超级电容组充电解决大电容充电方案
超级电容恒流充电电路
超级电容恒流充电电路1. 引言随着科技的不断进步，电子设备在我们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。
然而，电子设备的电池寿命仍然是一个令人困扰的问题。
为了解决这个问题，科学家们不断努力寻找更加高效和可持续的充电方法。
超级电容恒流充电电路便是其中一种解决方案。
2. 超级电容简介超级电容（Supercapacitor），也被称为超级电容器或电化学电容器，是一种具有高能量密度和高功率密度的电子元件。
与传统电池相比，超级电容具有更高的充放电速率和更长的循环寿命。
它们通过在两个电极之间存储电荷来存储电能，而不是像传统电池那样通过化学反应来存储能量。
3. 恒流充电原理恒流充电是指在充电过程中，电流保持恒定。
超级电容恒流充电电路通过控制充电电流的大小，使得超级电容器可以以恒定的电流进行充电。
这种充电方式可以最大限度地减少充电时间，并提高充电效率。
4. 超级电容恒流充电电路的设计超级电容恒流充电电路的设计需要考虑以下几个关键因素：4.1 充电电流控制在超级电容恒流充电电路中，充电电流的控制是至关重要的。
通过选择合适的电流控制电路，可以确保充电电流恒定并且在超级电容器的承受范围内。
4.2 充电时间计算为了确定充电电路的充电时间，需要考虑超级电容器的容量和所需的充电电流。
充电时间可以通过充电电流和超级电容器的容量之间的关系来计算得出。
4.3 充电电压监测充电电路还需要具备充电电压监测功能，以确保超级电容器在充电过程中不会受到过电压的损害。
一旦充电电压达到设定的阈值，充电电路应该自动停止充电。
4.4 充电效率优化为了提高充电效率，充电电路可以采用一些优化措施。
例如，使用高效的充电电源和充电电路，以减少能量损失。
5. 超级电容恒流充电电路的应用超级电容恒流充电电路在许多领域都有潜在的应用价值。
以下是一些常见的应用场景：5.1 电动车充电系统超级电容恒流充电电路可以应用于电动车的充电系统中。
它可以提供快速、高效的充电，缩短充电时间，并提高电动车的续航里程。
如何为超级电容器组的储能进行充电
如何为超级电容器组的储能进行充电引言超级电容器（supercapacitor，SC）也被称为超电容器（ultracapacitor）和双电层（electric double-layer）电容器，通常用在各种电源管理应用当中。
在汽车应用中，如带有再生制动的启动-停止系统，SC能够提供重新启动内燃机时啮合（engage）起动器所需的能量，同时接受制动期间回收的动能。
超级电容器有很多好处，因为它们被充电和放电的次数能够显著多于传统铅-酸电池，并且也能够更迅速地吸收能量，而不会降低其预期寿命。
这些能力也使得SC对于工业备用电源系统、快速充电无绳电动工具和远程传感器具有很大的吸引力，为这些应用频繁更换电池是不切实际的。
本文介绍了与这些大电容充电相关的各种挑战，并告诉电源系统设计人员如何为后备储能评估和选择最佳的系统配置。
它通过所提供的波形和详细解释，来对SC充电器解决方案进行解析。
系统阐述在许多系统配置中都使用了超级电容组作为后备储能装置。
要开始使用，设计人员需要聚焦其能量存储配置，然后再决定能量在什么电压上进行能量存储。
解决方案的选择依赖于负载的功率和电压要求，以及SC 的能量和电压能力。
一旦确定了最好的解决方案，必须做出整体性能与成本之间的权衡。
图1示出了一种高效率解决方案的原理框图，其中的负载是需要调节输入电压（3.3V、5V、12V等）的器件。
48V主电源为正常运行中的开关稳压器2（SW2）供电，而同时通过开关稳压器1（SW1）以25V电压为SC组充电。
当主电源断开时，则SC组为SW2供电，以保持负载在不中断的前提下运行。
图字：主电源开关稳压器1 无源或有源平衡无源或有源平衡无源或有源平衡超级电容器组开关稳压器2 3.3V、5V、12V等负载图1：使用超级电容器组的电池后备系统范例框图系统设计与挑战一旦选择了一种SC单元，系统设计人员就必须选择将每个SC单元被充电时的目标电压，这是基于SC的额定曲线来完成的。
超级电容充电方案
超级电容充电方案引言超级电容（也称为超级电容器或超级电容电池）是一种能量存储装置，具有高容量、高能量密度、高电流输出和长寿命的特点。
在许多应用中，超级电容在充电方案中起到重要作用。
本文将探讨一种针对超级电容的充电方案，以提供高效、可靠和安全的充电解决方案。
背景超级电容充电是将电荷存储在正负极板之间的过程。
根据超级电容的特性，其电荷和放电速度很高，因此需要采用一种合适的充电方案，以确保充电效率和电池寿命。
充电方案步骤一：选择适当的电源在选择适当的电源时，应考虑超级电容的额定电压和最大充电电流。
通常，充电电压应略高于超级电容的额定电压，以确保充电的稳定性。
同时，充电电流应限制在超级电容的最大充电电流范围内，以避免对电池造成损害。
步骤二：充电电路设计设计一个合适的充电电路可以确保充电的效率和安全性。
以下是一个基本的超级电容充电电路设计示例：+---------+ +------------+ +--------+| | | | | |电源电压 ----+--| 电源 +-----+ 电荷控制 +-----+ 超级电容 || | 控制 | | 电路 | | || +---------+ +------------+ +--------+|| +---------+| | |充电电流 ----+-------------+ 充电 || | 电路 || +---------+|| +---------+| | |接地线 ----+-------------+ 接地 || 电路 |+---------+充电电路由电源控制电路、充电电路和接地电路组成。
电源控制电路控制电源的输出电压和电流，并为充电电路提供足够的电量。
充电电路负责将电流传送到超级电容中，以实现充电。
接地电路能够提供一个可靠的接地连接，以确保充电过程的安全性。
步骤三：充电管理系统在超级电容充电方案中，充电管理系统应该被集成。
充电管理系统可以监测超级电容的电压和充电电流，并根据需要调整充电电流和电压。
多模式超级电容充电电路设计.
论文题目：多模式超级电容充电电路设计专业：微电子学本科生：珏萱（签名）___________指导教师：师之授（签名）___________摘要超级电容是一种介于传统电容器与蓄电池之间新型储能设备，具有可快速充电、大容量、工作温度范围宽、节能环保、寿命长等优点。
因此各国都加大了对超级电容的研究力度，被广泛应用于消费电子、太阳能发电、后备电源等方面，尤其是在电动汽车领域的研究应用受到全球的广泛关注。
如何快速高效的给超级电容进行充电，成为了新的研究的热点，本论文结合相关研究结果对多模式充电电路的整体设计方案进行了分析和设计。
目前对超级电容进行充电的方式主要有恒流充电、恒功率充电、恒流转恒压充电、脉冲电流充电以及恒压充电等。
本论文结合国内外对超级电容充放电原理及特性的研究结果，设计了具有恒流、恒功率以及恒压三种组合转换模式的充电电路，硬件电路包括Buck变换电路、PWM波驱动控制电路、充电模式控制电路，在对超级电容进行充电的同时，通过采样电路，将采样信号反馈给控制电路，实现三种充电模式转换，这样可以有效的解决在单一充电模式下的不足之处，在一定程度上提高超级电容的充电效率。
对所设计的多模式充电电路的输出电流、输出电压等参数进行了测试，所得到的测试结果表明，多模式充电电路能够实现三种充电模式组合转换，达到预期的设计要求。
关键词：超级电容，Buck变换器，PWM，多模式充电Subject: Multi-Mode Super capacitor charging circuit designSpecialty: Microelectronics Science and EngineeringName: JueXuan (Signature) ___________ Instructor: ShiZhishou (Signature) ___________ABSTRACTSuper capacitor is a range of new energy storage device between conventional capacitors and batteries, it has a fast charge, high-capacity, wide operating temperature range, energy saving, long life advantages. So countries have increased the research efforts of the super capacitor, it is widely used in consumer electronics, solar power, backup power and other aspects, especially all around the world is concerned about the field of electric vehicles application widely. How to quickly and efficiently charge the super capacitor, has become a new focus of research, this article combines research results on the multi-mode charging circuit design scheme and design are analyzed.Currently the super capacitor is charged mainly constant current charging mode, constant power charge, the constant flow of constant voltage charging, pulse current charging and constant voltage charging. Currently the super capacitor is charged mainly constant current charging mode, constant power charge, the constant flow of constant voltage charging, pulse current charging and constant voltage charging. Hardware circuit includes a Buck conversion circuit, PWM wave drive control circuit, the charging mode control circuit, At the same time the super capacitor is charged, by sampling circuit, the sampling signal back to the control circuit, converting three charge modes, which can effectively solve the shortcomings in a single charging mode, to some extent, improve the super capacitor charging efficiency.The design of multi-mode charging circuit output current, output voltage and other parameters were tested, the test Results show that the multi-mode charging circuit can achieve three charging modes to convert combination to achieve the desired design requirements.Key words: super capacitance, buck converter, PWM, multi-mode charge目录第1章绪论 (5)1.1 超级电容的研究背景及意义 (5)1.2超级电容的研究现状及发展趋势 (5)1.3 超级电容充放电原理 (6)1.3.1双电层电容原理 (6)1.3.2法拉第准电容原理 (7)1.4超级电容的充电方式 (7)1.4.1恒流充电 (8)1.4.2 恒功率充电 (9)1.4.3 恒压充电 (9)1.5课题的研究内容 (10)第2章多模式超级电容充电电路设计方案 (11)2.1总体电路设计方案 (11)2.2主电路设计案 (11)2.2.1Buck变换器的组成 (11)2.2.2Buck变换器工作原理 (12)2.2.3 功率MOSFET工作原理 (12)2.2.4 功率二极管工作原理 (13)2.3多模式充电电路设计方案 (13)2.3.1 充电模式控制电路原理 (14)2.4PWM控制电路设计 (15)2.4.1TL494引脚配置及其功能 (15)2.4.2TL494外围电路的设计及原理 (16)2.5 放电欠压保护电路设计 (17)2.5.1 放电欠压保护电路工作原理 (17)2.5.2TL431功能介绍 (18)2.5.3LM2903功能介绍 (19)2.5.4NMOSFET工作原理 (20)2.6 本章小结 (20)第3章硬件电路参数设计 (21)3.1主电路器件参数设计 (21)3.1.1Buck变换器开关管的选择 (21)3.1.2Buck变换器储能电感的选择 (21)3.1.3Buck变换器滤波电容的选择 (22)3.1.4Buck变换器续流二极管的选择 (22)3.2PWM驱动电路器件参数设计 (22)3.3多模式充电电路器件参数设计 (24)3.3.1 恒流充电电路参数计算 (24)3.3.2 恒功率充电电路参数计算 (25)3.3.3 恒压充电电路参数计算 (25)3.3.4 放电欠压保护电路参数计算 (26)3.5 本章小结 (27)第4章电路调试与测试 (28)4.1TL494输出测试 (28)4.2 多模式充电电路输出测试 (31)4.2.1 恒流充电结果测试 (31)4.2.2 恒功率充电结果测试 (32)4.2.3 恒压充电结果测试 (33)4.2.2 放电欠压结果测试 (33)4.3 本章小结 (34)第5章结论与展望 (35)5.1 结论 (35)5.2 展望 (35)5.3 心得体会 (35)致谢 (37)参考文献 (38)附录 (39)附录一整体电路图 (39)附录二硬件测试环境 (41)第1章绪论1.1 超级电容的研究背景及意义随着经济的发展，人口数量持续增长，人们对能源的需求量日益增加，但是传统化石能源的不可再生性，使得传统化石能源消耗殆尽已成必然趋势。
超级电容充电方案
超级电容充电方案引言超级电容是一种能够在很短时间内储存和释放大量电荷的电池，其具有高功率密度和长寿命的特点。
充电是超级电容器使用的重要环节，一个有效的充电方案能够更好地发挥超级电容器的优势。
本文将介绍超级电容充电方案的原理和常用的充电方式，以及一些注意事项。
超级电容充电原理超级电容的充电原理基于电荷储存在电容器的两个极板之间的原理。
充电过程中，电荷从一个极板移到另一个极板，当电荷储存到一定程度时，超级电容器即充满电。
超级电容器的充电过程可以通过控制电流和电压来实现。
常用的超级电容充电方式恒流充电方式恒流充电方式是一种常用的超级电容充电方式。
充电过程中，通过限制充电电流的大小，使超级电容器的电流保持不变。
这种充电方式可以快速充满超级电容器，但需要注意控制充电电流的大小，以避免过高的电流损坏超级电容器。
恒压充电方式恒压充电方式是另一种常用的超级电容充电方式。
充电过程中，通过控制充电电压的大小，使超级电容器的电压保持不变。
这种充电方式可以保护超级电容器不受过高的电压影响，但充电时间较长。
恒功率充电方式恒功率充电方式是一种综合了恒流充电和恒压充电的充电方式。
充电过程中，通过控制充电电流和电压的大小，使超级电容器的功率保持不变。
这种充电方式可以兼顾充电时间和充电效率。
超级电容充电方案的注意事项电流和电压控制在选择超级电容充电方案时，需要注意控制充电电流和电压的大小，以避免过大的电流和电压对超级电容器的损坏。
温度控制超级电容器的充电过程中会产生一定的热量，需要注意对超级电容器的温度进行控制，避免温度过高对超级电容器的性能产生负面影响。
充电时间不同的充电方式和充电参数会对充电时间产生影响，需要根据实际需求合理选择充电方式和充电参数，以满足充电时间的要求。
结论超级电容充电方案是使用超级电容器的关键环节，恰当的充电方式和充电参数能够更好地发挥超级电容器的优势。
本文介绍了超级电容充电的原理和常用的充电方式，以及一些注意事项。
超电容的技术进展及应用实例与解决方案
超电容的技术进展及应用实例与解决方案在研发超电容时，人们并没有发现什么新的物理定律。
实际上，有关超电容的原理仍然要追溯到德国物理学家赫尔姆霍兹。
与普通电容器一样，超电容也是采用在两个“极板”之间储存电荷的形式来储存能量的。
电容值的大小与极板的面积以及两极板之间所用的介电材料成正比，与两极板之间的距离成反比。
但是，超电容的原理有所不同。
在用超电容实现巨大的电容之前，我们就已经掌握了电解化学(electrolytics)的原理。
超电容不是电解化学，但是了解电解化学有助于我们认识超电容这一新型的技术。
之所以称之为电解化学，是因为它的一个(或两个)“极板”是在金属衬底的表面形成的非金属电解质。
在制造过程中，电压驱动电流从阳极金属板通过导电的电镀槽流向阴极。
这样就会在阳极的表面产生一层绝缘的金属氧化物——电介质。
在电解化学中，当把电极浸入到电解溶液中时，会在电极分界面上出现电荷累积和电荷分离的现象。
电解液中反向带电离子的累积补偿了电极表面的剩余电荷。
这一分界面称为赫尔姆霍兹层(Helmholtz layer)。
超电容的结构不再是那种中间填充介电材料的平板电极(或者卷成管状的平板电极)结构——就像三明治中间的花生酱。
在超电容中，电荷的充/放电发生在电解质中多孔碳精材料或多孔金属氧化物之间的分界面上。
Helmholtz层引起了一种称为双层电容的效应。
当把一个直流电压加载到超电容中多孔碳精电极的两端，用于电荷补偿的阳离子或阴离子就会在带电电极周围的电解液中发生累积。
如果分界面上不出现电子迁移，那么“两层”分离的电荷(金属一侧的电子或电子空穴，以及界面边界电解液一侧的阳离子或阴离子)就会出现在分界面上(如图1所示)。
图1：超电容实质上包含两个极板和一块悬挂在电解液中的隔板。
正极板吸引电解液中的阴离子。
负极板吸引阳离子。
这形成了所谓的电化学双层电容(EDLC)，其中具有两层电容式存储结构。
Helmholtz-region电容的大小取决于多孔碳精电极的面积以及电解液中的离子容量。
超级电容充电方案
超级电容充电方案概述超级电容器，也被称为超级电容，是一种能够储存大量电荷并快速放电的电子器件。
其具有高能量密度、长寿命、快速充放电速度等优点，因此在各个领域的电子设备中得到了广泛应用。
本文将深入介绍超级电容充电方案，包括充电原理、充电技术与策略等内容。
充电原理超级电容器的充电原理是通过将电流流入电容器的电极，将电荷储存在电容器的电介质中。
由于电容器内部的电介质具有高吸附性，能够吸附大量电荷，因此能够存储大量的电能。
充电过程中，电流从电源经过控制电路流入电容器的正极，使电容器内部的电荷逐渐增加，直到达到设计要求的电荷量。
充电技术1. 直流充电：直流充电是最常见的超级电容充电技术。
通过连接超级电容器与直流电源，将电流直接注入超级电容器，使其充电。
直流充电具有简单、成本低等优点，适用于大多数超级电容充电场景。
2. 脉冲充电：脉冲充电是一种特殊的超级电容充电技术，其通过一系列周期性的脉冲电流将电容器充放电。
脉冲充电具有充电速度快、能量传递效率高等特点，适用于对充电速度有较高要求的场景，如电动车充电。
3. 恒流充电：恒流充电技术是一种通过控制充电电流大小使电容器充电速度稳定的充电方法。
在恒流充电过程中，充电电流会根据电容器的电压变化进行调整，以维持一个恒定的充电速度。
恒流充电技术能够保证超级电容器充电过程中的稳定性和安全性。
充电策略1. 先充电前放电：为了提高超级电容器的充电效率和性能，一种常见的充电策略是在充电之前进行放电。
通过将超级电容器完全放电，能够提高电容器的电荷容量和充电效率。
然后再进行充电，可以使充电过程更加高效。
2. 多级充电：多级充电是指将超级电容器的充电过程分为多个阶段进行。
每个阶段都设定一个适当的充电电流和电压范围，以确保充电过程的稳定和安全。
通过多级充电可以提高充电效率，并减少对电容器的损害。
3. 温度控制充电：超级电容器的充电过程中，温度的变化会对充电效率和容量等性能产生影响。
因此，采用温度控制充电策略可以更好地控制充电过程中的温度变化，提高充电效率和电容器的寿命。
大功率超级电容快速充电装置技术方案探讨
据 ＶＳ Ｃ 的运 行 原 理 ，流 过直 流 侧 的电 流 为 变 化剧 烈 的脉 冲 电流 ，为 防 止 储 能 元 件频繁充放电 ，需加入直流滤波元件 ；
同样 ，交 流 侧 也需 要设 置滤 波 器 来 抑 制 Ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ Ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ， 输 出 电 流 谐 波 含 量 与 调 节 装 置 响 应 速 电容 组 ，计 算 最 高 工 作 电 压 ９ ２ ８ ． ８ ，据 压 源变 流 器 （ 此 确 定 输 出 充 电最 高 电压 ：９ ５ ０ Ｖ，输 出 Ｖ Ｓ Ｃ ）为 主 。大容 量 Ｐ Ｃ Ｓ 交 流侧 要接 入 电 率 。 压 等级 较高 的 电 网 ，而 超 级 电 容 组 的 端 为增 加 装 置 的容 量 ，储 能 系 统 将 两 电压 可 在 ０ ～ ９ ５ ０ Ｖ 可调 。根 据 充 电 时间 要 组 电容 并联于 Ｖ Ｓ Ｃ 直 流侧 。 由于 各并 联 求 ，充 电额定 功率 ：８ ０ ０ ｋ Ｖ Ａ ，最 大充 电 电压 却难 以达 到相 应 的 电压等 级 。Ｐ Ｃ Ｓ 装
工 业 技 术
大功率超 级 电容快 速充 电装置 技术 方案探讨
邢 甲第
（ 中铁 电气＿ ７ － ２有限公 司，北京 １ ０ ０ ０ ３ ６ ）
摘 要 ：对 有轨 电车超 级 电容组 大功 率 快速 充 电装 置技 术 方案进 行 分析研 究 ，以确 定充 电装 置的 主 电路 拓 扑方 案 。 关 键词 ：大功 率 ；超 级 电容 ；充 电 中图分 类号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文 献标 识码 ：Ａ
电流 ：１ ８ ０ ０ Ａ。 ２工频 变 压器 拓扑
置必须通过适 当的降压措施接入 。 电容 组 的参 数 不 可 能 完 全 一 致 ，不 可 避 采 用 变 压 器 降 压 接 入 是 解 决 ＶＳ Ｃ 免地会产生环流或充放 电不均等问题 。 超级 电容 充 电装 置 实 际 上 是 由变 压 直 流侧 与交 流侧 电压 不 匹 配 的最 常 用 方 同 时 ，较 低 的 电压 意 味 着 更 大 的 充 放 电
超级电容的充电方式
超级电容的充电方式 Hessen was revised in January 2021随着动力电池的发展和应用，动力电池的充电技术也应运而生，目前所采用的比较传统的充电方式有恒流充电和恒压充电。
恒流充电是在充电过程中，全程采用恒定不变的电流进行充电，一般适用于在电流不大的情况下，进行长时间充电；恒压充电则是采用动力电池可接受的恒定的电压进行充电；之后又出现了上述两种充电方式的组合模式，如恒流限压充电(充电到限定电压后，通过减小充电电流限制电压上升)、恒压限流充电(充电电压恒定，充电电流始终小于限定的电流值)先恒流后恒压充电(先恒定电流充电，当充电到指定电压时转为恒定电压充电)等，因为这些方式没有比较准确的控制而且模式比较单一，在充电时间、充电效率等方面并不十分理想；但由于所需控制量少、实现简单，这些方式在很多场合下仍被采用[31]。
由于动力电池存在固有的可接受充电电流曲线，随着充电时间的增加，可接受充电电流随之减少，因此采用恒压或恒流的充电方式，充电过程始终小于或大于电池可接受的充电电流的状态下进行，从而降低了充电效率，延长了充电时间。
因此根据动力电池的自身充电规律，可以把充电过程细分为若干阶段，各个阶段采用不同的充电模式，或者根据电池的不同状态，采用相应的充电模式，使整个充电过程更符合动力电池的充电特性。
研究表明这种方式可以有效地减小充电时间、提高充电电量，但该方式控制方式比较复杂，通用性不强[32]。
脉冲充电方式也是常用的充电模式之一。
脉动式充电是指充电电流或电压以脉冲的形式加在蓄电池两端进行充电，可以缩短充电时间，增大充放电容量，减少电池发热，提高充电效率。
有实验表明[33][34]如果可以提供正、负相间的电流脉冲，就能增加动力电池的循环使用次数，延长使用寿命。
但现有的脉冲充电器的充电脉冲宽度和间歇时间大多是固定的，无法根据充电状态进行相应的改变（可否考虑PWM），因此充电效果受到了影响。
大功率超级电容快速充电装置技术方案探讨
大功率超级电容快速充电装置技术方案探讨作者：邢甲第来源：《中国新技术新产品》2015年第18期摘要：对有轨电车超级电容组大功率快速充电装置技术方案进行分析研究，以确定充电装置的主电路拓扑方案。
关键词：大功率；超级电容；充电中图分类号：TP273 文献标识码：A1 充电装置主要参数根据外电源要求，超级电容快速充电装置输入电压：10kVac。
充电对象是由344个单体电容容量7000F、最高工作电压2.7V电容串联，再两串并联的超级电容组，计算最高工作电压928.8，据此确定输出充电最高电压：950V，输出电压可在0～950V可调。
根据充电时间要求，充电额定功率：800kVA ，最大充电电流：1800A。
2 工频变压器拓扑超级电容充电装置实际上是由变压器、无源元件和电力电子器件组成的连接电网和超级电容组的系统（也可称为能量转换系统 Power Conversion System， PCS），是超级电容储能系统的重要组成部分，它承担着超级电容组从交流电网快速吸收能量的任务，如图1所示。
在电容侧，PCS需要满足电容能量管理及充电指标的要求，在电网侧，包括谐波、功率因数和电压偏差等运行与响应特性也都需要由 PCS实现。
由于超级电容的电压源特性，PCS的结构以电压源变流器（Voltage Sourced Converter， VSC）为主。
大容量 PCS交流侧要接入电压等级较高的电网，而超级电容组的端电压却难以达到相应的电压等级。
PCS装置必须通过适当的降压措施接入。
采用变压器降压接入是解决 VSC直流侧与交流侧电压不匹配的最常用方法，目前国际上各种电池储能工程多是在此基础上设计的。
传统大容量 PCS的结构如图2所示，储能元件作为稳定的电压源，直接与 VSC的直流侧相连。
由于 VSC输出电压的峰值受储能元件端电压限制，故其交流侧多为较低的电压等级，再经由升压变压器接入中压配电网。
根据 VSC的运行原理，流过直流侧的电流为变化剧烈的脉冲电流，为防止储能元件频繁充放电，需加入直流滤波元件；同样，交流侧也需要设置滤波器来抑制输出电流谐波含量与调节装置响应速率。
超级电容充放电控制电路
摘要：超级电容是一种新型的储能元器件，它相比其它储能元器件有很多优势，比如比功率高、充电速度快、放电电流大、使用寿命长、不污染环境等。
其具有很大的发展前景，但由于超级电容个体电压不高，在实际应用过程中就需要将多个超级电容器串并联起来使用。
超级电容在充放电过程中，由于其参数存在离散型，即使是同一型号同一规格的超级电容器在其电压内阻、容量等参数上都存在一定的差异。
这样容易导致某些超级电容器过充或者过放，影响超级电容的使用寿命和系统的稳定性。
同时，超级电容器在充放电过程中，超级电容器电池组两端的电压会逐渐下降，尤其经过长时间大电流放电，电压下降明显，会直接影响负载的工作稳定性。
因此研究超级电容充放电控制电路对提高超级电容的使用寿命和系统稳定性十分重要。
本文主要对超级电容器电池组采取电压均衡和放电稳压就行设计研究。
超级电容器的充放电控制电路有恒压、恒流等。
放电稳压有稳压管稳压、三极管反馈稳压、集成芯片稳压等等方式。
联系到将超级电容用作后备电源，针对实际应用列出了详细的设计步骤和研究方案。
关键词: 超级电容电压均衡放电稳压1 绪论1.1 课题研究背景及意义1.1.1 课题研究背景当今社会由于石油、煤炭等传统能源日益枯竭，并且这些燃料燃烧对生态环境已经造成了严重的污染。
目前人们研究的层次还是局限于油、气混合动力燃料电池、化学电池的研究。
虽然其研究成果取得了一定的成就但是他们的缺点也日益暴露出来比如：使用寿命短、温度特性差、充放电速度慢、放电电流小、对环境仍有一定的污染等。
所以人们迫切希望能够找到一种绿色环保的储能装置代替传统的储能装置。
而超级电容器是上个世纪80年代初出现的新产品，是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能器件。
它有其功率高、充电速度快、储存能量大、放电电流大、使用寿命长、免维护等优点。
随着便携式电气设备的普及，超级电容在电动汽车的研发、UPS电源、数码产品电源的发展获得了极大的应用。
1.1.2 课题研究意义超级电容器的单体电压不高，一般只有1V—4V，在实际的应用中通常根据需要将超级电容器串并联起来使用。
超级电容技术原理及使用方法
超级电容技术原理及使用方法早晨起床，给手机充电只要一分钟，便可将电充满。
这不是做梦!以电双层为代表的大容量电容器，以超级电容的名字已经有了20年以上的商品化历程，近年来，更是在大容量、高耐压方面有了惊人的进步，成为蓄电池辅助蓄电装置，甚至取代蓄电池。
大容量电容器中，除电双层型以外，尚有混合型(锂系电容器)和氧化还原型两种。
电双层型的耐压为2～3.3V，而混合型(锂系)耐压为3.6～4.2V。
由于大容量电容器的蓄电能力是以耐压值的平方数增加(U=CV~(2)／2)，所以提高耐压值可使蓄电能力快速提高。
电双层型大容量电容器(以下称超级电容)的容量可做到100F(法拉)以上，内阻仅1mΩ，而锂系已经有单体达10000F的大容量电容器，将成为下一代蓄电装置。
因在充电时电解液中的正离子被电子吸引、而负离子被空穴吸引，于是分别在正、负电极和电解液的接触面形成两个绝缘层并产生了电位差。
充电完成后，其形态犹如两个串联的电容器，被称为电双层电容器。
在放电时，电子和空穴并不结合，而是释放正、负离子到电解液中。
显然，电极和电解液接触面积大的，其容量也大。
与充电电池相比，超级电容没有化学反应，具有不发热、无劣化、高效率、长寿命的优点。
在将多个超级电容串联起来组成更大容量组件的场合，各个超级电容的容量、初始电压、内阻都不会相同，因而即使用相同的电流充电，充满电的时间也是不同的。
因此有必要设置防止过充电的监控电路，即并联监控电路。
监控电路，每个电容并联一个稳压二极管，起分流作用。
由于稳压二极管不能细调稳压值，并联监控电路采用电子电路较好，每个电容需并联一个此电路。
当电容两端电压高于设定的分流电压时，并联监控电路的晶体管就流过多余的电流，通过保护电阻R4转化为热量散出；相反则流过的电流减少。
多个电容组成的组件，制成之后只要存放一个月以上，由于各电容的容量和泄漏电流的误差，就会形成不同的端电压，充电时就不能同时达到满充电。
而如果在并联监控电路的限制电流以上充电，就可能超过某些电容的耐压。
超级电容方案
超级电容方案超级电容方案简介超级电容是一种高容量的电容器，可以将电能存储在其电极之间的高表面积区域中。
它可以通过电荷和放电的循环使用来实现长时间的能量存储和释放。
超级电容器在工业、汽车和可穿戴设备等领域具有广泛的应用，其高功率密度和长寿命使其成为能量存储和供电的理想选择。
本文将介绍超级电容器的基本原理、优势以及在不同领域的应用。
基本原理超级电容器的基本构造包括两个电极、分隔电解质和一个电解质。
通常，两个电极之间的表面积非常大，这增加了电容的容量。
电解质通常是一种导电液体，形成了电容器的电介质。
当电压施加在超级电容器的电极上时，电荷在电极和电解质之间存储，形成了一个电荷分离层。
这个分离层允许双电层电容器的电荷存储在电解质和电极之间的界面上。
优势超级电容器相比传统电池和普通电容器具有许多优势：1. 高功率密度：超级电容器可以以很高的功率充电和放电，常常用于提供瞬间高功率需求的应用，例如电动车辆的启动。
2. 长寿命：由于没有化学反应和腐蚀问题，超级电容器的寿命较长，可以进行数百万次的循环充电和放电。
3. 温度范围广：超级电容器在-40°C到65°C的温度范围内都能正常工作，适用于各种环境条件。
4. 环保可靠：超级电容器无需使用有害物质，减少了对环境的污染。
此外，它们具有高度稳定性和可靠性。
应用领域工业- 能量储备：超级电容器可以储存电能，以供应高功率负载需求或平衡供电波动。
- 动力因子校正：超级电容器可以作为动力因子校正装置，改善传输效率，减少能源浪费。
- 电网平衡：将超级电容器与太阳能电池板或风能发电机相结合，可以平衡电网的电力波动和峰值需求。
汽车- 启动系统：超级电容器可用于汽车的起动系统，提供短时间内需要的高功率。
- 刹车能量回收：超级电容器可以回收车辆刹车过程中产生的能量，并在加速时释放。
- 辅助电源：超级电容器可以用于提供稳定的电源以供应车辆内部的电子设备。
可穿戴设备- 移动电源：超级电容器具有高功率密度和长寿命，可以作为移动电源在可穿戴设备中使用。
2.7v超级电容充电电路图大全(三款模拟电路设计原理图详解)
2.7v超级电容充电电路图大全（三款模拟电路设计原理图详解）本文讨论了有关为这些大电容充电的挑战，并向电源系统设计工程师介绍了如何评估和选择适合后备能量存储应用的最佳系统配置。
文中介绍了一种超级电容充电器解决方案范例，并提供了波形和详细解释。
系统详述许多系统配置都使用超级电容组作为后备能量存储组件。
一开始，设计工程师需要确定其能量存储配置目标，然后决定可用多大电压来存储能量。
解决方案选择取决于负载的功率和电压要求，以及超级电容的能量和电压能力。
在确定了最佳解决方案后，还必须对整体性能与成本进行平衡。
图1显示了一种高效率解决方案的框图，其中的负载是需要稳定输入电压（3.3V、5V、12V 等）的器件。
48V主电源为正常工作的开关稳压器2（SW2）供电，同时通过开关稳压器1（SW1）为超级电容组充电，使其电压达到25V。
当主电源断开时，超级电容组向SW2供电，以维持负载的连续运行。
选定超级电容后，系统工程师还必须选择为超级电容充电的目标电压，其根据是超级电容的定额曲线。
大多数超级电容单元的额定电压范围为室温下 2.5V-3.3V，此额定值在更高温度时下降，随之带来更长的预期寿命。
通常，充电目标电压设置值应低于最大额定电压，以延长超级电容的工作寿命。
接下来需要选择超级电容组的预期电压和SW2拓扑。
超级电容组配置可为并联、串联或者并联的串联电容串组合。
因为单元电容电压额定值通常低于3.3V，且负载常常需要相等或更高的供电电压，所以针对电容单元配置和SW2的选项是，使用一个电容单元与一个升压转换器，或串联的多个电容单元与一个降压或降压-升压稳压器。
若使用升压配置，我们必须确保在超级电容放电时，电压不会下降至低于SW2的最小工作输入电压。
该电压下降可能多达超级电容充电电压的一半之多，为此，我们举一个由串联超级电容组合和一个简单降压稳压器（SW1）组成的超级电容组的例子。
然后，如果能量要求需要的话，将并联多个串联电容串。
电双层型超级电容的原理及充电方法
电双层型超级电容的原理及充电方法早晨起床，给手机充电只要一分钟，便可将电充满。
这不是做梦!以电双层为代表的大容量电容器，以超级电容的名字已经有了20年以上的商品化历程．近年来。
更是在大容量、高耐压方面有了惊人的进步。
成为蓄电池辅助蓄电装置，甚至取代蓄电池。
大容量电容器中。
除电双层型以外。
尚有混合型(锂系电容器)和氧化还原型两种。
电双层型的耐压为2～3.3V，而混合型(锂系)耐压为3.6～4.2V。
由于大容量电容器的蓄电能力是以耐压值的平方数增加(U=CV2/2)，所以提高耐压值可使蓄电能力快速提高。
电双层型大容量电容器f以下称超级电容)的容量可做到100F(法拉)以上，内阻仅1mΩ，而锂系已经有单体达10000F的大容量电容器，将成为下一代蓄电装置。
一、电双层型电容器的原理及特性如图1所示，因在充电时电解液中的正离子被电子吸引、而负离子被空穴吸引,于是分别在正、负电极和电解液的接触面形成两个绝缘层并产生了电位差。
充电完成后，其形态犹如两个串联的电容器，被称为电双层电容器。
在放电时，电子和空穴并不结合，而是释放正、负离子到电解液中。
显然。
电极和电解液接触面积大的，其容量也大。
与充电电池相比，超级电容没有化学反应，具有不发热、无劣化、高效率、长寿命的优点。
二、充电监控电路1．多个电容的均一充电在将多个超级电容串联起来组成更大容量组件的场合，各个超级电容的容量、初始电压、内阻都不会相同，因而即使用相同的电流充电。
充满电的时间也是不同的。
因此有必要设置防止过充电的监控电路，即并联监控电路。
图2是一种简单的监控电路，每个电容并联一个稳压二极管，起分流作用。
由于稳压二极管不能细调稳压值，并联监控电路采用图3的电子电路较好，每个电容需并联一个此电路。
当电容两端电压高于设定的分流电压时，并联监控电路的晶体管就流过多余的电流，通过保护电阻R4转化为热量散出；相反则流过的电流减少。
2．初始化以统一充电时间多个电容组成的组件，制成之后只要存放一个月以上，由于各电容的容量和泄漏电流的误差。
电动汽车革命超级电容器在充电技术中的创新应用
电动汽车革命超级电容器在充电技术中的创新应用随着环境保护和能源危机的关注加深，电动汽车作为未来出行的趋势备受瞩目。
然而，传统的锂电池仍面临充电时间长、续航里程短等问题。
在这个背景下，超级电容器作为一种新型的储能设备，因其高功率密度、长寿命等特点，引起了人们的广泛关注。
本文将探讨电动汽车革命超级电容器在充电技术中的创新应用。
一、超级电容器技术概述超级电容器，也称为超级电池、电致化学电容器，是以吸附电和电化学存储概念相结合的设备。
相比于传统电池，超级电容器具有快速充放电、循环寿命长、高运行效率等特点。
这些特性使其在电动汽车的充电技术中具有广泛的应用前景。
二、超级电容器在电动汽车充电技术中的创新应用1. 快速充电技术传统的锂电池充电需要较长时间，而超级电容器具有快速充电的优势。
通过将超级电容器与锂电池相结合，可以实现电动汽车快速充电。
例如，采用超级电容器作为辅助能量储存装置，可以缩短充电时间，并大大提高充电效率。
2. 能量回收技术电动汽车在制动过程中会产生大量的能量浪费。
超级电容器可以将这些能量进行回收，并在加速或再次行驶时释放出来。
这种能量回收技术可以提高电动汽车的能源利用效率，延长续航里程。
3. 储能技术超级电容器具有较高的能量密度，可以作为电动汽车的储能设备。
在充电过程中，超级电容器可以将电能储存起来，以备不时之需。
这种储能技术可以提供稳定的电源，满足电动汽车在高速行驶或加速时的需求。
4. 充电设施建设超级电容器的充电设施相对简单，不需要复杂的电池管理系统。
这使得充电设施的建设更加便捷和经济。
在未来的电动汽车充电技术中，超级电容器的使用可以促进充电设施的普及和发展。
三、超级电容器充电技术面临的挑战尽管超级电容器在电动汽车充电技术中有着广泛的应用前景，但仍面临一些挑战。
1. 价格问题目前，超级电容器的价格相对较高，导致其在电动汽车领域的应用受限。
需要通过技术进步和成本降低来解决价格问题。
2. 容量问题超级电容器的容量相对较小，储存的能量有限。
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超级电容组充电解决大电容充电方案超级电容（Supercapacitor[SC]或ultracapacitor）亦称双电层电容（electric double-layer capacitor），目前越来越广泛地用于各种电源管理系统。
在汽车应用（如具有再生制动功能的起停系统）中，超级电容能够提供使起动器啮合所需的能量，以重启燃烧发动机，并接收在制动期间回收的动能。
超级电容的优势在于其充放电次数显着多于传统铅酸电池，同时能够更迅速地吸收能量而不减少其预期寿命。
这些特点还使超级电容对工业后备电源系统、快速充电无绳电动工具和远程传感器具有吸引力，因为对这些应用来说，频繁更换电池是不切实际的。
本文讨论了有关为这些大电容充电的挑战，并向电源系统设计工程师介绍了如何评估和选择适合后备能量存储应用的最佳系统配置。
文中介绍了一种超级电容充电器解决方案范例，并提供了波形和详细解释。
系统详述许多系统配置都使用超级电容组作为后备能量存储组件。
一开始，设计工程师需要确定其能量存储配置目标，然后决定可用多大电压来存储能量。
解决方案选择取决于负载的功率和电压要求，以及超级电容的能量和电压能力。
在确定了最佳解决方案后，还必须对整体性能与成本进行平衡。
图1显示了一种高效率解决方案的框图，其中的负载是需要稳定输入电压（3.3V、5V、12V等）的器件。
48V 主电源为正常工作的开关稳压器2（SW2）供电，同时通过开关稳压器1（SW1）为超级电容组充电，使其电压达到25V。
当主电源断开时，超级电容组向SW2供电，以维持负载的连续运行。
图1.一种使用超级电容组的电池后备系统的框图选定超级电容后，系统工程师还必须选择为超级电容充电的目标电压，其根据是超级电容的定额曲线。
大多数超级电容单元的额定电压范围为室温下2.5V-3.3V,此额定值在更高温度时下降，随之带来更长的预期寿命。
通常，充电目标电压设置值应低于最大额定电压，以延长超级电容的工作寿命。
接下来需要选择超级电容组的预期电压和SW2拓扑。
超级电容组配置可为并联、串联或者并联的串联电容串组合。
因为单元电容电压额定值通常低于3.3V,且负载常常需要相等或更高的供电电压，所以针对电容单元配置和SW2的选项是，使用一个电容单元与一个升压转换器，或串联的多个电容单元与一个降压或降压-升压稳压器。
若使用升压配置，我们必须确保在超级电容放电时，电压不会下降至低于SW2的最小工作输入电压。
该电压下降可能多达超级电容充电电压的一半之多，为此，我们举一个由串联超级电容组合和一个简单降压稳压器（SW1）组成的超级电容组的例子。
然后，如果能量要求需要的话，将并联多个串联电容串。
如果选择超级电容的串联组合，则必须根据电容串顶端的最大预期电压来选择所用电容单元的数目。
更多的串联电容意味着超级电容串的电容值更小而电压更高。
例如，假设选择使用两串由四个2.7V10F电容组成的电容串和由八个相同电容（串联）组成的一个电容串。
虽然两种配置可存储总电荷和能量是相同的，但电容串的可用电压范围使单个串联串具有优势。
例如，如果有一个需要5V偏压的负载，则SW2需要的电压为6V左右（考虑到其最大占空比和其他压差因素）。
●电容中的能量W=CV2/2,可用能量W=C/2（Vcharge2-Vdicharge2）●对于每串4个电容的两个电容串，可用能量W=2*[（10F/4）/2*（（2.7V*4）2-6V2）]=201.6J●对于包含8个电容（串联）的单个电容串，可用能量W=1*[（10F/8）/2*（（2.7V*8）2-6V2）]=269.1J因为两个电容组可存储相同的总能量，所以电压较低的电容串的充电浪费/不可用百分比更大。
在本例中，优先选择更高的电容串电压，以充分利用超级电容。
第三个系统挑战来自如何为超级电容组充电。
一开始，当超级电容电压为0时，由于高电容值，SW1需要在类似输出短路的条件下工作相当长时间。
常规SW1可能陷于打嗝模式而无法为超级电容充电。
为了保护超级电容和SW1,在充电阶段开始时需要附加的电流限制功能。
一种令人满意的解决方案是让SW1在几乎无输出电压的条件下提供加长时间的连续充电电流。
为超级电容充电有许多方法。
恒定电流/恒定电压（CICV）是常用的首选方法，如图2（CIVE曲线）所示。
在充电周期开始时，充电器件（SW1）在恒定电流模式下工作，向超级电容提供恒定电流，使得其电压呈线性增加。
在超级电容充电至目标电压时，恒定电压回路激活并准确地控制超级电容充电电平，使之保持恒定，以避免过度充电。
同样，该优先解决方案也提出了对电源管理功能的要求，需要在设计中加以考虑。
图2.CICV超级电容充电控制再以图1为例，在48V主电源、25V超级电容组电压以及3.3V、5V、12V等负载电压的情况下，为SW1和SW2选择同步降压功能是合适的。
由于主要挑战与超级电容充电有关，所以针对SW1的选择非常重要。
针对SW1的理想解决方案对电源管理功能的要求是能够在高输入（48V）和输出（25V）电压下工作，同时提供CICV调制功能。
超级电容充电器解决方案范例为说明超级电容充电行为，我们以同步降压稳压器为例。
说明其关键问题和解决技术，并使用实验波形来帮助理解。
图3.实现CICV超级电容充电控制的同步降压稳压器简化原理图图3显示了用Intersil的ISL78268控制的实现CICV模式的同步降压稳压器的简化原理图。
为了在CICV控制下将超级电容组充电到25V,在选择控制器时考虑了以下功能：1.能在VIN>=48V和VOUT>=25V条件下工作的同步降压控制器。
2.恒定电流和恒定电压调节能力，可自动切换调节模式。
3.在系统供电电压范围实现准确的电流感测输入以实现CI模式。
参考图3,控制器可感测电感器的连续电流，即充电电流。
控制器的电流感测放大器必须能够承受共模电压，在本例中为25V。
图4显示了ISL78268同步降压控制器的一小部分功能框图。
如图所示，有两个独立的误差放大器，分别标记为Gm1和Gm2,用于实现恒定电压（Gm1）和恒定电流（Gm2）。
误差放大器Gm1用于CV闭环控制。
它比较FB的反馈电压与内部1.6V参考电压，并在COMP引脚产生误差电压。
FB引脚从输出电压连接至一个电阻分压器，并设置为当输出电压为预期电压水平时FB电压为1.6V。
于是COMP电压即代表预期输出电压与实际输出电压之差。
然后比较COMP与电感电流相比较，以生成PWM信号，来控制输出电压，使之保持恒定。
误差放大器Gm2用于CI闭环控制。
它比较IMON/DE引脚电压与内部1.6V参考电压，并在COMP引脚产生误差电压。
IMON/DE引脚电压是内部产生的，代表平均输出电感电流负载值。
因此，COMP电压在Gm2回路激活时（Gm1和Gm2的输出之间的二极管有效地选择哪个回路是激活的）代表预期输出电流与实际输出电流之差。
然后COMP与电感电流相比较，以生成PWM信号，来控制输出电压，使之保持恒定。
在超级电容电压达到目标电压之前的充电阶段，由Gm2的输出来驱动COMP引脚，产生PWM输出，以实现CI控制。
当超级电容电压达到目标值时，充电电流减小，引起IMON/DE引脚电压降低和CI回路断开（当IMON/DE<1.6V 时），于是CV回路自然地接管对COMP的控制，从而保持输出电压恒定。
ISL78268降压控制器既有峰值电流模式的PWM控制器（可靠的逐周期峰值电流调制器），也有非常适用于超级电容充电的外部恒定平均电流回路。
图4.ISL78268CICV回路简化框图现在，我们可以重点介绍已实现的超级电容充电实现方案。
图5、6和7显示了由ISL78268控制，来为超级电容组（12节50F/2.7V串联电容）充电的同步降压控制器的实验波形。
超级电容将通过主电源充电至25V。
图5.超级电容充电的实验波形图5显示超级电容充电有多个阶段。
开始时，在第1阶段，Vo几乎为0.ISL78268的IMON/DE引脚上的平均电流信号还未达到1.6V（期望充电电流的参考值），所以CI回路还未接通（engage）。
在此阶段，电感器的峰值电流被逐周期限制于固定的OC阈值。
在VOUT处于低水平（FB<0.4V）的充电阶段开始时，开关频率最大值被限制在50kHz,以预防所提到的因为低VOUT时的峰值电流限制而引起的电感器失控问题。
图6显示了第1阶段的波形的放大图。
第2阶段从IMON/DE引脚电压（黄色迹线）达到1.6V时开始。
在此阶段，CI回路接通并拉低COMP信号（青色迹线），从而开始稳定输出电流并使IMON/DE引脚电压保持恒定。
IMON/DE 引脚电压代表所感测的平均输出电流信号。
IL波形（绿色迹线）显示平均电流在第2阶段被控制为恒定水平。
输出电压波形（粉色迹线）显示超级电容被恒定充电电流以线性方式充电。
图6.超级电容充电第1阶段的实验波形放大第3阶段从FB引脚检测到0.4V电压开始（图7）。
该触发之后恒定电流稳定回路将完全接通，所以开关频率可自动调节至预编程的300kHz.在更高的开关频率下，电感电流纹波（绿色迹线）显着减小。
输出电压（粉色迹线）继续呈线性增加，表示超级电容被线性充电。
图7.超级电容充电的实验波形回到图5,第3阶段一直到Vo达到25V的目标电压时结束。
此时，CV回路接通并稳定输出电压。
平均电流回路断开。
图5显示输出电压（粉色迹线）趋平且电感电流降低。
代表平均充电电流的IMON/DE引脚电流也下降，表示恒定电流稳定过程结束。
结束语超级电容由于其固有物理特征对比传统电池具有的优势在汽车、工业和消费产品中被用作能量存储解决方案。
为使超级电容组的可存储能量最大化，最佳方案常常是串联多个超级电容单元来实现高电容组电压。
充电时，最好使用CICV方法来限制由于超级电容充电到恒定电压期间的低ESR而产生的高电流。
恒定电流还可以使充电损耗可控制，这可以减少所生成的热量并延长超级电容的寿命。
因此，让充电电路容忍高电压并提供CICV控制功能是有益的。