[发明专利]一种超级电容充电电路

说明书

技术领域

本发明属于航空电子技术领域，特别是涉及到一种超级电容充电电路。

背景技术

超级电容作为大容量储能元件，目前已经在风力发电、光伏发电行业广泛用于能量储存。

目前对超级电容充电，采用比较广泛的是恒流方式充电。该充电方式根据电容充电的恒流充电公式V=I×t/C可知，超级电容两端电压随时间的增加而线性增加，而根据充电功率公式P=I×V可知，随着超级电容电压越来越高，充电功率也越来越大。在采用普通开关电源型恒流充电电路进行充电时，就会出现电路输入功率越来越大的情况。这种情况下，电路自身功耗增加，发热量增大，对输入电源功率容量要求较高。如图7所示。

对于采用超级电容作为储能器件的记录器独立电源，ARINC777-2010（记录器独立电源）标准2.3.1节对充电情况下记录器独立电源的输入功率是有限制要求的，不可大于“独立电源输出功率+5W”，所以对于采用超级电容作为储能器件的记录器独立电源，其超级电容充电电路需要对充电功率进行限制。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种超级电容充电电路，不采用恒流充电的方式，而采取一种恒流充电、恒功率充电以及恒压充电相结合的方式，控制输入电源功率，降低对输入电源功率容量的要求，以满足ARINC777-2010中2.3.1节的要求。

技术方案：一种超级电容充电电路，包括开关电源电路2、电压-电流转换电路5、电流—电压转换电路3、功率—电流转换电路6、反馈选择电路4。

所述的开关电源电路2为同时具有电压反馈输入端和电流反馈输入端的BUCK型开关电源电路。该开关电源电路在负载电流处于设定值以下时，采用电压反馈输出设定的电压，在负载处于设定的电压值下其电流会超过电流设定值时，采用电流反馈方式将输出电流稳定在设定的电流值上。

所述的电流-电压转换电路3，将输出电流采样后转换为一个与输出电流线性相关的电压，即V₁=kI。

所述电压—电流转换电路5将电流—电压转换电路3的输出电压转换成电流输出，且电压—电流转换电路5的输出电流与电流—电压转换电路3的输入电流成线性关系，即I₁=mV₁=mkI。

所述功率—电流转换电路6将电流—电压转换电路3的输出电压和电源输出端7的电压对应的功率线性转换为电流输出，即I₂=kI×nV_O。同时可以根据输入端VSIN电压高于设定值时短路输出端PCO的电流，或在VSIN电压低于设定值时通过CTRL输出端输出控制信号，用于短路电压—电流转换电路5输出端CCO的输出电流。

采用上述结构，则可以实现在超级电容电压很低时，采用电流反馈模式实现恒流充电，而在超级电容电压达到一定值后，采用功率反馈模式实现恒功率充电，在超级电容电压达到电压反馈设定值后，则采用电压反馈模式实现恒压充电。

有益效果：本发明通过采用发明所示电路对超级电容充电，比较恒流充电电路，本发明可以最优的利用输入电源的功率容量。当输入电源功率容量固定为P，设定的超级电容充满电压为V时，在不考虑功率损耗的情况下，为保证最大充电功率不会超过输入电源功率，则充电电流最大为I=P/V，则恒流充电需要耗费的时间为t_C=VC/I=V²C/P。而采用本发明所示电路充电，则在恒流充电阶段耗费的时间为t₁=V₁²C/P（V₁为恒流到恒功率的转折点电压），根据电容能量公式，在恒功率充电阶段耗费的时间为t₂=（V²-V₁²）C/2P，则总的充电耗费时间为t_CP=t₁+t₂=（V²+V₁²）C/2P；比较两个时间t_C-t_CP=（V²-V₁²）C/2P，显然，V₁≤V，所以可知：

1.参阅图8，在电源输入最大功率确定的情况下，采用本发明所示电路给超级电容充电，要比恒流充电节省时间，更充分的利用利用输入电源的功率容量；