一种超级电容快速充电装置的制作方法

本发明属于电路设计，具体涉及一种超级电容快速充电装置。

背景技术：

1、在一些要求掉电后保持短时间内运行的电子产品中，目前逐渐采用超级电容作为后备电源。但现有超级电容充电电路，多采用串联电阻限流方式进行恒电流充电，存在充电慢、效率低的问题。对于一些容量要求较大的应用场合(大于100f)，可能会需要对超级电容进行快速充满，比如10分钟内。采用恒功率充电可以提高充电速度，但是大多数现有的dcdc芯片无法适合这种应用场景，因为超级电容在充电起始阶段充电电流很大会触发dcdc芯片过流保护，无法进行正常工作。因此，现有技术中的充电装置一般难以满足超级电容快速充电的要求。

技术实现思路

1、为适应电路设计领域的实际需求，本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种超级电容快速充电装置，以提高超级电容的充电速度，实现较短时间内充满超级电容，同时对输入电流进行限流以提高电路安全性，保护电路的目的。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种超级电容快速充电装置，包括：直流转换芯片u2、采样电阻r7、三极管t1、mos开关管u1、反馈调节电路、扩流电路和均压电路；

3、所述直流转换芯片u2的引脚dri和引脚cs直接连接在一起形成双集电极短接复合模式，所述采样电阻r7的一端与电源输出端连接，另一端与三极管t1和mos开关管u1的输入端连接，三极管t1的输出端与mos开关管u1的基极连接，三极管t1的参考端与直流转换芯片u2的引脚dri连接；mos开关管u1的输出端通过储能电感l1与所述反馈调节电路和扩流电路的输入端连接，反馈调节电路的输出端与直流转换芯片u2的反馈引脚fb连接；待充电超级电容串联连接后一端通过储能电感l1与所述mos开关管u1的输出端连接，另一端接地；扩流电路和均压均压电路并联连接在所述待充电超级电容两端。

4、所述的一种超级电容快速充电装置，还包括：电容c5，所述电容c5的一端接地，另一端与直流转换芯片u2的引脚tc连接。

5、所述直流转换芯片u2的型号为uc33063ag，所述mos开关管u1的型号为wmq30p03t1。

6、所述的一种超级电容快速充电装置，还包括：止逆二极管ts1、续流二极管ts3，二极管vd1、电阻r1，所述止逆二极管ts1的阳极与电阻r7的输出端连接，阴极与三极管t1的集电极连接；所述电阻r1的一端与三极管t1的集电极连接，另一端与三极管t1的基极连接；所述三极管t1的基极与直流转换芯片u2的引脚dri连接，发射极与mos开关管u1的栅极连接；所述二极管vd1的阴极与三极管t1的基极连接，阳极与三极管t1的发射极连接；所述mos开关管u1源极与三极管t1的集电极连接，漏极与续流二极管ts3的阴极和储能电感l1的一端连接；续流二极管ts3的阳极接地，电感l2的另一端与所述反馈调节电路和扩流电路的输入端连接。

7、所述止逆二极管ts1和续流二极管ts3的型号为ss34。

8、所述反馈调节电路包括：电阻r3和电阻r5，所述电阻r3的一端通过储能电感l1与mos开关管u1的输出端连接，另一端通过电阻r5接地，所述电阻r3的另一端还与所述直流转换芯片u2的反馈引脚fb连接。

9、所述待充超级电容包括超级电容c1和超级电容c2，所述均压电路包括稳压芯片ts2、稳压芯片ts4、电阻r4、电阻r6、电阻r10、电阻r11、电阻r2、电阻r8；超级电容c1一端通过储能电感l1与mos开关管u1的输出端的输出端连接，另一端通过超级电容c2接地；所述电阻r4与电阻r6串联后并联在超级电容c1的两端，所述电阻r10与电阻r11串联后并联在超级电容c2的两端；所述稳压芯片ts2的阴极通过电阻r2与超级电容c1的一端连接，阳极与超级电容c1的另一端连接，参考端连接在电阻r4和电阻r6之间；所述稳压芯片ts4的阴极通过电阻r8与超级电容c2的一端连接，阳极与超级电容c2的另一端连接，参考端连接在电阻r10和电阻r11之间。

10、所述稳压芯片ts2和稳压芯片ts4的型号为me431laxg。

11、所述扩流电路包括：三极管v1、三极管v2、电阻r12、电阻r15、电阻r13、电阻r14、电阻r242、电阻r244；所述三极管v1的发射极通过储能电感l1与直流转换芯片u2的输出端连接，集电极通过并联连接的电阻r13和电阻r14与三极管v2的发射极连接，基极通过电阻r12与稳压芯片ts2的阴极连接；所述三极管v2的基极通过电阻r15与稳压芯片ts4的阴极连接，集电极通过并联连接的电阻r242和电阻r244接地。

12、所述三极管v1和三极管v2的型号为ss8550。

13、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

14、1、本发明提供了一种超级电容快速充电装置，通过在芯片外设置mos管作为开关管，通过双集电极短接复合形式，利用芯片内达林顿管驱动外部mos管导通或关断，可以提高芯片的开关电流；此外，通过在开关管的栅极源极之间设置三级管，可以快速泄放gs之间结电容电荷，有利于快速关断，提高外部开关管的动作可靠性；

15、2、本发明通过在电路中设置反馈调节电路，可以对充电输出电压进行调节和控制；提高了电路的兼容性。

16、3、本发明在超级电容两端设置电压基准芯片作为均压电路，可以实现多个串联电容的均压，有效延长超级电容的寿命，此外，电路中还设置了扩流电路，可以在超级电容接近充满阶段，均压电路电流稳压能力不足进行扩流，进一步地提高了电路的充电速度和安全性。此外，通过在电源输入端设置采样电阻，可以实现电路的限流。

17、4、本发明可以实现两个120f/2.7v的超级电容串联时在10分钟内充满，大大提高了超级电容的充电速度，而且电路结构简单，充电效率高、能量损耗少、成本低。

技术特征：

1.一种超级电容快速充电装置，其特征在于，包括：直流转换芯片u2、采样电阻r7、三极管t1、mos开关管u1、反馈调节电路、扩流电路和均压电路；

2.根据权利要求1所述的一种超级电容快速充电装置，其特征在于，还包括：电容c5，所述电容c5的一端接地，另一端与直流转换芯片u2的引脚tc连接。

3.根据权利要求1所述的一种超级电容快速充电装置，其特征在于，所述直流转换芯片u2的型号为uc33063ag，所述mos开关管u1的型号为wmq30p03t1。

4.根据权利要求1所述的一种超级电容快速充电装置，其特征在于，还包括：止逆二极管ts1、续流二极管ts3，二极管vd1、电阻r1，所述止逆二极管ts1的阳极与电阻r7的输出端连接，阴极与三极管t1的集电极连接；所述电阻r1的一端与三极管t1的集电极连接，另一端与三极管t1的基极连接；所述三极管t1的基极与直流转换芯片u2的引脚dri连接，发射极与mos开关管u1的栅极连接；所述二极管vd1的阴极与三极管t1的基极连接，阳极与三极管t1的发射极连接；所述mos开关管u1源极与三极管t1的集电极连接，漏极与续流二极管ts3的阴极和储能电感l1的一端连接；续流二极管ts3的阳极接地，电感l2的另一端与所述反馈调节电路和扩流电路的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的一种超级电容快速充电装置，其特征在于，所述止逆二极管ts1和续流二极管ts3的型号为ss34。

6.根据权利要求1所述的一种超级电容快速充电装置，其特征在于，所述反馈调节电路包括：电阻r3和电阻r5，所述电阻r3的一端通过储能电感l1与mos开关管u1的输出端连接，另一端通过电阻r5接地，所述电阻r3的另一端还与所述直流转换芯片u2的反馈引脚fb连接。

7.根据权利要求1所述的一种超级电容快速充电装置，其特征在于，所述待充超级电容包括超级电容c1和超级电容c2，所述均压电路包括稳压芯片ts2、稳压芯片ts4、电阻r4、电阻r6、电阻r10、电阻r11、电阻r2、电阻r8；超级电容c1一端通过储能电感l1与mos开关管u1的输出端连接，另一端通过超级电容c2接地；所述电阻r4与电阻r6串联后并联在超级电容c1的两端，所述电阻r10与电阻r11串联后并联在超级电容c2的两端；所述稳压芯片ts2的阴极通过电阻r2与超级电容c1的一端连接，阳极与超级电容c1的另一端连接，参考端连接在电阻r4和电阻r6之间；所述稳压芯片ts4的阴极通过电阻r8与超级电容c2的一端连接，阳极与超级电容c2的另一端连接，参考端连接在电阻r10和电阻r11之间。

8.根据权利要求7所述的一种超级电容快速充电装置，其特征在于，所述稳压芯片ts2和稳压芯片ts4的型号为me431laxg。

9.根据权利要求7所述的一种超级电容快速充电装置，其特征在于，所述扩流电路包括：三极管v1、三极管v2、电阻r12、电阻r15、电阻r13、电阻r14、电阻r242、电阻r244；所述三极管v1的发射极通过储能电感l1与mos开关管u1的输出端连接，集电极通过并联连接的电阻r13和电阻r14与三极管v2的发射极连接，基极通过电阻r12与稳压芯片ts2的阴极连接；所述三极管v2的基极通过电阻r15与稳压芯片ts4的阴极连接，集电极通过并联连接的电阻r242和电阻r244接地。

10.根据权利要求7所述的一种超级电容快速充电装置，其特征在于，所述三极管v1和三极管v2的型号为ss8550。

技术总结
本发明属于电路设计技术领域，公开了一种超级电容快速充电装置，包括直流转换芯片、直流转换芯片的引脚DRI和引脚CS直接连接在一起形成双集电极短接复合模式，采样电阻的一端与电源输出端连接，另一端与三极管和MOS开关管的输入端连接，三极管的输出端与MOS开关管的基极连接，三极管的参考端与直流转换芯片的引脚DRI连接；MOS开关管的输出端作为直流转换芯片的输出端与反馈调节电路连接，反馈调节电路的输出端与直流转换芯片U2的反馈引脚FB连接；待充电超级电容串联连接后一端与三极管T1的输出端连接，另一端接地；扩流电路和均压均压电路并联连接在待充电超级电容两端。本发明充电效率高、能量损耗少，充电时间短，成本低。

技术研发人员：崔健,董海涛,姜宇果,张立嘉,王宪贤
受保护的技术使用者：青岛东软载波科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/25