输出充电控制信号为低电平，充电控制单元关闭，超级电容组关闭充电，输出MCU的放电控制信号；
[0025]否则，MCU输出充电控制信号为高电平，充电控制单元导通，充电稳压单元通路开启。
[0026]进一步地，当MCU输出充电控制信号，即充电控制信号为高电平时，检测超级电容组两端电压；
[0027]当超级电容组两端电压超过稳压模块的参考电压1时，稳压模块工作，超级电容组电压泄放，直到超级电容组电压小于或等于稳压模块的参考电压1时，稳压模块停止工作，将超级电容组电压稳定在电压设定值。
[0028]进一步地，当MCU输出放电控制信号，即放电控制信号为高电平时，检测超级电容组两端电压；
[0029]当放电控制单元检测电压高于预设的参考电压2，放电控制单元导通，超级电容组对后端负载放电；
[0030]当放电控制单元检测电压低于预设的参考电压2，放电控制单元关闭，不再对后端负载放电，超级电容电压稳定在电压设定值。
[0031]本专利技术的有益效果：
[0032]本专利技术的超级电容组充放电控制系统，包含充电控制单元、充电稳压单元以及放电控制单元三个部分组成；其中充电控制单元的打开与关闭使用I/O口线控制，利用三极管的开关特性实现超级电容组的充电控制；充电稳压单元，主要由两个可调三端稳压器件分
别对两个级联的超级电容组两端电压进行精准控制，当电压高于设定的参考电压1时，通过电阻对GND进行电流泄放，保证超级电容组的电压不超过设定值，达到防止过充的目的；放电控制单元主要由电压比较器，开关三极管和开关晶体管构成；使用I/O口线和电压比较器共同对超级电容组放电进行控制，当电压比较器检测到超级电容组电压低于参考电压2后，开关三极管保持关闭，超级电容组不再向后端负载供电，与I/O口线的电平无关，防止超级电容组过放，影响其运行寿命，保证了系统的安全性能。
[0033]本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0034]通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0035]图1示出了本专利技术的原理框图。
[0036]图2示出了本专利技术的电路图。
[0037]图3示出了三端可调的稳压器件内部结构图。
[0038]图4示出了本专利技术的控制流程图。
具体实施方式
[0039]下面将参照附图更详细地描述本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超级电容组充放电控制系统，其特征在于，包括：MCU，充电稳压单元，包括两个级联的超级电容组和对应的稳压模块；充电控制单元，所述充电控制单元的控制信号输入端与所述MCU的对应控制信号输出端相连，所述充电控制单元用于输出充电电流和充电通路启闭信号至充电稳压单元；当MCU的充电控制信号为高电平时，充电控制单元导通，充电稳压单元的通路开启；否则，充电稳压单元的通路关闭；以及放电控制单元，所述放电控制单元的控制信号输入端与所述MCU的对应控制信号输出端相连，所述放电控制单元检测超级电容组两端的电压；当检测电压高于预设的参考电压2，且MCU的放电控制信号为高电平时，放电控制单元导通，超级电容组对后端负载放电；当检测电压低于预设的参考电压2，放电控制单元关闭，不再对后端负载放电，最终超级电容电压稳定在电压设定值。2.根据权利要求1所述的超级电容组充放电控制系统，其特征在于，所述充电控制单元包括电流调整模块、三极管Q4和MOS管Q3，所述的电流调整模块用于调整超级电容组的充电电流，所述的三极管Q4的基极作为充电控制信号输入端接MCU的充电控制信号输出端，三极管Q4的集电极接MOS管Q3的栅极，MOS管Q3的通断用于控制充电稳压单元通路的启闭；当MCU的充电控制信号为高电平时，三极管Q4导通进而MOS管Q3导通，充电稳压单元的通路开启；否则，充电稳压单元的通路关闭。3.根据权利要求2所述的超级电容组充放电控制系统，其特征在于，所述电流调整模块包括多个串联的电阻。4.根据权利要求1所述的超级电容组充放电控制系统，其特征在于，所述充电稳压单元中，稳压模块采用三端可调的稳压器件U1、U2，所述稳压器件包括电压比较器、三极管和二极管；当超级电容组两端电压超过稳压器件U1、U2的参考电压1时，稳压器件U1、U2的三极管导通，电流通过电阻对GND进行泄放，直到超级电容组电压小于或等于参考电压1时，稳压器件U1、U2的三极管关闭，将超级电容组电压稳定在电压设定值。5.根据权利要求1所述的超级电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈聪伟，李新瑞，包海泉，杨金土，陈梅宝，
申请(专利权)人：江苏林洋能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：