恒功率超级电容器快速充电机设计
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。
基于LTC3780的超级电容恒功率充电分析
基于LTC3780的超级电容恒功率充电分析作者：徐铭伟刘畅任建新来源：《中国科技博览》2019年第09期[摘要]分析了超级电容分别在CC、CV和恒功率模式下的充电速率。
介绍了Linear公司的四功率开关 Buck-Boost控制器LTC3780的工作原理及应用场合，并用其设计了一款针对超级电容的恒功率充电装置，然后对电路进行仿真，分析相关参数。
[关键词]LTC3780、恒功率、Buck-Boost、仿真中图分类号：TM910.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0220-010 引言超级电容是一种新兴的具有特殊性能的电源，它在功率密度、能量转换效率、使用寿命、放电电流等指标上具有明显的优势。
鉴于此，超级电容在许多场合中使用广泛，其成本极低、容量大、功率密度极高的特点可以满足一定时间内，持续的电流输出，因此，在一些小功率、短时间的场合，可以作为备用电源使用。
其放电电流较大的特点可以对大功率设备的启动和负载突变的情况下提供瞬时高功率输出，以满足设备的正常运行。
是现代电力电子领域不可或缺的能量存储装置。
1 超级电容的等效电路模型超级电容的等效电路模型一般使用阻感容等基本的电路元器件来描述其电气特性，等效电路如图1.1所示。
如图，超级电容的等效模型由串联等效电阻（ESR）和等效电容构成。
在对超级电容充电或放电时测量两端电压，其端电压由充电或放电电流在串联等效电阻上产生的电压和电容自身的电压构成。
纯电容部分电压由下式所得：I=C·dv=串联等效电阻上的电压由下式所得：V=I·R因此，在超级电容充电或放电时，两端电压的变化量为： dv= +I·R2 超级电容在不同充电模式下的充电速率2.1 恒压和恒流模式下的充电速率比较恒压（CV）充电是指在电容两端加以恒定的电压进行充电，直至两端电压达到目标电压。
由于超级电容在充电的过程中，电压不断上升，使其与电源输出端电压的压差Ua-b减小，从而使充电电流逐渐减小。
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。
新能源汽车快速充电系统的设计
摘 要： 设 计 了一பைடு நூலகம்个利 用超 级 电容 实现新 能 源汽 车快速 充 电的 系统 。该 系统 能 自适 应各 类
电池 自身充 电 曲线 ， 通 过先 对超 级 电容 快 速 充 电 （ ２ ｍ ｉ ｎ以 内充 满 ） ， 再 由超 级 电容 向 电池 缓 慢 充 电、 换 能 实现 能 量转换 。该 系统具 有 高功率 输 出、 快速 充 电、 延 长使 用寿命 等 优 点 。 系统前 级
Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ ０ ０ ５ ４ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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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。
超级电容器材料的设计与开发
超级电容器材料的设计与开发超级电容器（Supercapacitor）作为一种新型的储能器件，具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命等优点，正逐渐成为能量储存领域的研究热点。
超级电容器的性能主要依赖于其电极材料。
因此，设计和开发高性能的超级电容器材料是提升超级电容器储能性能的关键。
在超级电容器材料的设计与开发过程中，需要综合考虑材料的比能量、比功率、循环寿命以及成本等方面的要求。
以下是一些常用的超级电容器材料及其设计与开发的方法。
1. 石墨类材料石墨类材料是超级电容器电极的常见选择之一。
石墨具有高比表面积、优异的导电性和较低的电极电压窗口。
通过调控石墨的结构和制备方法，可以实现更高的比能量和循环寿命。
例如，将石墨材料进行氧化或改性，可以提高其比能量和比功率。
此外，利用石墨烯等二维材料也是提高超级电容器性能的重要途径。
2. 金属氧化物类材料金属氧化物类材料具有优异的电化学性能和较高的比能量。
常见的金属氧化物包括二氧化钼、二氧化锰和二氧化钛等。
通过合理设计和调控金属氧化物材料的结构和形貌，可以提高其比表面积和离子传输速率，从而提升超级电容器的性能。
此外，通过复合材料的设计与开发，将金属氧化物与其他材料结合，也可提高超级电容器的性能。
3. 纳米材料纳米材料在超级电容器材料的设计与开发中具有广阔的应用前景。
纳米材料具有较大的比表面积、独特的电子结构和优异的机械性能。
通过合成方法和表面改性等手段，可以调控纳米材料的尺寸、形貌和化学组成，实现超级电容器材料性能的优化。
例如，纳米碳管和纳米金属材料的引入可以提高超级电容器的比能量和导电性能。
4. 有机材料有机材料由于其丰富的化学结构和多样的电化学性能，在超级电容器材料的设计与开发中也有着重要的地位。
有机材料具有较好的可溶性和柔性，适合制备柔性超级电容器。
通过设计合成含有亲水基团、亲电基团和共轭结构的有机材料，可以实现超级电容器材料性能的改善和优化。
总的来说，超级电容器材料的设计与开发还处于不断探索的过程中。
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。
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。
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。
一种新型恒功率超级电容器快速充电机设计
一种超级电容充放电管理方案
一种超级电容充放电管理方案
颜嘉元
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2024(32)2
【摘要】超级电容又称法拉电容,是指容量为法拉级的电化学电容,其具有体积小、容量大、充电快、电压记忆特性好、可靠性高等特点。
本文介绍了一种超级电容充放电管理方案,该方案可对超级电容进行快速充电,并能合理、快速地控制系统主电源与超级电容进行无缝切换,实现系统电源突然掉电时候的系统正常关机。
【总页数】3页(P16-18)
【作者】颜嘉元
【作者单位】中国电子科技集团公司第五十八研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TM9
【相关文献】
1.基于DSP的超级电容器组充放电管理系统
2.一种利用超级电容储能系统实现直驱风电机组高电压穿越的新方案
3.一种基于磁饱和控制的超级电容恒功率充电管理器
4.一种超级电容器充放电测试方法的研究
5.一种新颖的应用于光伏发电系统中超级电容器的充电控制方案
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恒功率超级电容器快速充电机设计
恒功率超级电容器快速充电机设计摘要：研究了超级电容快速充电方法，分析了恒功率快速充电的原理，并通过比较恒电流和恒功率两种方法，证明了恒功率充电更有利于实现快速充电。
根据恒功率充电原理，制作了快速充电样机。
实验表明该样机电路稳定，能够实现快速充电要求，具有良好的实用前景。
传统蓄电池电源系统的电池记忆效应差、容量下降及充电时间过长是长久以来一直存在的问题，而这些问题可使用超级电容来解决。
超级电容是一种极大程度上模拟了电容的电压特性曲线且具有非常高的容值的新型能源器件，目前已有万法拉级的超级电容单体。
超级电容无充放电记忆效应，允许上百万次充放电而不会有任何容量上的损失。
此外，超级电容具有极低的等效串联电阻（ESR），这一特性使得超级电容可以大电流充放电，其额度远超过当前最好的电池。
低ESR和几乎没有电流限制的特性使得超级电容对充电系统表现出“假短路”，这给系统集成带来了挑战。
为了解决这个问题，需要针对超级电容的特性寻找新的充电方式。
与电池不同，超级电容可以同样的额度充电和放电，对能量回收系统(如传动系统的动态刹车)非常有用。
1 系统设计理论分析由于RC时间常数太大，线性稳压器对超级电容充电效率极低。
由于超级电容具有较低的等效串联电感，使得开关模式充电电路的运行稳定。
由于超级电容可以承受大电流的特性，恒流充电或者恒功率充电是较好的充电方式。
1.1 超级电容充电模型参考文献[1]比较了不同应用场合下的不同的超级电容模型。
由于本系统是设计超级电容充电机，因此需要采用超级电容的充电模型。
它由阻性部分等效电阻ESR和容性部分电容C串联而成，表征了超级电容的充放电特性。
超级电容的电压时间特性曲线由容性和阻性两部分组成。
容性部分代表了超级电容能量改变导致的电压改变；阻性部分代表了超级电容ESR导致的电压改变。
容性部分由下列方程式决定：V=IR所以充电或者放电时的总电压改变量为：超级电容最重要的参数是ESR和电容值的大小(可以从产品手册上获知)。
超级电容器恒流充电分析
超级电容器恒流充电分析【摘要】超级电容器充电电压基本呈线性变化：在充电初始阶段，超级电容器电压上升很快，中间变化相对平缓，之后上升幅度再次加快，在充电初始和充电末阶段有明显的电压波动；充电电流越大，满充时间越短，验证了超级电容器大电流快速充电的特点。
【关键词】超级电容器；恒流充电0.引论超级电容器集高能量密度、高功率密度、长寿命等特性于一身，具有工作温度宽、可靠性高、可快速循环充放电和长时间放电等特点，广泛用作微机的备用电源、太阳能充电器、报警装置、家用电器、照相机闪光灯和飞机的点火装置等，尤其是在电动汽车领域中的开发应用已引起举世的广泛重视。
1.等效串联电阻对充电过程影响分析超级电容器单体的基本结构主要包括集电板、电极、电解质和隔离膜。
其等效模型如图1所示。
其中，EPR为等效并联内阻，ESR为等效串联内阻，C为等效容抗，L为电容感抗。
EPR主要影响超级电容器的漏电流，从而影响电容的长期储能性能，EPR通常很大，可以达到几万欧姆，所以漏电流很小。
L代表电容器的感性成分，它是与工作频率有关的分量。
图1 超级电容器的等效模型限制超级电容器应用的主要因素是电容器的等效串联电阻ESR过大，限制了其大电流输出能力。
双电层电容器ESR是反映其性能的一个重要指标。
电容器的等效电阻主要由电极物质内阻、溶液内阻、接触电阻等构成。
等效串联电阻的外在表现为：当电极充电到某一恒定电位足够长时间，电容开始放电时电极电位会有一个突降U。
该现象影响超级电容器的有效储能量，并随充电电流的增加，端电压的突变幅度增加，有效储能量降低。
由于超级电容器在恒电流充放电过程中，电流的大小或方向在充电过程结束和放电过程结束时发生改变，所以可以通过电流阶越方法测定电容器等效串联电阻。
具体方法是精确记录改变电流大小及方向时电容器电压的改变，利用关系式ESR=U/I计算电容器的等效串联电阻。
室温下，将额定容量为2700F的超级电容器单体的额定电压Umax=2.7V确定为工作电压上限，Umin=1.35V确定为工作电压下限，分别利用恒流I=20A，50A，100A对超级电容器进行充电测试。
超级电容无线恒功率充电系统中充电电路的设计
本文设计了超级电容无线充电系统充电电路，电路包括IR2104S 模块、IRF3710半桥电路、LC 低通滤波等。
文中给出了各模块详细的电路原理图和电路参数。
分析了充电电压、充电电流和Buck-boost 电路对PWM 波占空比的影响。
推导了Buck-boost 电路占空比和充电电流之间的内在联系。
最后通过STM32单片机产生带有PID 算法的PWM 波对电路进行驱动，并将电路实时工作数据进行测量，验证了电路工作的有效性。
传统电子设备进行充电时，两端需要分别连接电源和电子设备充电接口，这种传统充电形式存在较多不足。
首先使用充电器频繁的插拔容易导致充电接头损坏，从而导致增加充电成本。
其次该方式会增加触电的可能，例如插头插进插座时会出现电火花等危险。
此外随时间推移插座会存在积尘和接触损耗，从而导致接触不良等问题。
因此非接触式感应充电方式凭借摆脱传统方式存在的问题的独特优势的进入大众的视野，让获取电能不再复杂，杜绝存在安全的隐患，使用户使用更安心，更方便快捷。
除此之外，使用超级电容取代化学式的蓄电池是目前科学研究的一个热门话题，因其寿命长，绿色环保，对环境污染小等优势，广受大众青睐。
虽然有很多技术问题需要解决，但其本身的优越性随着相关技术的发展，使用超级电容代替化学式的蓄电池指日可待。
1 系统电路的构建发送线圈发送电能后，通过磁耦合原理，使用接收线圈捕捉电能，对捕获的电能进行滤波处理。
通过使用STM32单片机输出PWM 脉冲作为充电电路的驱动信号，但单片机驱动能力是有限的，需要放大PWM 脉冲的驱动能力，半桥驱动器IR2104S 可作为驱动芯片。
系统中采用芯片IR2104S 为主要驱动器，驱动MOS 管IRF3710的Buck-boost 电路。
电路中需要对功率进行计算，因此需对于模拟量进行采集。
电路中采用INA282作为电流采集芯片，采用电阻分压采集电压。
电路最后设计LC 低通滤波器对电路进行滤波，防止电容电压回流加入肖特基二极管保护电路。
超级电容高效充放电电路设计
超级电容高效充放电电路设计
发表时间：2018-04-12T11:02:17.483Z 来源：《电力设备》2017年第32期作者：石刘玉1 李高海2 阴晓光3 史程4 [导读] 该方法本质上是将目标大电容等效为若干小电容，通过这些小电容的不同组合，在充电过程中由大到小不断改变QU曲线的充电斜率，使QU曲线上凸来增加电源的有效作功面积，同时这种方法还可以均衡超级电容的充电电流和充电电压。
（1. 大连育明高级中学辽宁省大连市 116023； 2.国网大连供电公司辽宁省大连市 116011）摘要：针对超级电容在稳压充电下的半能损失问题，本文通过计算和实验证明采用串并联自动转换的方法可以显著提高超级电容的稳压充电效率，该方法本质上是将目标大电容等效为若干小电容，通过这些小电容的不同组合，在充电过程中由大到小不断改变QU曲线的充电斜率，使QU曲线上凸来增加电源的有效作功面积，同时这种方法还可以均衡超级电容的充电电流和充电电压。
关键词：串联并联自动转换；超级电容；半能损失；充电效率；放电效率
电池，2005（2）第35卷第2期（总第371期）：85-86
作者简介：
石文江（ 1970- ），男，辽宁大连人，硕士研究生，主要从事调度自动化系统的检修管理工作。
李高海（1976-），男，辽宁大连人，本科生，主要从事教育培训管理和技术工作
阴晓光（1975-），男，辽宁大连人，本科生，主要从事科技管理工作
史程（1986-），男，辽宁大连人，本科生，主要从事电力运营监测管理和技术工作。
超级电容充电器电路
超级电容充电器电路
参考设计：MAL219699003E3（超级电容充电器和备用电源）
MAL219699003E3迷你充电器和备用演示电路是一个完全开源的充电器，它使用德州仪器（TI）的BQ24095充电IC和TPS610997升压转换器IC将电容器电压升压至恒定的5 V输出电压。
这款迷你充电器配备90 F / 4.2 V 196 HVC ENYCAPTM混合储能电容器，可通过电源输入进行充电。
此电源输入与USB端口兼容。
充电的能量在196 HVC电容器中缓冲，可以用作备用电源。
TPS610997同步升压转换器IC从混合电容器的备用电源产生5 V 的独立固定输出电压，该输出可提供非常高效率的恒定输出电压。
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恒功率超级电容器快速充电机设计
文章出处：mangopoon 发布时间：2010/11/26 | 3130 次阅读
每天新产品时刻新体验一站式电子数码采购中心专业PCB打样工厂，24小时加急出货服务器和存储系统的超新互连解决方案
多样化的电子和电气元件
摘要：研究了超级电容快速充电方法，分析了恒功率快速充电的原理，并通过比较恒电流和恒功率两种方法，证明了恒功率充电更有利于实现快速充电。
根据恒功率充电原理，制作了快速充电样机。
实验表明该样机电路稳定，能够实现快速充电要求，具有良好的实用前景。
传统蓄电池电源系统的电池记忆效应差、容量下降及充电时间过长是长久以来一直存在的问题，而这些问题可使用超级电容来解决。
超级电容是一种极大程度上模拟了电容的电压特性曲线且具有非常高的容值的新型能源器件，目前已有万法拉级的超级电容单体。
超级电容无充放电记忆效应，允许上百万次充放电而不会有任何容量上的损失。
此外，超级电容具有极低的等效串联电阻（ESR），这一特性使得超级电容可以大电流充放电，其额度远超过当前最好的电池。
低ESR和几乎没有电流限制的特性使得超级电容对充电系统表现出“假短路”，这给系统集成带来了挑战。
为了解决这个问题，需要针对超级电容的特性寻找新的充电方式。
与电池不同，超级电容可以同样的额度充电和放电，对能量回收系统(如传动系统的动态刹车)非常有用。
1 系统设计理论分析
由于RC时间常数太大，线性稳压器对超级电容充电效率极低。
由于超级电容具有较低的等效串联电感，使得开关模式充电电路的运行稳定。
由于超级电容可以承受大电流的特性，恒流充电或者恒功率充电是较好的充电方式。
1.1 超级电容充电模型
参考文献[1]比较了不同应用场合下的不同的超级电容模型。
由于本系统是设计超级电容充电机，因此需要采用超级电容的充电模型。
它由阻性部分等效电阻ESR和容性部分电容C串联而成，表征了超级电容的充放电特性。
超级电容的电压时间特性曲线由容性和阻性两部分组成。
容性部分代表了超级电容能量改变导致的电压改变；阻性部分代表了超级电容ESR导致的电压改变。
容性部分由下列方程式决定：
所以充电或者放电时的总电压改变量为：
超级电容最重要的参数是ESR和电容值的大小(可以从产品手册上获知)。
式(1)为超级电容充电的理论模型。
1.2 恒流充电与恒功率充电
超级电容特性决定了恒流充电和恒功率充电是两种较好的充电方式。
采用DC-DC变换器可以实现这两种充电方式。
使用BUCK或者BOOST电路来对超级电容充电，在连续输出电流时，BUCK电路是首选。
但是对于充电时间敏感的充电机来说，恒流充电并不是最优选择，恒功率充电在充电时间上更有优势。
比如，对一个100 F、50 V的超级电容模组使用50 V、20 A的电源进行充电，在恒流充电模式下，最大充电电流为20 A；而在恒功率充电模式下，充电功率可达1 000 W，其中最大充电电流限制为50 A。
如图1所示，恒流充电至50 V时所需时间为250 s，而恒功率充电至50 V所需时间约为145 s。
这表明恒功率在充电时间上比恒流充电更具优势。
1.3 恒功率充电实现原理
恒功率的基本原理是保持电压和电流的乘积不变。
本设计采用双管正激变换器拓扑，使用峰值电流控制的方法进行恒功率设计。
双管正激电路是隔离型降压电路，设输入电压为Vin，输出电压为Vout，变压器变比为1:n，占空比为D，则输出电压和输入电压的关系如下：
Vout=Vin×D×n
电路设计好后，Vin和变比n不变，可通过调节占空比来调节输出电压。
如图2所示曲线1对应的充电电流大于曲线2对应的充电电流。
R、S对应的波形是RS触发器复位和置位端波形。
根据峰值电流控制原理，每个开关周期之初，时钟脉冲置位RS触发器，使开关管导通，电感电流逐渐增加，当检测到电流信号is大于指令电流ic时，电流比较器翻转并复位RS触发器，这时开关管被关掉，变压器停止传输功率，扼流圈电流由续流二极管续流。
通过峰值电流控制，当电流增大时，PWM占空比减小，根据输出电压的计算式可知输出电压也减小，从而使得输出电压和输出电流乘积(即输出功率)保持不变，这就是恒功率充电的基本原理。
2 硬件系统设计
本设计拟对Maxwell公司的产品BMOD0165(额定电压为48 V，额定容值为165 F)超级电容模组进行充电，系统结构如图3所示。
硬件系统由单相整流电路、双管正激变换器、电流电压检测反馈电路及保护电路等部分组成。
系统首先将单相220 V交流电经过整流滤波后得到直流电压，然后通过双管正激变换器实现降压，并在电气上实现输入输出的隔离。
引入电流反馈环节，通过峰值电流控制实现恒功率充电。
2.1 双管正激电路
双管正激电路是一种可靠的DC-DC电路，广泛使用于低压大电流场合中，双管正激拓扑如图4所示。
如果电路工作在CCM方式，假定MOS开关管Q1、Q2漏源电容电压为零，则漏源电压就能瞬时变化。
如图5所示，Vgs1、Vgs2是MOS管栅源驱动信号，两者时序相同，即Q1、Q2同时开通、同时关断。
t0~t1：t0时刻，Q1、Q2同时开通，变压器T1原边电压为直流母线电压Vdcin，设变比为1：n，则副边电压为Vdcin×n，电压极性不变。
输出电流线性增大，经过副边整流管D3、扼流圈后进入超级电容。
扼流圈存储能量，此时，开关管电流is1、is2由副边反射电流和励磁电流组成，且线性增大。
t1~t2：Q1、Q2同时关断，变压器T1原边电流经过原边续流二极管D1、D2进入母线，变压器磁芯复位，此时变压器主侧电压为-Vdcin，则副边电压为-Vdcin×n，电压极性不变。
Q1、Q2开关管漏源两端电压Vds1、Vds2为Vdcin。
此时，副边整流管D3截止，扼流圈电流通过续流管D4续流，输出电流线性减小，进入超级电容。
扼流圈释放能量，此时，开关管电流is1、is2减小到0。
t2~t3：t2时刻，原边续流管关断，续流结束，变压器磁芯复位，变压器T1原边电压为零。
此时，Q1、Q2漏源两端电压Vds1、Vds2为Vdcin/2。
副边续流仍继续，t3时刻续流副边续流结束，下一个驱动高电平到来，开关管Q1、Q2开通。
进入下一个开关周期。
2.2 电流电压双闭环控制回路
本设计中采用双闭环的结构实现充电电流和充电电压的控制，使用ST公司的UC3844A控制芯片。
UC3844A是一款高性能电流型PWM控制器，其内部结构如图6所示；内部有一个误差放大器和电流放大器可以方便地组建电流电压双闭环，在实际使用中，为了具有更快的响应速度，可略去误差放大器，使用电压调整器TL431和光耦PC817构成电压反馈。
电流环通过使用LEM公司的电流传感器LAH 25-NP来组建。
双闭环电路原理图如图7所示，Vs是来自LEM霍尔电流传感器LAH 25-NP输出的电压测量信号，通过一阶滤波环节后进入电流反馈端，即图中电流比较器的负端。
VO 48 V来自功率部分的输出，由于TL431最大只能稳压到36 V，故需要对经典TL431稳压电路进行部分修改，以满足48 V稳压要求。
在TL431的3脚(即K极)引入24 V稳压管D4_Z1，TL431的端电压约为24 V，从而可在安全工作区内正常稳压工作。
PC817实现电气上的隔离，并通过输出电压Vce稳压。
当超级电容电压接近48 V时，PC817输出电流Ic 增大，则Vce减小，同时进入UC3844补偿端1脚的信号减小，相应输出PWM占空比也减小；当超级电容电压超过48 V时，UC3844补偿端1脚拉低，PWM关断，起到过压保护的作用。
3 整机调试
实验设计了最大功率为1 kW的超级电容充电样机，实验测试表明，对BMOD0165(额定48 V、165 F)超级电容模组充电时间约为5 min。
图8为电路中的关键工作波形，其电压为30 V、充电电流约为10 A 的充电波形。
从上至下依次是Vds、Vpri、PWM信号和开关管峰值电流波形。
由于缓冲电路的作用，使得波形干净无杂波，基本没有电压尖峰。
Vpri负电压有一定变形，但是不影响电路性能。
本文研究了超级电容的充放电特性，分析了快速充电的方法，设计并实现了快速充电样机，试验表明充电时间短，达到了应用要求。