一种超级电容低压保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及电源掉电保护技术领域，尤其涉及一种超级电容低压保护电路。


背景技术：

2.在生活中，由于电网出现故障，电子设备可能出现突然短时掉电的现象(掉电500毫秒)。针对短时掉电这个问题，往往电子设备内部都会设计一个保存电量的电路，能够在电源短时掉电后保证电子设备能够持续工作一小段时间，在电源快速恢复后，电子设备继续工作，这个过程设备没有重启。
3.目前针对掉电这个问题主要有两种方案，一是使用电池，二是使用电容。
4.目前电池方案主要有以下几个缺点，占用空间大，需要充放电管理电路，通常电池电压为3.7v，远不能达到5v的电源电压，所以需要使用专门的充放电管理电路，在电源正常时降压到3.7v进行充电，电源消失后升压到5v进行放电。方案占用空间大，电路复杂，成本高。
5.目前的电容方案也有一些缺点，电解电容方案适用性不强，通常只能用于功耗较小电路，如果功耗较大，需增加电解电容的数量，占用空间大，而且电源上电瞬间，电容相当于短路，电解电容越多，大电流持续时间越长，可能会使电源自动保护。超级电容方案的缺点，由于超级电容的特性，它能在瞬间提供很大的功率，但超级电容两端的电压却会下降，在短时掉电过程中，如果出现电压到达某个临界值，这个电压能够使装置的一部分电路工作正常，但另一部分却无法在这个电压下正常工作，则可能会使某一部分电路彻底无法使用，在嵌入式系统中尤为严重。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而公开一种超级电容低压保护电路设计。
7.为了实现本实用新型的目的，本实用新型采取的技术方案是：
8.一种超级电容低压保护电路，包括电容充电电路和电容放电电路，所述电容充电电路包括储能电路、第一电阻和第二电阻，第一电阻一端电连接输入电源，第一电阻另一端电连接储能电路，第二电阻与第一电阻并联，电容放电电路包括储能电路和第一二极管，第一二极管阴极电连接输入电源，第一二极管阳极电连接储能电路，第一二极管与第一电阻、第二电阻并联，储能电路电性连接有电容充放电控制电路。
9.进一步的，所述储能电路包括第一mos管，第一mos管的源极电性连接第二电容的一端，第一mos管的栅极电性连接电容充放电控制电路，第一mos管的漏极电性连接电容充放电控制电路和地信号，第二电容的另一端电性连接第一电容的一端，第一电容的另一端电性连接第一电阻、第二电阻和第一二极管；所述第一电容和第二电容均为超级电容。
10.进一步的，所述第一二极管为肖特基二极管。
11.进一步的，所述电容充放电控制电路包括电压比较器，电压比较器的第一引脚电
连接储能电路和第三电阻的一端，电压比较器的第二引脚电连接储能电路、地信号gnd、第五电阻的一端和第三电容的一端，电压比较器的第三引脚电连接第五电阻的一端、第三电容的一端和第四电阻的一端，第四电阻的另一端电连接第三电阻的另一端、第一电阻的一端、第二电阻的一端、第一二极管的阴极和输入电源。
12.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
13.本文发明的一种超级电容低压保护电路，该电路通过使用电压比较器检测电容电压，当电压正常时，打开mos管，让电容充放电，保证设备在电源掉电时继续工作，电源恢复后不会重启。当电压下降到危险值后，关断mos管，让电容停止放电，保证设备不会因电压过低而造成损害。本发明电路设计简单，成本低，占用空间小，适用性广，能够实现电源短时掉电保护，同时也解决了传统电容方案中放电电压过低使设备损坏的问题。
附图说明
14.图1为本实用新型提出的低压保护电路图。
具体实施方式
15.以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
16.实施例1
17.一种超级电容低压保护电路，包括电容充电电路和电容放电电路，电容充电电路包括储能电路、第一电阻r1和第二电阻r2，第一电阻r1一端电连接输入电源，第一电阻r1另一端电连接储能电路，第二电阻r2与第一电阻r1并联，电容放电电路包括储能电路和第一二极管d1，第一二极管d1阴极电连接输入电源，第一二极管d1阳极电连接储能电路，第一二极管d1与第一电阻r1、第二电阻r2并联，储能电路电性连接有电容充放电控制电路。
18.储能电路包括第一mos管q1，第一mos管q1的源极电性连接第二电容c2的一端，第一mos管q1的栅极电性连接电容充放电控制电路，第一mos管q1的漏极电性连接电容充放电控制电路和地信号，第二电容c2的另一端电性连接第一电容c1的一端，第一电容c1的另一端电性连接第一电阻r1、第二电阻r2和第一二极管d1；第一电容c1和第二电容c2均为超级电容。
19.第一二极管d1为肖特基二极管。
20.电容充放电控制电路包括电压比较器u1，电压比较器u1的第一引脚电连接储能电路和第三电阻r3的一端，电压比较器u1的第二引脚电连接储能电路、地信号gnd、第五电阻r5的一端和第三电容c3的一端，电压比较器u1的第三引脚电连接第五电阻r5的一端、第三电容c3的一端和第四电阻r4的一端，第四电阻r4的另一端电连接第三电阻r3的另一端、第一电阻r1的一端、第二电阻r2的一端、第一二极管d1的阴极和输入电源。
21.其使用方法如下：
22.电容充电电路由电阻r1、r2，超级电容c1、c2，n沟道mos管q1组成。r1,r2为限流电阻，防止电容充电电流过大，损坏电源。q1为n沟道mos管，当输入g、s两端电压为5v时，d、s之间导通，输入电压为0v时，d、s之间截止。n沟道mos管要求开启电压要小，5v电压下必须导通，且导通内阻小。
23.电容放电电路由二极管d1，超级电容c1、c2，n沟道mos管q1组成。d1为放电旁路二极管，由于充电回路串联了限流电阻，要保证电容不通过限流电阻进行放电，使用二极管将r1,r2旁路掉。限流电阻的选择不能太大，也不能太小，太大电容充电缓慢，太小功耗大，需结合电源功率来进行选择。
24.电容充放电控制电路由电阻r2、r3、r4、r5，电容c3，电压比较器u1、n沟道mos管q1组成。二极管d1要求导通电压小，通常使用肖特基二极管。r4，r5为分压电路，电压比较器输入电压vin＝r5/(r4+r5)*5，c3为滤波电容，能过滤小的干扰。u1为电压比较器，当输入电压大于内部基准电压时高阻输出，小于内部基准电压时输出0v。r3为u1输出上拉电阻，保证u1在高阻状态下能够输出5v。
25.电容充放电控制电路通过u1来检测电源电压，来操作n沟道mos管q1，使其导通或截止，控制超级电容充放电。当外部电源正常时，u1输出5v使q1导通，电源通过限流电阻r1、r2给超级电容c1、c2充电。当外部电源消失，此时电源电压为电容电压减去二极管两端电压，大于电压比较器关断点，u1仍然输出电源电压使q1导通，电路由c1、c2通过二极管d1进行放电。当电源电压下降到电压比较器关断点后，u1输出0v使q1截止，关断超级电容放电。
26.充电过程：当输入电源5v正常时，二极管d1截止，此时u1输入电压vin＝r5/(r4+r5)*5大于电压比较器u1内部基准电压，u1输出5v，此时mos管并未导通，超级电容通过限流电阻r1、r2和n沟道mos管d、s间存在的寄生二极管充电，vs为二极管的导通电压，约为0.7v，则g、s两端电压为4.3v，该电压仍能使mos管导通，将内部寄生二极管旁路掉，超级电容通过限流电阻r1、r2和mos管充电。
27.放电过程：当输入电源5v消失后，二极管d1导通，此时电源由超级电容提供，为超级电容电压减去二极管两端电压，约为5v-0.3v＝4.7v，此时u1输入电压vin＝r5/(r4+r5)*4.7仍大于电压比较器u1内部基准电压，u1输出4.7v，由于mos管之前并未截止，所以vs＝vd＝0v，则g、s两端电压为4.7v，该电压仍能使mos管导通，超级电容通过二极管d1和mos管放电。当超级电容放电到危险值(如4.3v)，此时电源电压为电容电压减去二极管两端电压，约为4.3v-0.3v＝4v，此时u1输入电压vin＝r5/(r4+r5)*4.7小于电压比较器u1内部基准电压，u1输出0v，此时vs仍未mos管导通时的0v，则g、s两端电压为0v，mos管直接截止，由于此时没有了放电回路，超级电容停止放电。
28.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种超级电容低压保护电路，包括电容充电电路和电容放电电路，其特征在于：所述电容充电电路包括储能电路、第一电阻(r1)和第二电阻(r2)，第一电阻(r1)一端电连接输入电源，第一电阻(r1)另一端电连接储能电路，第二电阻(r2)与第一电阻(r1)并联，电容放电电路包括储能电路和第一二极管(d1)，第一二极管(d1)阴极电连接输入电源，第一二极管(d1)阳极电连接储能电路，第一二极管(d1)与第一电阻(r1)、第二电阻(r2)并联，储能电路电性连接有电容充放电控制电路。2.如权利要求1所述的一种超级电容低压保护电路，其特征在于：所述储能电路包括第一mos管(q1)，第一mos管(q1)的源极电性连接第二电容(c2)的一端，第一mos管(q1)的栅极电性连接电容充放电控制电路，第一mos管(q1)的漏极电性连接电容充放电控制电路和地信号，第二电容(c2)的另一端电性连接第一电容(c1)的一端，第一电容(c1)的另一端电性连接第一电阻(r1)、第二电阻(r2)和第一二极管(d1)；所述第一电容(c1)和第二电容(c2)均为超级电容。3.如权利要求2所述的一种超级电容低压保护电路，其特征在于：所述第一二极管(d1)为肖特基二极管。4.如权利要求1所述的一种超级电容低压保护电路，其特征在于：所述电容充放电控制电路包括电压比较器(u1)，电压比较器(u1)的第一引脚电连接储能电路和第三电阻(r3)的一端，电压比较器(u1)的第二引脚电连接储能电路、地信号(gnd)、第五电阻(r5)的一端和第三电容(c3)的一端，电压比较器(u1)的第三引脚电连接第五电阻(r5)的一端、第三电容(c3)的一端和第四电阻(r4)的一端，第四电阻(r4)的另一端电连接第三电阻(r3)的另一端、第一电阻(r1)的一端、第二电阻(r2)的一端、第一二极管(d1)的阴极和输入电源。

技术总结
本实用新型公开了一种超级电容低压保护电路设计，包括电容充电电路，电容放电电路和电容充放电控制电路，电容充电电路由储能电路与负载组成，电容放电电路由储能电路与二极管组成。本实用新型电路设计简单，成本低，占用空间小，适用性广，能够实现电源短时掉电保护，同时也解决了传统电容方案中放电电压过低使设备损坏的问题。备损坏的问题。备损坏的问题。


技术研发人员：宋元淳 周学成 李强 黄亮 邓超艳 李浩嶂 司勇 张梦龙
受保护的技术使用者：威胜能源技术股份有限公司
技术研发日：2022.11.23
技术公布日：2023/8/17