全文摘要
本实用新型提供了一种基于超级电容的直流电源，包括AC\/DC变换模块、DC\/DC稳压模块和超级电容，所述AC\/DC变换模块的输入端接入交流电源，其输出端分别与所述DC\/DC稳压模块的输入端、所述超级电容相连；所述DC\/DC稳压模块的输入端还与所述超级电容相连，其输出端适于与用电设备相连。所述直流电源使用超级电容作为各种用电设备的后备储能元件，实现了电源的免维护，使用寿命长、供电效果好。
主设计要求
1.一种基于超级电容的直流电源，包括AC\/DC变换模块(10)、DC\/DC稳压模块(20)，所述AC\/DC变换模块(10)的输入端接入交流电源，其特征在于，所述直流电源还包括超级电容(30)，所述AC\/DC变换模块(10)的输出端分别与所述DC\/DC稳压模块(20)的输入端、所述超级电容(30)相连；所述DC\/DC稳压模块(20)的输入端还与所述超级电容(30)相连，其输出端适于与用电设备相连。
设计方案
1.一种基于超级电容的直流电源，包括AC\/DC变换模块(10)、DC\/DC稳压模块(20)，所述AC\/DC变换模块(10)的输入端接入交流电源，其特征在于，所述直流电源还包括超级电容(30)，所述AC\/DC变换模块(10)的输出端分别与所述DC\/DC稳压模块(20)的输入端、所述超级电容(30)相连；所述DC\/DC稳压模块(20)的输入端还与所述超级电容(30)相连，其输出端适于与用电设备相连。
2.根据权利要求1所述的直流电源，其特征在于，还包括DC\/DC恒流限压模块(40)，所述AC\/DC变换模块(10)的输出端经所述DC\/DC恒流限压模块(40)与所述超级电容(30)相连。
3.根据权利要求2所述的直流电源，其特征在于，所述DC\/DC恒流限压模块(40)包括斩波电路(401)和反馈控制电路(402)，所述斩波电路(401)的输入端与所述AC\/DC变换模块(10)的输出端相连，其输出端与所述超级电容(30)相连，以输出所述超级电容(30)的充电电压；所述反馈控制电路(402)与所述斩波电路(401)相连，以控制所述斩波电路(401)输出的所述充电电压。
4.根据权利要求3所述的直流电源，其特征在于，所述斩波电路(401)包括第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电容(C1)、整流二极管(RE)以及开关管(S1)，所述AC\/DC变换模块(10)的输出端正极依次经所述第一电感(L1)、所述开关管(S1)与其输出端负极相连，所述开关管(S1)的栅极与电源芯片相连，所述第一电感(L1)、所述开关管(S1)的公共端依次经所述第一电容(C1)、所述第二电感(L2)与所述AC\/DC变换模块(10)的输出端负极相连，所述第一电容(C1)、所述第二电感(L2)的公共端经所述整流二极管(RE)与所述超级电容(30)的正极相连，所述超级电容(30)的负极与所述斩波电路(401)的输出端负极相连。
5.根据权利要求4所述的直流电源，其特征在于，所述斩波电路(401)还包括第三电感(L3)，所述整流二极管(RE)的阴极经所述第三电感(L3)与所述超级电容(30)的正极相连。
6.根据权利要求4所述的直流电源，其特征在于，所述整流二极管(RE)包括第一二极管(D1)和第二二极管(D2)，所述第一二极管(D1)和所述第二二极管(D2)的阳极均与所述第一电容(C1)、所述第二电感(L2)的公共端相连，所述第一二极管(D1)和所述第二二极管(D2)的阴极均与所述超级电容(30)的正极相连。
7.根据权利要求4所述的直流电源，其特征在于，所述斩波电路(401)还包括第二电容(C2)，所述整流二极管(RE)的阴极经所述第二电容(C2)与所述斩波电路(401)的输出端负极相连。
8.根据权利要求4所述的直流电源，其特征在于，所述反馈控制电路(402)包括第一比较器(U1)和采样电阻(R1)，所述斩波电路(401)输出端的负极经所述采样电阻(R1)接地，所述第一比较器(U1)的第一输入端与所述斩波电路(401)输出端负极、所述采样电阻(R1)的公共端相连，其第二输入端与基准电压源(VCC)相连，其输出端与所述电源芯片相连。
9.根据权利要求8所述的直流电源，其特征在于，所述反馈控制电路(402)还包括第二比较器(U2)，所述第二比较器(U2)的同相输入端与所述第一比较器(U1)的输出端相连，其反相输入端通过导线与其输出端相连，其输出端还与所述电源芯片相连。
10.根据权利要求8所述的直流电源，其特征在于，所述反馈控制电路(402)还包括第二电阻(R2)，所述斩波电路(401)输出端负极、所述采样电阻(R1)的公共端经所述第二电阻(R2)与所述第一比较器(U1)的第一输入端相连。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及直流电源技术领域，特别涉及一种基于超级电容的直流电源。
背景技术
随着国家经济的高速增长，电力事业发展迅速，电网不断扩大，用户对供电质量和供电可靠性的要求越来越高，配网电源面临很严格的应用考验，特别是对具有后备式功能的配网电源可靠性与使用寿命、应用环境要求越来越高。在目前的电力直流电源系统中，储能几乎都由铅酸蓄电池承担，但铅酸蓄电池存在使用寿命短的缺点，且铅酸蓄电池组完全放电后，再次充满所需时间为10小时以上；当铅酸蓄电池的一致性不好时，整组蓄电池的性能指标只能以其中性能最差的一支蓄电池为准。铅酸蓄电池的缺陷使得将铅酸蓄电池作为直流电源的后备储能元件的维护成本高、供电效果差。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型旨在提出一种基于超级电容的直流电源，以解决铅酸蓄电池维护成本高、供电效果差的问题。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种基于超级电容的直流电源，包括AC\/DC变换模块、DC\/DC稳压模块和超级电容，所述AC\/DC变换模块的输入端接入交流电源，其输出端分别与所述DC\/DC稳压模块的输入端、所述超级电容相连；所述DC\/DC稳压模块的输入端还与所述超级电容相连，其输出端适于与用电设备相连。
进一步的，所述直流电源还包括DC\/DC恒流限压模块，所述AC\/DC变换模块的输出端经所述DC\/DC恒流限压模块与所述超级电容相连。
进一步的，所述DC\/DC恒流限压模块包括斩波电路和反馈控制电路，所述斩波电路的输入端与所述AC\/DC变换模块的输出端相连，其输出端与所述超级电容相连，以输出所述超级电容的充电电压；所述反馈控制电路与所述斩波电路相连，以控制所述斩波电路输出的所述充电电压。
进一步的，所述斩波电路包括第一电感、第二电感、第一电容、整流二极管以及开关管，所述AC\/DC变换模块的输出端正极依次经所述第一电感、所述开关管与其输出端负极相连，所述开关管的栅极与电源芯片相连，所述第一电感、所述开关管的公共端依次经所述第一电容、所述第二电感与所述AC\/DC变换模块的输出端负极相连，所述第一电容、所述第二电感的公共端经所述整流二极管与所述超级电容的正极相连，所述超级电容的负极与所述斩波电路的输出端负极相连。
进一步的，所述斩波电路还包括第三电感，所述整流二极管的阴极经所述第三电感与所述超级电容的正极相连。
进一步的，所述整流二极管包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和所述第二二极管的阳极均与所述第一电容、所述第二电感的公共端相连，所述第一二极管和所述第二二极管的阴极均与所述超级电容的正极相连。
进一步的，所述斩波电路还包括第二电容，所述整流二极管的阴极经所述第二电容与所述斩波电路的输出端负极相连。
进一步的，所述反馈控制电路包括第一比较器和采样电阻，所述斩波电路输出端的负极经所述采样电阻接地，所述第一比较器的第一输入端与所述斩波电路输出端负极、所述采样电阻的公共端相连，其第二输入端与基准电压源相连，其输出端与所述电源芯片相连。
进一步的，所述反馈控制电路包括第一比较器和采样电阻，所述斩波电路输出端的负极经所述采样电阻接地，所述第一比较器的第一输入端与所述斩波电路输出端负极、所述采样电阻的公共端相连，其第二输入端与基准电压源相连，其输出端与所述电源芯片相连。
进一步的，所述反馈控制电路还包括第二比较器，所述第二比较器的同相输入端与所述第一比较器的输出端相连，其反相输入端通过导线与其输出端相连，其输出端还与所述电源芯片相连。
相对于现有技术，本实用新型所述的基于超级电容的直流电源具有以下优势：
本实用新型所述的基于超级电容的直流电源使用超级电容作为各种用电设备的后备储能元件，实现了直流电源的免维护，使用寿命长、供电效果好。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例所述基于超级电容的直流电源的原理框图；
图2为本实用新型实施例所述AC\/DC变换模块的原理框图；
图3为本实用新型实施例所述基于超级电容的直流电源的另一种原理框图；
图4为本实用新型实施例所述DC\/DC恒流限压模块的电路图。
附图标记说明：
10-AC\/DC变换模块，20-DC\/DC稳压模块，30-超级电容，40-DC\/DC恒流限压模块，401-斩波电路，402-反馈控制电路，L1-第一电感，L2-第二电感，L3-第三电感，C1-第一电容，C2-第二电容，RE-整流二极管，D1-第一二极管，D2-第二二极管，S1-开关管，U1-第一比较器，U2-第二比较器，R1-采样电阻，R2-第二电阻，VCC-基准电压源。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
实施例1
如图1所示，其为本实施例中基于超级电容30的直流电源的原理框图；其中，所述直流电源包括AC\/DC变换模块10、DC\/DC稳压模块20和超级电容30，所述AC\/DC变换模块10的输入端接入交流电源，其输出端分别与所述DC\/DC稳压模块20的输入端、所述超级电容30相连；所述DC\/DC稳压模块20的输入端还与所述超级电容30相连，其输出端适于与用电设备相连。
其中，AC\/DC变换模块10与超级电容30之间通过导线直接相连。AC\/DC变换模块10用于将输入的交流电转化为稳定的直流电，DC\/DC稳压模块20用于将AC\/DC变换模块10或超级电容30的输出电压转化为可对各种用电设备进行供电的稳定可靠的直流工作电压。本实施例中，交流电源正常供电时，AC\/DC变换模块10将交流电转化为稳定的直流电，一方面经DC\/DC稳压模块20对用电设备供电，另一方面对超级电容30充电。交流电源断电后，超级电容30作为后备电源，经DC\/DC稳压模块20对用电设备继续供电，使用电设备在交流电源断电后仍然可得到稳定持续的工作电压。
这样，由于超级电容30的充电速度快、循环使用寿命长、可在-40℃～70℃的环境下稳定工作，本实施例中使用超级电容30作为用电设备的后备储能元件，使得本实施中的直流电源可适用于各种严酷环境，使用寿命长、供电效果好，实现了免维护，降低了成本。
进一步的，如图2所示，本实施例优选所述AC\/DC变换模块10包括EMC滤波及防雷电路、输入整流电路、功率因数校正电路、功率变换电路、PWM控制电路以及输出整流滤波电路，所述交流电源依次经所述EMC滤波及防雷电路、所述输入整流电路、所述功率因数校正电路、所述功率变换电路与所述输出整流滤波电路的输入端相连，所述输出整流滤波电路的输出端分别与所述DC\/DC稳压模块20的输入端、所述超级电容30相连，所述PWM控制电路分别与所述功率变换电路、所述输出整流滤波电路的输出端相连。
其中，所述EMC滤波及防雷电路用于过滤外界干扰信号，抑制线路上的共模信号以及差模浪涌干扰；所述输入整流电路用于将交流电转化为高压直流电；由于所述输入整流电路输出的电流和电压之间有相位差，会造成交换功率的损失，所述功率因数校正电路用于提高电路的功率因数；所述功率变换电路用于将所述功率因数校正电路输出的高压直流电转化为所需的稳定的低压交流电；所述输出整流滤波电路用于将所述功率变换电路输出的交流电转化为直流电；所述PWM控制电路用于对所述输出整流滤波电路的输出电压进行检测和采样反馈，并根据所述输出电压控制所述功率变换电路的占空比，使AC\/DC变换模块10输出稳定的特定直流电压。
需要说明的是，上述AC\/DC变换模块10、DC\/DC稳压模块20以及AC\/DC变换模块10包括的EMC滤波及防雷电路、输入整流电路、功率因数校正电路、功率变换电路、PWM控制电路、输出整流滤波电路均为直流电源中常见的设计，具体电路在此不再赘述。
实施例2
如上述所述的基于超级电容的直流电源，本实施例与其不同之处在于，结合图3所示，所述直流电源还包括DC\/DC恒流限压模块40，所述AC\/DC变换模块10的输出端经所述DC\/DC恒流限压模块40与所述超级电容30相连。
本实施例中AC\/DC变换模块10与超级电容30之间连接有DC\/DC恒流限压模块40，代替上述实施例中AC\/DC变换模块10与超级电容30之间的导线连接。
这样，DC\/DC恒流限压模块40接收AC\/DC变换模块10输出的直流电压后，输出电压可控的恒流电至超级电容30，以对超级电容30充电。
进一步的，所述DC\/DC恒流限压模块40包括斩波电路401和反馈控制电路402，所述斩波电路401的输入端与所述AC\/DC变换模块10的输出端相连，其输出端与所述超级电容30相连，以输出所述超级电容30的充电电压；所述反馈控制电路402与所述斩波电路401相连，以控制所述斩波电路401输出的所述充电电压。
如图4所示，本实施例优选所述斩波电路401包括第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、整流二极管RE以及开关管S1，所述AC\/DC变换模块10的输出端正极依次经所述第一电感L1、所述开关管S1与其输出端负极相连，所述开关管S1的栅极与电源芯片相连，所述第一电感L1、所述开关管S1的公共端依次经所述第一电容C1、所述第二电感L2与所述AC\/DC变换模块10的输出端负极相连，所述第一电容C1、所述第二电感L2的公共端经所述整流二极管RE与所述超级电容30的正极相连，所述超级电容30的负极与所述斩波电路401的输出端负极相连。
其中，第一电容C1、第二电感L2的公共端与整流二极管RE的阳极相连，整流二极管RE的阴极为斩波电路401的输出端正极，电源芯片用于控制开关管S1的导通和关断，整流二极管RE与超级电容30的正极之间通过导线直接相连。本实施例中，开关管S1导通时，AC\/DC变换模块10、第一电感L1、开关管S1组成的回路以及第一电容C1、开关管S1、第二电感L2组成的回路同时导电，第一电感L1和第二电感L2储能。开关管S1关断时，AC\/DC变换模块10、第一电感L1、第一电容C1、超级电容30组成的回路以及第二电感L2、整流二极管RE、超级电容30组成的回路同时导电，第一电感L1和第二电感L2释放能量，经整流二极管RE对超级电容30充电。当开关管S1处于断开状态时，斩波电路401的输出电压为零。
这样，可通过电源芯片控制开关管S1的占空比以控制斩波电路401的输出电压，从而DC\/DC恒流限压模块40可输出0V至最高浮充限制电压的全范围恒流输出，以对超级电容30进行充电。
进一步的，本实施例优选所述斩波电路401还包括第三电感L3，所述整流二极管RE的阴极经所述第三电感L3与所述超级电容30的正极相连。从而整流二极管RE与超级电容30的正极之间连接有第三电感L3，代替上述整流二极管RE与超级电容30的正极之间的导线连接。第三电感L3用于抑制电路中的纹波。
进一步的，本实施例优选所述整流二极管RE包括第一二极管D1和第二二极管D2，所述第一二极管D1和所述第二二极管D2的阳极均与所述第一电容C1、所述第二电感L2的公共端相连，所述第一二极管D1和所述第二二极管D2的阴极均与所述超级电容30的正极相连。第一二极管D1和第二二极管D2并联，可增加斩波电路401输出的额定电流。
进一步的，本实施例优选所述斩波电路401还包括第二电容C2，所述整流二极管RE的阴极经所述第二电容C2与所述斩波电路401的输出端负极相连。第二电容C2对斩波电路401的输出电压进行滤波，避免杂波干扰；且利用第二电容C2的充放电特性可使斩波电路401的输出信号更加平滑稳定。
如图4所示，本实施例优选所述反馈控制电路402包括第一比较器U1和采样电阻R1，所述斩波电路401输出端的负极经所述采样电阻R1接地，所述第一比较器U1的第一输入端与所述斩波电路401输出端负极、所述采样电阻R1的公共端相连，其第二输入端与基准电压源VCC相连，其输出端与所述电源芯片相连。
其中，基准电压源VCC用于提供基准电压，第一比较器U1的输出端与电源芯片之间通过导线相连。第一比较器U1经采样电阻R1对斩波电路401的输出电压进行采样，并将斩波电路401的输出电压与基准电压进行比较，输出一判断信号至电源芯片，电源芯片根据第一比较器U1输出的所述判断信号实时控制开关管S1的控制信号的占空比，从而控制斩波电路401的输出电压。
这样，反馈控制电路402可实时反馈斩波电路401的输出电压值，电源芯片可根据反馈控制电路402输出的判断信号控制斩波电路401的输出电压的电压值大小。
进一步的，本实施例优选所述反馈控制电路402还包括第二比较器U2，所述第二比较器U2的同相输入端与所述第一比较器U1的输出端相连，其反相输入端通过导线与其输出端相连，其输出端还与所述电源芯片相连。从而第一比较器U1的输出端与电源芯片之间连接有第二比较器U2，代替上述第一比较器U1输出端与电源芯片之间的导线连接。第二比较器U2可实现电压跟随，降低了电路的输入阻抗，可提高电路的带负载能力。
进一步的，本实施例优选所述反馈控制电路402还包括第二电阻R2，所述斩波电路401输出端负极、所述采样电阻R1的公共端经所述第二电阻R2与所述第一比较器U1的第一输入端相连。第二电阻R2作为限流电阻，起到保护第一比较器U1的作用，避免第一比较器U1因输入电流过大而烧毁。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920038662.6
申请日:2019-01-10
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:94(深圳)
授权编号:CN209184297U
授权时间:20190730
主分类号:H02J 7/34
专利分类号:H02J7/34;H02M3/156
范畴分类:37C;38G;
申请人:深圳蓝信电气有限公司
第一申请人:深圳蓝信电气有限公司
申请人地址:518104 广东省深圳市宝安区沙井街道南浦路531号7层E区
发明人:杨理刚
第一发明人:杨理刚
当前权利人:深圳蓝信电气有限公司
代理人:闫冬
代理机构:11473
代理机构编号:北京隆源天恒知识产权代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：超级电容论文; 整流二极管论文; 电感论文; 比较器论文; 斩波电路论文; 开关管论文; 电源论文; dc电源论文;