一种超级电容控制电路的制作方法

1.本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种超级电容控制电路。


背景技术：

2.在能源技术快速发展的当下，各种新能源技术乘此不穷，超级电容作为一种新型能源存储单元被广泛使用，超级电容拥有能量密度高，放电能力强等优点，缺点是单个容量较小，需要多个电容并联来增加容量。目前，超级电容主要应用在大型后备能源使用，其控制器体积巨大，相对的，也能给目标提供较长时间的后备能源供应。在机器人应用领域，部分设计使用了超级电容用以提供机器人主电源，都利用了超级电容功率密度较高的优点，而超级电容拥有优秀的充放电能力和较高的能量密度，但放电能力优秀这一点未能被很好的利用。


技术实现要素：

3.为克服现有技术存在的技术缺陷，本实用新型公开了一种超级电容控制电路。
4.本实用新型所述超级电容控制电路，包括串联在输入电压和地之间的第一开关管和第三开关管，串联在输出电压和地之间的第二开关管和第四开关管，所述第一开关管和第三开关管的公共端及第二开关管和第四开关管的公共端之间连接有电感，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管的控制端与控制器控制联接，所述输出电压端还连接有电容监测芯片，所述电容监测芯片与所述控制器信号连接。
5.优选的，所述第四开关管和地之间连接有检测电阻，所述电容监测芯片与所述检测电阻和第四开关管公共端连接。
6.优选的，所述控制器为stm32f334r6。
7.优选的，所述电容监测芯片为bq76pl455a。
8.优选的，所述控制器与各个开关管之间的控制端之间连接有栅极驱动器。
9.采用本实用新型所述的超级电容控制电路，通过控制器输出信号切换各个开关管状态实现电压升降的控制切换，并通过电压监测芯片反馈控制随时监视电容的状况并进行电压平衡，实现稳定的较大功率输出。
附图说明
10.图1为本实用新型所述超级电容控制电路的一种具体实施方式示意图；
11.图中附图标记名称为：c1-输入电容，c2-输出电容，q1-第一开关管，q2-第二开关管，q3-第三开关管，q4-第四开关管，g-栅极驱动器，l-电感。
具体实施方式
12.下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。
13.本实用新型所述超级电容控制电路，包括串联在输入电压和地之间的第一开关管
和第三开关管，串联在输出电压和地之间的第二开关管和第四开关管，所述第一开关管和第三开关管的公共端及第二开关管和第四开关管的公共端之间连接有电感，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管的控制端与控制器控制联接，所述输出电压端还连接有电容监测芯片，所述电容监测芯片与所述控制器信号连接。
14.使用时，输入电压端和地之间连接有输入电容c1，输入电容c1为超级电容，输出电压端和地之间连接有输出电容c2；控制器可选择stm32f334，stm32f334r6是意法半导体公司专为数控电源研发的32位高精度控制器，可产生高精度的pwm（脉宽调制）信号用以控制电容；可通过can总线与stm32f334进行连接和通信控制。
15.如图1所示给出一个具体实施方式，各个开关管均为nmos或npn管，充电状态时，由stm32f334的内置高精度定时器产生互补脉冲宽度调制（pwm）信号，pwm信号经由ucc27211 栅极驱动器将信号放大之后控制第一开关管q1和第三开关管q3互补开关，及电感l构成buck拓补结构；q2和q4则由stm32f334控制器输出的另一路信号控制，控制q2常闭，q4常开。所谓互补脉冲，即任何时候逻辑电平相反。
16.由输入电容c1提供的电源经过电感l和q1-q4组成的同步buck降压电路，通过控制第一开关管q1和第三开关管q3上pwm信号的占空比，使电容充电功率可控。
17.一个优选的检测方式为，所述第四开关管和地之间连接有检测电阻r，所述电容监测芯片与所述检测电阻和第四开关管公共端连接。
18.充电电流将在检测电阻r两端产生压差，由于检测电阻r一端接地，通过电容监测芯片检查该压差，即可监测电容的充电电压。输出电容c2的作用为整流滤波，并为输出电压提供高频回路。
19.电容监测芯片可采用德州仪器公司的bq76pl455a电池管理芯片以监视电容组的状态，该芯片最多可监视16节电容的状况，监视的状况包括等效串联电阻、电压、电流、温度、健康状态等数据，可通过pm-bus与stm32f334芯片通信。
20.放电时，四个开关管同时工作，由stm32f334控制器输出一对互补控制信号使第一开关管q1、第四开关管q4同步开关，第二开关管q2、第三开关管q3同步开关。
21.四个开关管与电感l构成同步boost升压电路，电容输出的电压经由boost升压，达到一个稳定的电压值以提供给底盘电机稳定的驱动电流。同样的，输出电流可经由r4两端的压差进行检测，使得放电功率可控。
22.boost升压第一阶段：第二开关管q2和第三开关管q3受控开启，电流从输出电容c2正极出发，经由稳压滤波之后，经由第二开关管q2和第三开关管q3斩波控制，流过电感l励磁，电能转化为磁能，升高势能，电流回路通过q3和检测电阻回到输出电容负极。boost升压第二阶段中，第二开关管q2、 第三开关管q3同步关闭，第一开关管q1、 第四开关管q4同步开启，电感l将存储的较高的势能释放出去，从而实现升压。
23.待命时，关断所有开关管以维持输入电容容量。
24.采用本实用新型所述的超级电容控制电路，通过控制器输出信号切换各个开关管状态实现电压升降的控制切换，并通过电压监测芯片反馈控制随时监视电容的状况并进行电压平衡，实现稳定的较大功率输出。
25.前文所述的为本实用新型的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加
组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型人的实用新型验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。


技术特征：
1.一种超级电容控制电路，其特征在于，包括串联在输入电压和地之间的第一开关管（q1）和第三开关管（q3），串联在输出电压和地之间的第二开关管（q2）和第四开关管（q4），所述第一开关管（q1）和第三开关管（q3）的公共端及第二开关管（q2）和第四开关管（q4）的公共端之间连接有电感（l），所述第一开关管（q1）、第二开关管（q2）、第三开关管（q3）、第四开关管（q4）的控制端与控制器控制联接，所述输出电压端还连接有电容监测芯片，所述电容监测芯片与所述控制器信号连接。2.如权利要求1所述的超级电容控制电路，其特征在于，所述第四开关管（q4）和地之间连接有检测电阻（r），所述电容监测芯片与所述检测电阻（r）和第四开关管（q4）公共端连接。3.如权利要求1所述的超级电容控制电路，其特征在于，所述控制器为stm32f334r6。4.如权利要求1所述的超级电容控制电路，其特征在于，所述电容监测芯片为bq76pl455a。5.如权利要求1所述的超级电容控制电路，其特征在于，所述控制器与各个开关管之间的控制端之间连接有栅极驱动器（g）。

技术总结
一种超级电容控制电路，包括串联在输入电压和地之间的第一开关管和第三开关管，串联在输出电压和地之间的第二开关管和第四开关管，所述第一开关管和第三开关管的公共端及第二开关管和第四开关管的公共端之间连接有电感，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管的控制端与控制器控制联接，所述输出电压端还连接有电容监测芯片，所述电容监测芯片与所述控制器信号连接。采用本实用新型所述的超级电容控制电路，通过控制器输出信号切换各个开关管状态实现电压升降的控制切换，并通过电压监测芯片反馈控制随时监视电容的状况并进行电压平衡，实现稳定的较大功率输出。实现稳定的较大功率输出。实现稳定的较大功率输出。


技术研发人员：冯琢成 张盈盈 李俊 李家伟 曾杰 罗健 吴宇
受保护的技术使用者：冯琢成
技术研发日：2021.10.25
技术公布日：2022/3/11