一种新型超级电容电源系统技术方案

一种新型超级电容电源系统，其外接电源通过电源端子输入到电源适配模块，电源适配模块输出稳定的5V到超级电容管理模块、电压监测电路、复位电路和降压电路；超级电容管理模块向微处理器、三极管隔离电路和选择电路提供不间断的恒压电源3.3V，通过微处理器控制输出满足GSM模块和三极管隔离电路所需的VBAT3.6-4.2V；电压监测电路输出电源适配模块的输出状态到微处理器；复位电路根据电源适配模块的输出产生微处理器的复位信号；降压电路在电源适配模块输出时提供恒压电源3.3V给选择电路；选择电路通过微处理器控制选择不间断的恒压电源3.3V或恒压电源3.3V作为485模块、Zugbee模块和WIFI模块的电源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电源系统，具体涉及一种新型超级电容电源系统。
技术介绍
“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念，实现人与物、物与物之间信息互通。把传感器装备到各种真实物体上使其具有智慧，智慧物体通过嵌入式系统运行特定程序感知自身和外部信息，感知过程是人与物、物与物进行信息互通的过程。智慧物体使用RS422 / 485总线、现场总线、CAN总线、ZigBee技术等连接智能化终端构建成一个智能化的局域物联系统，给局域物联系统配置相应的互联网接口，连接到互联网上，便实现互联网向物联网的拓展。 移动网络的快速发展，适用于人的移动终端一手机用户发展迅猛，手机的功能在不断增强，移动互联已得到普及，当今的人们已经离不开手机。智慧物体的出现，必然需要使用一种合适于智慧物体使用的移动终端设备一物机，物机与手机最大的差别是使用的对象，造成物机不能像手机一样快速发展的瓶颈之一是物机使用的电池。物机是利用GSM网络，以GSM模块为核心，配置MCU、通信接口和电源等应用于真实物体的移动通信终端设备，物机虽然是移动通信终端设备，但其安装后是相对固定的。物机对于人来说是远程受控终端，反映远程监视真实物体的状况。电源是真实物体所有监视设备或系统的动力，因此，电源故障(停电)的监测及报警是物机必备的功能。物机最初沿用手机采用锂电池作为储能介质，通过实际应用的验证，发现物机使用锂电池作为储能介质是不可取的。如在城市路灯电缆防盗报警中使用物机报警，最终由于锂电池低温不够、完全充放电次数少等，使得物机在实际应用过程中故障太多，维修量巨大；在家居安防报警系统中也由于锂电池问题降低了设备的可靠性，锂电池成为物机推广应用的主要瓶颈之一，主要原因是 (1)锂电池完全冲放电次数只能在300次左右，制约了设备的寿命，造成后期设备的维护量巨大，以至于阻碍了设备进行大面积推广应用； (2)锂电池的放电效率与环境温度有很大关系，对于室外全天候应用的设备无法解决低温环境的应用。超级电容是近年发展快速的种大容量储能元件，和普通电池相比，具有功率密度高、充放电时间短、效率高、使用寿命长、清洁环保等特点，在电动汽车、新能源等领域的应用日益广泛。针对物机这种真实物体使用的移动终端设备，超级电容完全可以取代锂电池作为物机的储能介质，二者的比较如下 ①⑤超级电容具有超宽的温度适用范围，通常可以达到一 40°C 85°C ;而一般电池是 -20。。 60。。。； ②超级电容大电流充放电性能优越，功率密度(Power Density)是锂离子电池的数十倍以 上； ③超级电容充放电时间短，充电电路简单，无需限流和充放电控制回路，无记忆效应。二次电池受充放电电流限制，充电时间长，一般需几小时到十几小时，而双电层电容器不受充电电流限制，可快速充电，几秒到几十秒即可充满； ④超级电容具有超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH和 Ni-Cd电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年。虽然超级电容有许多优点，但是超级电容在物机中的应用，还存在着如下问题 如何采用超级电容取代锂电池应用到物机，突破因锂电池局限导致物机在实际应用中可靠性低的瓶颈，这是本领域技术研究的方向。 物机是手机拓展应用到智慧物体的产物，其固定安装于智慧物体之上，随智慧物体的移动而移动，具有相对固定的特点；智慧物体与物机之间以数据通信为主，兼顾语音和视频；由于智慧物体的智慧不够，物机需要具备自检测GSM网络、电源的能力，对故障能实现自修复或报警，实现这些功能，储能介质是物机必备的。已知物机的储能介质是电池，手机使用的储能介质一锂电池是物机设计者沿用的依据。虽然有关手机上使用锂电池的配套充放电器件都非常成熟，但由于物机与手机的使用对象不同，也就是说物机的使用对象是智慧物体，手机的使用对象是人，智慧物体的智慧目前还无法与人相比，导致手机上普遍使用的锂电池在物机上应用存在严重的缺陷，成为提升物机可靠性指标的瓶颈。超级电容一直用于常规电容和电池之间的专门市场，随着更多新应用的发现，这一专门市场也在不断增长。在数据存储应用中，超级电容正在取代电池，包括3. 3V内存备份固态硬盘(SSD)、电池供电的便携式工业和医疗设备、工业警报器以及智能功率计。物机中GSM模块的VBAT采用3. 4V到4. 5V的单电源供电。在一些情况下，信号传输的猝发会导致电压跌落，这时电流损耗的峰值会达到2k,因此，电源必须能提供足够到2A的电流。由于超级电容的电压值很低(3V以下)，单个超级电容不能满足物机中GSM模块所需电压要求(3. 4V到4. 5V)，因此，需要两个超级电容进行串联才能满足。由于生产工艺的限制，超级电容在制造过程中无法做到材质的绝对均匀，导致各个超级电容单体参数的分散性。两个串联工作的超级电容，不同超级电容单体上电压存在差别，即过电压和欠电压两种不健康状态。过电压状态将缩短超级电容的寿命，严重时会发生爆炸，而处于欠电压状态的超级电容器，其容量不能充分利用，存在浪费。所以对物机使用的2个串联超能电容组必须引入均压技术，以提高超级电容组的可靠性和利用率，并延长超级电容的使用寿命。一种简单的解决方案是使用凌力尔特超级电容充电器方案，LTC3226是一款无电感的超级电容充电器，具有备份的电源通路控制器，使用2. 5-5. 5V的输入电源给两节串联的超级电容充电，并充电至2. 5-5. 3V的可编程超级电容充电电压。该器件的自动容量平衡和电压钳位功能可保持两节超级电容上的电压相等。但仔细分析LTC3226的电压钳位电路，发现它不适合在物机中应用，主要是 ①LTC3226充电泵配备用于将任意超级电容两端的电压限制为一个2. 65V的最大可容许预设电压的电路。利用它来解决物机使用超级电容作为存储介质的充电是可行的，但如果从物机电源系统总体考虑，由于LTC3226是通用器件，对于物机参数确定的应用，不仅需要通过阻容计算、调试后，才能确定LTC3226的外围电路配置，而且使用LTC3226的LDO稳压器的功率小等原因无法满足物机的供电需求，不使用LTC3226的LDO稳压器造成浪费。②LTC3226的价格偏高。
技术实现思路
针对以上问题本专利技术提供了一种充放电时间短、效率高、使用寿命长、清洁环保的新型超级电容电源系统。为了解决以上问题本专利技术提供了一种新型超级电容电源系统，其特征在于包括电源端子、电源适配模块、超级电容管理模块、电压监测电路、复位电路、降压电路、选择电路； 外接电源通过电源端子输入到电源适配模块，电源适配模块输出稳定的5V到超级电容管理模块、电压监测电路、复位电路和降压电路；超级电容管理模块向微处理器、三极管隔离电路和选择电路提供不间断的恒压电源3. 3V，通过微处理器控制输出满足GSM模块和三极管隔离电路所需的VBAT3. 6-4. 2V ;电压监测电路输出电源适配模块的输出状态到微处理器；复位电路根据电源适配模块的输出产生微处理器的复位信号；降压电路在电源适配模块输出时提供恒压电源3. 3V给选择电路；选择电路通过微处理器控制选择不间断的恒压电源3. 3V或恒压电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型超级电容电源系统，其特征在于：包括电源端子、电源适配模块、超级电容管理模块、电压监测电路、复位电路、降压电路、选择电路；外接电源通过电源端子输入到电源适配模块，电源适配模块输出稳定的5V到超级电容管理模块、电压监测电路、复位电路和降压电路；？超级电容管理模块向微处理器、三极管隔离电路和选择电路提供不间断的恒压电源3.3V，通过微处理器控制输出满足GSM模块和三极管隔离电路所需的VBAT3.6？4.2V；电压监测电路输出电源适配模块的输出状态到微处理器；复位电路根据电源适配模块的输出产生微处理器的复位信号；降压电路在电源适配模块输出时提供恒压电源3.3V给选择电路；选择电路通过微处理器控制选择不间断的恒压电源3.3V或恒压电源3.3V作为485模块、Zugbee模块和WIFI模块的电源。

【技术特征摘要】
1.一种新型超级电容电源系统，其特征在于包括电源端子、电源适配模块、超级电容管理模块、电压监测电路、复位电路、降压电路、选择电路； 外接电源通过电源端子输入到电源适配模块，电源适配模块输出稳定的5V到超级电容管理模块、电压监测电路、复位电路和降压电路；超级电容管理模块向微处理器、三极管隔离电路和选择电路提供不间断的恒压电源3. 3V，通过微处理器控制输出满足GSM模块和三极管隔离电路所需的VBAT3. 6-4. 2V ;电压监测电路输出电源适配模块的输出状态到微处理器；复位电路根据电源适配模块的输出产生微处理器的复位信号；降压电路在电源适配模块输出时提供恒压电源3. 3V给选择电路；选择电路通过微处理器控制选择不间断的恒压电源3. 3V或恒压电源3. 3V作为485模块、Zugbee模块和WIFI模块的电源。2.根据权利要求I所述的一种新型超级电容电源系统，其特征在于所述的超级电容管理模块，包括充电电路、平衡电路、超级电容、稳压电路、自动切换模块、控制开关、恒压电路； 5V与充电电路、稳压电路和自动切换模块相连，充电电路的输出与平衡电路相连，平衡电路的输出与超级电容和自动切换模块相连；稳压电路的输出与控制开关、恒压电路和自动切换模块相连；控制开关的输出VBAT是受控制的；恒压电路输出恒定的3. 3V。3.根据权利要求2所述的一种新型超级电容电源系统，其特征在于所述的超级电容的单节超级电容选择为30F。4.根据权利要求I所述的一种新型超级电容电源系统，其特征在于所述的充电电路采用CN3068、稳压电路采用MIC29302BU、自动切换模块和控制开关采用RF7416、恒压电路采用 SP6650、平衡电路采用 XC61CN2202MR 和 XP161A1355PR。5.根据权利要求2或4所述的一种新型超级电容电源系统，其特征在于所述的充电电路由E4、P3、E5和R6组成，E4的正端与P3的VCC相连并接到+5V，E4的负端与地连接；P3的FB和BAT与E5正端相连输出4. 2V，P3的TEMP、GND、E5的负端、R6的一端相连并接到地，P3的IR与R6的另一端相连。6.根据权利要求2或4所述的一种新型超级电容电源系统，其特征在于所述的平衡电路由 P6、P7、P8、P9、R13、R14、R15、R16 组成，BAT...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘镇阳，李文锋，许建华，陆敬筠，王养森，孙伟，王伟，刘辰成，刘德田，
申请(专利权)人：南京觅丹电子信息有限公司，
类型：发明
国别省市：