[发明专利]一种基于超级电容的并联模式和串联模式切换电路

说明书

本发明公开一种基于超级电容的并联模式和串联模式切换电路，该电路包括触发模块(102)和阵列模块(103)。控制并联模式和串联模式切换的控制信号M(101)经触发模块(102)后得到第一驱动电压和第二驱动电压，第一驱动电压用于驱动切换电路以并联模式工作，第二驱动电压用于驱动切换电路以串联模式工作，实现了单一控制信号M(101)控制超级电容并联模式和串联模式的切换。通过使用基于超级电容的并联模式和串联模式切换电路对超级电容进行充放电，能够避免超级电容在串联充电过程中出现电压不均衡的情况，提高超级电容组的应用可靠性。

技术领域

本发明涉及微电子器件技术领域，具体涉及一种基于超级电容的并联模式和串联模式切换电路。

背景技术

超级电容是目前新兴的一种储能装置，其相比于传统的储能元件如铅酸电池等，具有能量密度大、功率密度大及可短时间放电等特点。但由于超级电容耐压低且同一生产批次的超级电容容量往往难以保证完全相同，因此，为了获得高电压的储能元件，需要将超级电容串联使用。若将电容容量不同的超级电容简单串联连接而不加保护时进行充放电，往往容易造成超级电容单体的过度充电与过度放电，甚至引起超级电容的爆炸并损坏电路。

为了使串联连接的超级电容不出现过压、过放的情况，目前采用如并联电阻法、并联稳压管法、开关电感法或飞渡电容法对每一个串联连接的超级电容单体的电压进行均衡。其中并联电阻法与并联稳压管法是将耗能元件直接并联在每一个超级电容单体的两端，以达到串联充放电时均衡电压的目的。但由于每一个超级电容单体都有耗能元件与之并联，能量利用率低，故这种方法并不具备很好的经济性。对于开关电感法与飞渡电容法，是利用电感或电容作为媒介，将电压不同的超级电容单体的能量进行均衡，但此种方法结构繁杂，设计难度大。因此，需要一种新型电路解决超级电容串联充放电时电压不均衡的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种基于超级电容的并联模式和串联模式切换电路，用于解决上述技术缺陷。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于超级电容的并联模式和串联模式切换电路，该电路包括触发模块和阵列模块，其中触发模块用于接收控制信号并输出第一驱动电压和第二驱动电压。

阵列模块包括超级电容C₀和与超级电容C₀级联的N个阵列单元，其中第k阵列单元包括超级电容C_k、用作开关元件的第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管，第一MOS管和第二MOS管由来自触发模块的第一驱动电压驱动，第三MOS管由来自触发模块的第二驱动电压驱动，以使每一阵列单元的超级电容C_k与超级电容C₀并联或串联，k、N为自然数，且1≤k≤N。

超级电容C₀的正极作为切换电路的输入/输出端，超级电容C_N的负极接地。

阵列模块的第k阵列单元中，第一MOS管的漏极与第k-1阵列单元超级电容C_k-1的正极相连，第一MOS管的源极与超级电容C_k的正极相连；第二MOS管的漏极与超级电容C_k-1的负极相连，第二MOS管的源极与超级电容C_k的负极相连；第三MOS管的漏极与超级电容C_k的正极相连，第三MOS管的源极与超级电容C_k-1的负极相连。

触发模块包括第一和第二输入端、直流电源和开关选择单元，开关选择单元包括第一光电耦合器和第二光电耦合器，其中第一光电耦合器的第一输入端与触发模块第一输入端相连，其第二输入端与触发模块第二输入端相连，其第一输出端与直流电源正极相连，其第二输出端输出第一驱动电压；第二光电耦合器的第一输入端与触发模块第二输入端相连，其第二输入端与触发模块第一输入端相连，其第一输出端与直流电源正极相连，其第二输出端输出第二驱动电压，直流电源负极接地。