[发明专利]一种基于限压跟踪式的超级电容双闭环降压充电控制电路

说明书

本发明涉及一种基于限压跟踪式的超级电容双闭环降压充电控制电路，包括电源与驱动电路、检测与控制电路，具体包括超级电容S、PWM芯片I、电压运放、电流运放、检测运放、MOS管、电源稳压管、限压稳压管、驱动稳压管、二极管、电感、电源电容、限压电容、驱动滤波电容、电压滤波电容、电压正端电容、电压负端电容、电流负端电容、电流正端电容等。本发明具有动态恒流充电、高压供电时进行限压充电、低压供电时进行全压跟踪充电的功能，以确保超级电容在不同充电电源电压条件下的安全、可靠、快速的电压自适应充电控制，电路简单、成本低、可靠性高、通用性好，易于模块化、产品系列化。

技术领域

本发明属于工业测控领域，涉及一种电路，特别涉及一种基于限压跟踪式的超级电容双闭环降压充电控制电路，适用于使用超级电容储能、供电与控制的应用场合。

背景技术

超级电容在现代新能源储能、各类军民设备续航供电与控制方面，得到日益广泛的应用。超级电容应用技术中的一个重要问题之一就是超级电容的限压式快速充电控制问题，目前常用的方法及其存在的问题是：一是恒压式充电，电路简单，不足之处在于：初始充电电流冲击大无法控制，且过渡过程时间长；二是基于专用恒流恒压充电芯片的方案，充电控制的快速性好，不足之处在于：该方案适用的超级电容储能容量小，且要求超级电容的充电电压低于电路供电电压，供电条件没有得到充分利用，且现有方案中的电路较复杂，成本较高。因此，如何设计一种在超级电容额定电压约束下充分利用充电电源供电条件的高效、快速、安全的超级电容充电控制方案，特别是能适于新能源电力转换中的大容量储能应用场合，是本发明的出发点。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出基于限压跟踪式的超级电容双闭环降压充电控制电路。该电路以运行于PWM控制方式的大功率MOS管为充电过程的高效功率控制元件，以PWM电源芯片作为大功率MOS管的驱动电路，以满幅运放(rail to rail运放)为双闭环控制电路，具有动态恒流充电、高压供电时限压充电、低压供电时全压跟踪充电的功能，以确保超级电容在不同充电电源电压条件下的安全、可靠、快速的电压自适应充电控制。

本发明电路包括电源与驱动电路、检测与控制电路。

电源与驱动电路包括超级电容SC1、PWM芯片IC1、MOS管VT1、电源稳压管DW1、限压稳压管DW2、驱动稳压管DW3、二极管D1、电源电容C1、限压电容C2、驱动滤波电容C3、电压滤波电容C4、电感L1、限流电阻R1、上分压电阻R2、下分压电阻R3、驱动电阻R4、上输出电阻R5、下输出电阻R6、电流传感电阻Rs，电路供电电压端+Us端与限流电阻R1的一端、上分压电阻R2的一端、驱动电阻R4的一端、MOS管VT1的漏极端D端连接，限流电阻R1的另一端与辅助电源电压端+Vcc端、电源稳压管DW1的阴极、电源电容C1的一端连接，电源稳压管DW1的阳极、电源电容C1的另一端均与输入地端GND1端连接，上分压电阻R2的另一端与下分压电阻R3的一端、限压电容C2的一端、限压稳压管DW2的阴极、参考电压端Vref端连接，下分压电阻R3的另一端、限压电容C2的另一端、限压稳压管DW2的阳极均与输入地端GND1端连接，驱动电阻R4的另一端与PWM芯片IC1的供电输入端IN端、驱动稳压管DW3的阴极、驱动滤波电容C3的一端连接，驱动稳压管DW3的阳极、驱动滤波电容C3的另一端均与输入地端GND1端连接，PWM芯片IC1的使能端/ON端、地端GND端均与输入地端GND1端连接，PWM芯片IC1的输出端OUT端与MOS管VT1的栅极G端连接，PWM芯片IC1的反馈端FB端与电流运放IC3的输出端OUT端、电流负端电阻R13的一端连接，MOS管VT1的源极S端与电感L1的一端、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极、电流传感电阻Rs的一端均与输入地端GND1端连接，电感L1的另一端与上输出电阻R5的一端、超级电容SC1的正端+端、电路输出电压端+Uout端连接，上输出电阻R5的另一端与下输出电阻R6的一端、电压滤波电容C4的一端、电压反馈电阻R9的一端连接，超级电容SC1的负端-端、下输出电阻R6的另一端、电压滤波电容C4的另一端、电流传感电阻Rs的另一端均与输出地端GND2端连接。