專利名稱：一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種儲(chǔ)能介質(zhì)，具體涉及一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
“物聯(lián)網(wǎng)概念”是在“互聯(lián)網(wǎng)概念”的基礎(chǔ)上，將其用戶端延伸和擴(kuò)展到任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)概念，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間信息互通。把傳感器裝備到各種真實(shí)物體上使其具有智慧，智慧物體通過(guò)嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行特定程序感知自身和外部信息，感知過(guò)程是人與物、物與物進(jìn)行信息互通的過(guò)程。智慧物體使用RS422 / 485總線、現(xiàn)場(chǎng)總線、CAN總線、ZigBee技術(shù)等連接智能化終端構(gòu)建成一個(gè)智能化的局域物聯(lián)系統(tǒng)，給局域物聯(lián)系統(tǒng)配置相應(yīng)的互聯(lián)網(wǎng)接口，連接到互聯(lián)網(wǎng)上，便實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)向物聯(lián)網(wǎng)的拓展。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，適用于人的移動(dòng)終端一手機(jī)用戶發(fā)展迅猛，手機(jī)的功能在不斷增強(qiáng)，移動(dòng)互聯(lián)已得到普及，當(dāng)今的人們已經(jīng)離不開手機(jī)。智慧物體的出現(xiàn)，必然需要使用一種合適于智慧物體使用的移動(dòng)終端設(shè)備一物機(jī)，物機(jī)與手機(jī)最大的差別是使用的對(duì)象，造成物機(jī)不能像手機(jī)一樣快速發(fā)展的瓶頸之一是物機(jī)使用的電池。物機(jī)是利用GSM網(wǎng)絡(luò)，以GSM模塊為核心，配置MCU、通信接口和電源等應(yīng)用于真實(shí)物體的移動(dòng)通信終端設(shè)備，物機(jī)雖然是移動(dòng)通信終端設(shè)備，但其安裝后是相對(duì)固定的。物機(jī)對(duì)于人來(lái)說(shuō)是遠(yuǎn)程受控終端，反映遠(yuǎn)程監(jiān)視真實(shí)物體的狀況。電源是真實(shí)物體所有監(jiān)視設(shè)備或系統(tǒng)的動(dòng)力，因此，電源故障(停電)的監(jiān)測(cè)及報(bào)警是物機(jī)必備的功能。物機(jī)最初沿用手機(jī)采用鋰電池作為儲(chǔ)能介質(zhì)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)物機(jī)使用鋰電池作為儲(chǔ)能介質(zhì)是不可取的。如在城市路燈電纜防盜報(bào)警中使用物機(jī)報(bào)警，最終由于鋰電池低溫不夠、完全充放電次數(shù)少等，使得物機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中故障太多，維修量巨大；在家居安防報(bào)警系統(tǒng)中也由于鋰電池問(wèn)題降低了設(shè)備的可靠性，鋰電池成為物機(jī)推廣應(yīng)用的主要瓶頸之一，主要原因是(I)鋰電池完全沖放電次數(shù)只能在300次左右，制約了設(shè)備的壽命，造成后期設(shè)備的維護(hù)量巨大，以至于阻礙了設(shè)備進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用；(2)鋰電池的放電效率與環(huán)境溫度有很大關(guān)系，對(duì)于室外全天候應(yīng)用的設(shè)備無(wú)法解決低溫環(huán)境的應(yīng)用。超級(jí)電容是近年發(fā)展快速的種大容量?jī)?chǔ)能元件，和普通電池相比，具有功率密度高、充放電時(shí)間短、效率高、使用壽命長(zhǎng)、清潔環(huán)保等特點(diǎn)，在電動(dòng)汽車、新能源等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。針對(duì)物機(jī)這種真實(shí)物體使用的移動(dòng)終端設(shè)備，超級(jí)電容完全可以取代鋰電池作為物機(jī)的儲(chǔ)能介質(zhì)，二者的比較如下①⑤超級(jí)電容具有超寬的溫度適用范圍，通?？梢赃_(dá)到一40°C 85°C ;而一般電池是-20°C 60°C。；[0013]②超級(jí)電容大電流充放電性能優(yōu)越，功率密度(Power Density)是鋰離子電池的數(shù)十倍以上；③超級(jí)電容充放電時(shí)間短，充電電路簡(jiǎn)單，無(wú)需限流和充放電控制回路，無(wú)記憶效應(yīng)。二次電池受充放電電流限制，充電時(shí)間長(zhǎng)，一般需幾小時(shí)到十幾小時(shí)，而雙電層電容器不受充電電流限制，可快速充電，幾秒到幾十秒即可充滿；④超級(jí)電容具有超長(zhǎng)壽命，充放電大于50萬(wàn)次，是L1-1on電池的500倍，是N1-MH和N1-Cd電池的1000倍，如果對(duì)超級(jí)電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)68年。雖然超級(jí)電容有許多優(yōu)點(diǎn)，但是超級(jí)電容在物機(jī)中的應(yīng)用，還存在著如下問(wèn)題如何采用超級(jí)電容取代鋰電池應(yīng)用到物機(jī)，突破因鋰電池局限導(dǎo)致物機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中可靠性低的瓶頸，這是本領(lǐng)域技術(shù)研究的方向。物機(jī)是手機(jī)拓展應(yīng)用到智慧物體的產(chǎn)物，其固定安裝于智慧物體之上，隨智慧物體的移動(dòng)而移動(dòng)，具有相對(duì)固定的特點(diǎn)；智慧物體與物機(jī)之間以數(shù)據(jù)通信為主，兼顧語(yǔ)音和視頻；由于智慧物體的智慧不夠，物機(jī)需要具備自檢測(cè)GSM網(wǎng)絡(luò)、電源的能力，對(duì)故障能實(shí)現(xiàn)自修復(fù)或報(bào)警，實(shí)現(xiàn)這些功能，儲(chǔ)能介質(zhì)是物機(jī)必備的。已知物機(jī)的儲(chǔ)能介質(zhì)是電池，手機(jī)使用的儲(chǔ)能介質(zhì)一鋰電池是物機(jī)設(shè)計(jì)者沿用的依據(jù)。雖然有關(guān)手機(jī)上使用鋰電池的配套充放電器件都非常成熟，但由于物機(jī)與手機(jī)的使用對(duì)象不同，也就是說(shuō)物機(jī)的使用對(duì)象是智慧物體，手機(jī)的使用對(duì)象是人，智慧物體的智慧目前還無(wú)法與人相比，導(dǎo)致手機(jī)上普遍使用的鋰電池在物機(jī)上應(yīng)用存在嚴(yán)重的缺陷，成為提升物機(jī)可靠性指標(biāo)的瓶頸。超級(jí)電容一直用于常規(guī)電容和電池之間的專門市場(chǎng)，隨著更多新應(yīng)用的發(fā)現(xiàn)，這一專門市場(chǎng)也在不斷增長(zhǎng)。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用中，超級(jí)電容正在取代電池，包括3. 3V內(nèi)存?zhèn)浞莨虘B(tài)硬盤(SSD)、電池供電的便攜式工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)警報(bào)器以及智能功率計(jì)。物機(jī)中GSM模塊的VBAT采用3. 4V到4. 5V的單電源供電。在一些情況下，信號(hào)傳輸?shù)拟Оl(fā)會(huì)導(dǎo)致電壓跌落，這時(shí)電流損耗的峰值會(huì)達(dá)到2k,因此，電源必須能提供足夠到2A的電流。由于超級(jí)電容的電壓值很低(3V以下)，單個(gè)超級(jí)電容不能滿足物機(jī)中GSM模塊所需電壓要求(3. 4V到4. 5V)，因此，需要兩個(gè)超級(jí)電容進(jìn)行串聯(lián)才能滿足。由于生產(chǎn)工藝的限制，超級(jí)電容在制造過(guò)程中無(wú)法做到材質(zhì)的絕對(duì)均勻，導(dǎo)致各個(gè)超級(jí)電容單體參數(shù)的分散性。兩個(gè)串聯(lián)工作的超級(jí)電容，不同超級(jí)電容單體上電壓存在差別，即過(guò)電壓和欠電壓兩種不健康狀態(tài)。過(guò)電壓狀態(tài)將縮短超級(jí)電容的壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸，而處于欠電壓狀態(tài)的超級(jí)電容器，其容量不能充分利用，存在浪費(fèi)。所以對(duì)物機(jī)使用的2個(gè)串聯(lián)超能電容組必須引入均壓技術(shù)，以提高超級(jí)電容組的可靠性和利用率，并延長(zhǎng)超級(jí)電容的使用壽命。一種簡(jiǎn)單的解決方案是使用凌力爾特超級(jí)電容充電器方案，LTC3226是一款無(wú)電感的超級(jí)電容充電器，具有備份的電源通路控制器，使用2. 5-5. 5V的輸入電源給兩節(jié)串聯(lián)的超級(jí)電容充電，并充電至2. 5-5. 3V的可編程超級(jí)電容充電電壓。該器件的自動(dòng)容量平衡和電壓鉗位功能可保持兩節(jié)超級(jí)電容上的電壓相等。但仔細(xì)分析LTC3226的電壓鉗位電路，發(fā)現(xiàn)它不適合在物機(jī)中應(yīng)用，主要是① LTC3226充電泵配備用于將任意超級(jí)電容兩端的電壓限制為一個(gè)2. 65V的
最大可容許預(yù)設(shè)電壓的電路。利用它來(lái)解決物機(jī)使用超級(jí)電容作為存儲(chǔ)介質(zhì)的充電是可行的,但如果從物機(jī)電源系統(tǒng)總體考慮，由于LTC3226是通用器件，對(duì)于物機(jī)參數(shù)確定的應(yīng)用，不僅需要通過(guò)阻容計(jì)算、調(diào)試后，才能確定LTC3226的外圍電路配置，而且使用LTC3226的LDO穩(wěn)壓器的功率小等原因無(wú)法滿足物機(jī)的供電需求，不使用LTC3226的LDO穩(wěn)壓器造成浪費(fèi)。②LTC3226的價(jià)格偏高。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)以上問(wèn)題本實(shí)用新型提供了一種充放電時(shí)間短、效率高、使用壽命長(zhǎng)、清潔環(huán)保的新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)。為了解決以上問(wèn)題本實(shí)用新型提供了一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)，其特征在于所述的超級(jí)電容管理模塊，包括充電電路、平衡電路、超級(jí)電容、穩(wěn)壓電路、自動(dòng)切換模塊、控制開關(guān)、恒壓電路；5V與充電電路、穩(wěn)壓電路和自動(dòng)切換模塊相連，充電電路的輸出與平衡電路相連，平衡電路的輸出與超級(jí)電容和自動(dòng)切換模塊相連；穩(wěn)壓電路的輸出與控制開關(guān)、恒壓電路和自動(dòng)切換模塊相連；控制開關(guān)的輸出VBAT是受控制的；恒壓電路輸出恒定的3. 3V。所述的超級(jí)電容的單節(jié)超級(jí)電容選擇為30F。所述的充電電路采用CN3068、穩(wěn)壓電路采用MIC29302BU、自動(dòng)切換模塊和控制開關(guān)采用RF7416、恒壓電路采用SP6650、平衡電路采用XC61CN2202MR和XP161A1355PR。所述的充電電路由電解電容E4、電池管理芯片P3、電解電容E5和電阻R6組成，電解電容E4的正端與電池管理芯片P3的VCC相連并接到+5V，電解電容E4的負(fù)端與地連接；電池管理芯片P3的FB和BAT與電解電容E5正端相連輸出4. 2V，電池管理芯片P3的TEMP、GND、電解電容E5的負(fù)端、電阻R6的一端相連并接到地，電池管理芯片P3的IR與電阻R6的另一端相連。所述的平衡電路由比較器P6、MOS管P7、比較器P8、MOS管P9、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電阻R16組成，BAT+連接到MOS管P7的S、電阻R13的一端、電阻R14的一端、超級(jí)電容CA的正端，電阻Rl3的另一端連到比較器P6的VIN，比較器P6的OUT連到MOS管P7的G、電阻R14的另一端，比較器P6的VSS與超級(jí)電容CA的負(fù)端、MOS管P7的D、MOS管P9的S、電阻R15的一端、超級(jí)電容CB的正端相連，電阻R15的另一端與比較器P8的VIN相連，比較器P8的OUT連到MOS管P9的G、電阻R16的另一端，比較器P8的VSS與超級(jí)電容CB的負(fù)端、MOS管P9的D相連并連接到地；超級(jí)電容由超級(jí)電容CA和超級(jí)電容CB組成；所述的穩(wěn)壓電路由電解電容E1、穩(wěn)壓芯片P1、電阻R1、電阻R2、電解電容E2、電容Cl、電阻R3組成，電解電容El的正端與穩(wěn)壓芯片Pl的IN和EN相連并接到+5V，穩(wěn)壓芯片Pl的ADJ與電阻Rl的一端、電阻R2的一端相連；穩(wěn)壓芯片Pl的OUT與電阻R2的另一端、電解電容E2的正端、電容Cl的一端、電阻R3的一端相連輸出4. 2V穩(wěn)壓電源,穩(wěn)壓芯片Pl的GND與電解電容El的負(fù)端、電阻Rl的另一端、電解電容E2的負(fù)端、電容Cl的另一端、電阻R3的另一端相連并接到地；所述的自動(dòng)切換模塊由MOS芯片P4和電阻R7組成，MOS芯片P4采用NMOS器件IRF7416，M0S芯片P4的G與電阻R7的一端相連并接到+5V，電阻R7的另一端接地，MOS芯片P4的S接到4. 2V, MOS芯片P4的D接到BAT+ ；所述的控制開關(guān)由MOS芯片P2、電阻R4、電阻R5、電解電容E3組成，MOS芯片P2采用NMOS器件IRF7416，M0S芯片P2的G與電阻R5的一端相，連，MOS芯片P2的S與電阻R4的一端相連并接到4. 2V，MOS芯片P4的D與電解電容E3的正端相連輸出BATT，電解電容E3的負(fù)端接地，電阻R4的另一端與電阻R5另一端相連接到PCCTL ；所述的恒壓電路由電阻R8、電阻R9、電容C2、電解電容E6、穩(wěn)壓芯片P5、電感L、電阻R10、電容C3、電阻R11、電阻R12、E7組成，穩(wěn)壓芯片P5采用SIPEX的SP6650配置外圍器件提供恒定3. 3V，穩(wěn)壓芯片P5的PVIN、ILM和SHDN相連與電解電容E6的正端、電阻R9的一端、電阻R8的一端相連接到4. 2V,電阻R9的另一端與電容C2的一端相連，電容C2的另一端接地，穩(wěn)壓芯片P5的LX與電感L的一端、電阻RlO的一端相連，電感L的另一端與電容C3的一端、E7的正端、穩(wěn)壓芯片P5的VOUT相連并輸出3. 3V，電阻RlO的另一端與電容C3的另一端、電阻Rll的一端相連，電阻Rll的另一端與穩(wěn)壓芯片P5的FB、電阻R12的一端、E7的負(fù)端、穩(wěn)壓芯片P5的PGND、穩(wěn)壓芯片P5的GND相連并接到地。有益效果電源系統(tǒng)是物機(jī)的動(dòng)力之源，超級(jí)電容管理系統(tǒng)是電源系統(tǒng)的儲(chǔ)能介質(zhì)，當(dāng)電源系統(tǒng)的輸入失電后，物機(jī)依靠超級(jí)電容管理系統(tǒng)的儲(chǔ)能完成短信報(bào)警。采用超級(jí)電容管理系統(tǒng)而不是鋰電池進(jìn)行儲(chǔ)能，使物機(jī)不僅適用惡劣環(huán)境，而且克服了鋰電池充電壽命的限制。本超級(jí)電容管理系統(tǒng)將5V輸入電壓通過(guò)變換和儲(chǔ)能輸出具有后備的3. 3V和可控制輸出的VBAT (3. 6-4. 2V)。儲(chǔ)能介質(zhì)使用兩節(jié)2. 7V的超級(jí)電容替代單節(jié)鋰電池，克服鋰電池作為物機(jī)儲(chǔ)能介質(zhì)在壽命和低溫方面的缺陷。

圖1為本超級(jí)電容管理系統(tǒng)的組成框圖；圖2為本超級(jí)電容管理系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。如圖1所示，一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)包括充電電路、平衡電路、超級(jí)電容、穩(wěn)壓電路、自動(dòng)切換模塊、控制開關(guān)、恒壓電路；5V與充電電路、穩(wěn)壓電路和自動(dòng)切換模塊相連，充電電路的輸出與平衡電路相連，平衡電路的輸出與超級(jí)電容和自動(dòng)切換模塊相連；穩(wěn)壓電路的輸出與控制開關(guān)、恒壓電路和自動(dòng)切換模塊相連；控制開關(guān)的輸出VBAT是受控制的；恒壓電路輸出恒定的3. 3V。超級(jí)電容兩節(jié)2. 7V的超級(jí)電容串聯(lián)的容量計(jì)算，為了縮小物機(jī)的總體體積，選擇合適的超級(jí)電容容量是關(guān)鍵。為了保證物機(jī)在外部失電后依靠超級(jí)電容儲(chǔ)能發(fā)送短信報(bào)警信號(hào)，最多發(fā)送16條報(bào)警短信。經(jīng)測(cè)試發(fā)送I條報(bào)警短信的平均時(shí)間為1. 5s，連續(xù)發(fā)送的平均時(shí)間為2. 2s,因此，發(fā)送16條報(bào)警短信的時(shí)間為35. 2s，物機(jī)在發(fā)送短信時(shí)所需平均電流為250mA。35. 2sX250mA=8800mAs=8. 8As。物機(jī)發(fā)送短信的電壓范圍為
4.2V-3. 6V=0. 6V ;兩節(jié)串聯(lián)超級(jí)電容的容量為8. 8As/0. 6V=14. 67F，取整為15F。因此，單節(jié)超級(jí)電容選擇為30F。如圖2所示，各部分的主要IC型號(hào)是充電電路(CN3068)、穩(wěn)壓電路(MIC29302BU)、自動(dòng)切換模塊和控制開關(guān)(IRF7416)、恒壓電路(SP6650)、平衡電路(XC61CN2202MR 和 XP161A1355PR)。充電電路(CN3068):從成本控制設(shè)計(jì)，根據(jù)VBAT(3. 6-4. 2V)的要求，選擇使用成熟的單節(jié)鋰電池充電集成電路。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證國(guó)產(chǎn)500毫安USB接口兼容的鋰電池充電集成電路CN3068完全滿足設(shè)計(jì)需要。 CN3068是可以對(duì)單節(jié)可充電鋰電池進(jìn)行恒流/恒壓充電的充電器電路。該器件內(nèi)部包括功率晶體管，應(yīng)用時(shí)不需要外部的電流檢測(cè)電阻和阻流二極管。CN3068只需要極少的外圍元器件，并且符合USB總線技術(shù)規(guī)范，非常適合于便攜式應(yīng)用的領(lǐng)域。熱調(diào)制電路可以在器件的功耗比較大或者環(huán)境溫度比較高的時(shí)候?qū)⑿酒瑴囟瓤刂圃诎踩秶鷥?nèi)。充電電流通過(guò)一個(gè)外部電阻設(shè)置。當(dāng)輸入電壓掉電時(shí)，CN3068自動(dòng)進(jìn)入低功耗的睡眠模式，此時(shí)電池的電流消耗小于3微安。其它功能包括輸入電壓過(guò)低鎖存，自動(dòng)再充電，電池溫度監(jiān)控以及充電狀態(tài)/充電結(jié)束狀態(tài)指示等功能。CN3068采用8管腳小外形封裝(S0P8)。雖然CN3068有內(nèi)部固定4. 2V的恒壓充電電壓和可以通過(guò)一個(gè)外部的電阻調(diào)節(jié)恒壓充電電壓兩種模式，但在實(shí)際使用中當(dāng)使用外部電阻調(diào)整恒壓充電電壓時(shí)，由于芯片內(nèi)部和外部的溫度不一致及芯片生產(chǎn)時(shí)的工藝偏差等原因，可能導(dǎo)致輸出電壓的精度變差和溫度系數(shù)變大。同時(shí)，因需外接電阻不僅增加材料、裝配成本，更重要的是增加了調(diào)試的難度。因此，在本實(shí)用新型中采用CN3068內(nèi)部固定4. 2V的恒壓充電電壓模式。平衡電路(XC61CN2202MR和 XP161A1355PR):選擇采用兩節(jié)2. 7V的超級(jí)電容串聯(lián)，現(xiàn)有兩節(jié)2. 7V超級(jí)電容串聯(lián)模組采用電壓比較器、NM0SFET和電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡電路，但在電壓比較器的選擇上選用2. 6V的比較器，因此，兩節(jié)2. 7V超級(jí)電容串聯(lián)模組的電壓為2. 6x2=5. 2V，不符合物機(jī)4. 2V。TOREX的XC61C系列高精度、低功耗電壓比較器的精度為±2%，電壓檢測(cè)范圍從1.6V到6V，步進(jìn)0.1V，工作電壓范圍0. 7V到10. 0V。XC61C型號(hào)的選擇的指標(biāo)計(jì)算(I)電壓檢測(cè)值根據(jù)XC61C的精度為±2%，CN3068的充電電壓為4. 2V,即兩節(jié)串聯(lián)超級(jí)電容的最高電壓4. 2Vx (1+2%) =4. 284V ；兩節(jié)串聯(lián)超級(jí)電容的最低電壓4. 2Vx (1-2%) =4. 116V ；為了保證兩節(jié)串聯(lián)超級(jí)電容的最高電壓達(dá)到4. 2V，因此，單節(jié)的電壓檢測(cè)值應(yīng)該為:4. 284V/2=2. 142V。(2) XC6IC 型號(hào)確定XC61C的型號(hào)根據(jù)電壓檢測(cè)范圍從1. 6V到6V，步進(jìn)0.1V來(lái)確定的，因此我們選擇
2.2V最為合適。具體型號(hào)為XC61CN2202MR。XP161A1355PR 是 N MOS 功率開關(guān)，與 XC61CN2202MR 配合使用，由 XC61CN2202MR 的輸出控制XP161A1355PR導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)兩節(jié)級(jí)電容串聯(lián)模組的平衡充電。[0063]如圖2所示，本實(shí)用新型具體實(shí)施案例包括充電電路、平衡電路、超級(jí)電容、穩(wěn)壓電路、自動(dòng)切換模塊、控制開關(guān)、恒壓電路；充電電路由電解電容E4、電池管理芯片P3、電解電容E5和電阻R6組成，電解電容E4的正端與、電池管理芯片P3的VCC相連并接到+5V，電解電容E4的負(fù)端與地連接；電池管理芯片P3的FB和BAT與電解電容E5正端相連輸出4. 2V，電池管理芯片P3的TEMP、GND、電解電容E5的負(fù)端、電阻R6的一端相連并接到地，電池管理芯片P3的IR與電阻R6的另一端相連；平衡電路由比較器P6、M0S管P7、比較器P8、M0S管P9、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電阻R16組成，BAT+連接到MOS管P7的S、電阻R13的一端、電阻R14的一端、超級(jí)電容CA的正端，電阻R13的另一端連到比較器P6的VIN，比較器P6的OUT連到MOS管P7的G、電阻R14的另一端，比較器P6的VSS與超級(jí)電容CA的負(fù)端、MOS管P7的D、M0S管P9的
S、電阻R15的一端、超級(jí)電容CB的正端相連，電阻R15的另一端與比較器P8的VIN相連，比較器P8的OUT連到MOS管P9的G、電阻R16的另一端，比較器P8的VSS與超級(jí)電容CB的負(fù)端、MOS管P9的D相連并連接到地；超級(jí)電容由超級(jí)電容CA和超級(jí)電容CB組成；穩(wěn)壓電路由電解電容El、穩(wěn)壓芯片Pl、電阻Rl、電阻R2、電解電容E2、電容Cl、電阻R3組成，電解電容El的正端與穩(wěn)壓芯片Pl的IN和EN相連并接到+5V，穩(wěn)壓芯片Pl的ADJ與電阻Rl的一端、電阻R2的一端相連；穩(wěn)壓芯片Pl的OUT與電阻R2的另一端、電解電容E2的正端、電容Cl的一端、電阻R3的一端相連輸出4. 2V穩(wěn)壓電源，穩(wěn)壓芯片Pl的GND與電解電容El的負(fù)端、電阻Rl的另一端、電解電容E2的負(fù)端、電容Cl的另一端、電阻R3的另一端相連并接到地；自動(dòng)切換模塊由MOS芯片P4和電阻R7組成，MOS芯片P4采用NMOS器件IRF7416，MOS芯片P4的G與電阻R7的一端相連并接到+5V，電阻R7的另一端接地，MOS芯片P4的S接到4. 2V, MOS芯片P4的D接到BAT+ ；控制開關(guān)由MOS芯片P2、電阻R4、電阻R5、電解電容E3組成，MOS芯片P2采用NMOS器件IRF7416，M0S芯片P2的G與電阻R5的一端相，連，MOS芯片P2的S與電阻R4的一端相連并接到4. 2VjMOS芯片P4的D與電解電容E3的正端相連輸出BATT，電解電容E3的負(fù)端接地，電阻R4的另一端與電阻R5另一端相連接到PCCTL ；恒壓電路由電阻R8、電阻R9、電容C2、電解電容E6、穩(wěn)壓芯片P5、電感L、電阻RlO、電容C3、電阻R11、電阻R12、電解電容E7組成，穩(wěn)壓芯片P5采用SIPEX的SP6650配置外圍器件提供恒定3. 3V，穩(wěn)壓芯片P5的PVIN、ILM和SHDN相連與電解電容E6的正端、電阻R9的一端、電阻R8的一端相連接到4. 2V,電阻R9的另一端與電容C2的一端相連，電容C2的另一端接地，穩(wěn)壓芯片P5的LX與電感L的一端、電阻RlO的一端相連，電感L的另一端與電容C3的一端、電解電容E7的正端、穩(wěn)壓芯片P5的VOUT相連并輸出3. 3V，電阻RlO的另一端與電容C3的另一端、電阻Rll的一端相連，電阻Rll的另一端與穩(wěn)壓芯片P5的FB、電阻R12的一端、電解電容E7的負(fù)端、穩(wěn)壓芯片P5的PGND、穩(wěn)壓芯片P5的GND相連并接到地。本實(shí)用新型具備以下優(yōu)點(diǎn)①本實(shí)用新型采用手機(jī)鋰電池充電管理芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)兩節(jié)超級(jí)電容串聯(lián)兩端電壓的限制，根據(jù)[0072]VBAT輸入電壓范圍要求，控制其充電電壓在4. 2V。而這種充電管理芯片不僅出貨量大，而且售價(jià)低。②本實(shí)用新型采用電壓比較器和MOSFET來(lái)實(shí)現(xiàn)兩節(jié)超級(jí)電容串聯(lián)時(shí)的平衡充電電路，根據(jù)物機(jī)對(duì)兩節(jié)超級(jí)電容串聯(lián)兩端充電電壓限制在4. 2V，我們可以選擇定電壓的比較器，不僅精度高，而且價(jià)格也好。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不限制于本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的超級(jí)電容管理模塊，包括充電電路、平衡電路、超級(jí)電容、穩(wěn)壓電路、自動(dòng)切換模塊、控制開關(guān)、恒壓電路； 5V與充電電路、穩(wěn)壓電路和自動(dòng)切換模塊相連，充電電路的輸出與平衡電路相連，平衡電路的輸出與超級(jí)電容和自動(dòng)切換模塊相連；穩(wěn)壓電路的輸出與控制開關(guān)、恒壓電路和自動(dòng)切換模塊相連；控制開關(guān)的輸出VBAT是受控制的；恒壓電路輸出恒定的3.3V。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的超級(jí)電容的單節(jié)超級(jí)電容選擇為30F。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的充電電路采用CN3068、穩(wěn)壓電路采用MIC29302BU、自 動(dòng)切換模塊和控制開關(guān)采用RF7416、恒壓電路采用SP6650、平衡電路采用XC61CN2202MR和X穩(wěn)壓芯片P161A1355PR。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的充電電路由電解電容E4、電池管理芯片P3、電解電容E5和電阻R6組成，電解電容E4的正端與電池管理芯片P3的VCC相連并接到+5V，電解電容E4的負(fù)端與地連接；電池管理芯片P3的FB和BAT與電解電容E5正端相連輸出4.2V，電池管理芯片P3的TEMP、GND、電解電容E5的負(fù)端、電阻R6的一端相連并接到地，電池管理芯片P3的IR與電阻R6的另一端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的平衡電路由比較器P6、MOS管P7、比較器P8、MOS管P9、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電阻R16組成，BAT+連接到MOS管P7的S、電阻R13的一端、電阻R14的一端、超級(jí)電容CA的正端，電阻R13的另一端連到比較器P6的VIN，比較器P6的OUT連到MOS管P7的G、電阻R14的另一端，比較器P6的VSS與超級(jí)電容CA的負(fù)端、MOS管P7的D、M0S管P9的S、電阻R15的一端、超級(jí)電容CB的正端相連，電阻R15的另一端與比較器P8的VIN相連，比較器P8的OUT連到MOS管P9的G、電阻R16的另一端，比較器P8的VSS與超級(jí)電容CB的負(fù)端、MOS管P9的D相連并連接到地；超級(jí)電容由超級(jí)電容CA和超級(jí)電容CB組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的穩(wěn)壓電路由電解電容E1、穩(wěn)壓芯片P1、電阻R1、電阻R2、電解電容E2、電容Cl、電阻R3組成，電解電容El的正端與穩(wěn)壓芯片Pl的IN和EN相連并接到+5V，穩(wěn)壓芯片Pl的ADJ與電阻Rl的一端、電阻R2的一端相連；穩(wěn)壓芯片Pl的OUT與電阻R2的另一端、電解電容E2的正端、電容Cl的一端、電阻R3的一端相連輸出4.2V穩(wěn)壓電源，穩(wěn)壓芯片Pl的GND與電解電容El的負(fù)端、電阻Rl的另一端、電解電容E2的負(fù)端、電容Cl的另一端、電阻R3的另一端相連并接到地。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的自動(dòng)切換模塊由MOS芯片P4和電阻R7組成，MOS芯片P4采用NMOS器件IRF7416，MOS芯片P4的G與電阻R7的一端相連并接到+5V，電阻R7的另一端接地，MOS芯片P4的S接到4.2V，MOS芯片P4的D接到BAT+o
8.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制開關(guān)由MOS芯片P2、電阻R4、電阻R5、電解電容E3組成，MOS芯片P2采用NMOS器件IRF7416，MOS芯片P2的G與電阻R5的一端相，連，MOS芯片P2的S與電阻R4的一端相連并接到·4.2VjMOS芯片P4的D與電解電容E3的正端相連輸出BATT，電解電容E3的負(fù)端接地，電阻R4的另一端與電阻R5另一端相連接到PCCTL。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的恒壓電路由電阻R8、電阻R9、電容C2、電解電容E6、穩(wěn)壓芯片P5、電感L、電阻R10、電容C3、電阻R11、電阻R12、E7組成，穩(wěn)壓芯片P5采用SIPEX的SP6650配置外圍器件提供恒定3.3V，穩(wěn)壓芯片P5的PVIN、ILM和SHDN相連與電解電容E6的正端、電阻R9的一端、電阻R8的一端相連接到4.2V,電阻R9的另一端與電容C2的一端相連，電容C2的另一端接地，穩(wěn)壓芯片P5的LX與電感L的一端、電阻RlO的一端相連，電感L的另一端與電容C3的一端、E7的正端、穩(wěn)壓芯片P5的VOUT相連并輸出3.3V，電阻RlO的另一端與電容C3的另一端、電阻Rll的一端相連，電阻Rll的另一端與穩(wěn)壓芯片P5的FB、電阻R12的一端、E7的負(fù)端、穩(wěn)壓芯片P5的PGND、穩(wěn)壓芯片P5 的GND相連并接到地。
專利摘要一種新型超級(jí)電容管理系統(tǒng)，所述的超級(jí)電容管理模塊,包括充電電路、平衡電路、超級(jí)電容、穩(wěn)壓電路、自動(dòng)切換模塊、控制開關(guān)、恒壓電路；5V與充電電路、穩(wěn)壓電路和自動(dòng)切換模塊相連，充電電路的輸出與平衡電路相連，平衡電路的輸出與超級(jí)電容和自動(dòng)切換模塊相連；穩(wěn)壓電路的輸出與控制開關(guān)、恒壓電路和自動(dòng)切換模塊相連；控制開關(guān)的輸出VBAT是受控制的；恒壓電路輸出恒定的3.3V。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202918064SQ201220511328
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者劉鎮(zhèn)陽(yáng), 李文鋒, 許建華, 陸敬筠, 王養(yǎng)森, 孫偉, 王偉, 劉辰成, 劉德田 申請(qǐng)人:南京覓丹電子信息有限公司