[发明专利]串联超级电容器自动均衡电路和均衡方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及集成电路领域，具体涉及一种串联超级电容器自动均衡电路和均衡方法。

 【背景技术】

目前超级电容器的单体电压都很低，一般低于3V，在实际应用中需要大量的串联使用，由于在应用中需要进行大电流充放电使用，因此串联的各超级电容器单体电压是否一致至关重要的。因串联超级电容器模组中各超级电容器单体的容量偏差，内阻的不一致性和漏电流的影响，会导致各超级电容器单体在模组中存在电压的不均衡，影响使用。严重的会使整个超级电容器模组损坏。

现有的一种均衡方式为在各串联超级电容器单体两端并联一个电阻进行均压，如图1，这种均衡方式的效果很差，不能有效的均衡，因电阻上会产生一定的漏电流，使整个超级电容器模组的漏电流增大，极大的影响应用。

另外一种串联超级电容器模组均衡电路的方式是：对每一个单体预设一个电压值，一但超级电容器的电压达到预设值时，会对超级电容器单体进行一定的放电，使其电压降低，从而达到保护超级电容器的目的，见图2。此电路的缺点为：放电的电流较小，均衡能力不足，效果不明显。同时因放电电流产生的热量会影响超级电容器的寿命。

 【发明内容】

为了解决上述问题，本发明提供一种串联超级电容器自动均衡电路。

本发明采用的技术方案是，构造串联超级电容器自动均衡电路，包括电阻R1，R2，R3，R4，电压检测单元，N沟道MOS管Q1，NPN型三极管Q2，光耦Q3，光耦Q4，控制单元，电阻R1、R2的一端分别连接光耦Q3的输入阳极、阴极，另一端均连接超级电容器的正极,电阻R3的一端连接超级电容器的正极，另一端连接光耦Q4的输出集电极，电阻R4的一端连接超级电容器的正极，另一端连接NPN型三极管Q2的集电极，电压检测单元的输入端1管脚、2管脚并联在超级电容器的正、负极之间，输出端3管脚连接N沟道MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的漏极连接光耦Q3的输入阴极，N沟道MOS管Q1的源极、NPN型三极管Q2的发射极均连接超级电容器的负极，NPN型三极管Q2的基极与光耦Q4的输出发射极连接，光耦Q3的输出端、光耦Q4的输入端均与控制单元连接；

还可以采用另一种方案，串联超级电容器自动均衡电路包括电阻R1，R2，R3，R4，电压检测单元，P沟道MOS管Q1，PNP型三极管Q2，光耦Q3，光耦Q4，控制单元，电阻R1、R2的一端分别连接光耦Q3的输入阴极、阳极，另一端均连接超级电容器的负极,电阻R3的一端连接超级电容器的负极，另一端连接光耦Q4的输出发射极，电阻R4的一端连接超级电容器的负极，另一端连接PNP型三极管Q2的集电极，电压检测单元的输入端1管脚、2管脚并联在超级电容器的正、负极之间，输出端3管脚连接P沟道MOS管Q1的栅极，P沟道MOS管Q1的漏极连接光耦Q3的输入阳极，P沟道MOS管Q1的源极、PNP型三极管Q2的发射极均连接超级电容的正极，PNP型三极管Q2的基极与光耦Q4的输出集电极连接，光耦Q3的输出端、光耦Q4的输入端均与控制单元连接。 

优选的，所述串联超级电容器自动均衡电路还包括与控制单元、超级电容器连接的开关元件。

优选的，所述NPN型三极管Q2型号是SS8050或所述PNP型三极管Q2型号是SS8550。

优选的，所述N沟道MOS管Q1型号是XP161A1355PR或所述P沟道MOS管Q1型号是FDZ661PZ。

优选的，所述电压检测单元型号是XC161AC12702MR。

优选的，所述光耦Q3、Q4型号是PC1817或TLP521-1。

优选的，所述控制单元型号是STC189C151RC1。

优选的，所述电阻R1、R2、R3、R4的阻值分别是300Ω、10Ω、2.2KΩ、2.2KΩ。

优选的，所述开关元件是继电器或开关。

本发明还提供串联超级电容器自动均衡方法，包括如下步骤：

S1：电压检测单元监测超级电容器温度或其两端电压；

S2：判断超级电容器温度或其两端电压是否超范围,如超范围将进行步骤S3，如未超范围，进行步骤S4；

S3：控制单元切断超级电容器的供电，控制光耦Q4导通;

S4：控制单元判断光耦Q4当前状态是否导通，如导通进行步骤S5，如未导通进行步骤S1;

S5：控制单元恢复超级电容器的供电，控制光耦Q4断开。