一種基于超級(jí)電容的并聯(lián)模式和串聯(lián)模式切換電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超級(jí)電容的并聯(lián)模式和串聯(lián)模式切換電路。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容是目前新興的一種儲(chǔ)能裝置，其相比于傳統(tǒng)的儲(chǔ)能元件如鉛酸電池等，具有能量密度大、功率密度大及可短時(shí)間放電等特點(diǎn)。但由于超級(jí)電容耐壓低且同一生產(chǎn)批次的超級(jí)電容容量往往難以保證完全相同，因此，為了獲得高電壓的儲(chǔ)能元件，需要將超級(jí)電容串聯(lián)使用。若將電容容量不同的超級(jí)電容簡(jiǎn)單串聯(lián)連接而不加保護(hù)時(shí)進(jìn)行充放電，往往容易造成超級(jí)電容單體的過(guò)度充電與過(guò)度放電，甚至引起超級(jí)電容的爆炸并損壞電路。
[0003]為了使串聯(lián)連接的超級(jí)電容不出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)放的情況，目前采用如并聯(lián)電阻法、并聯(lián)穩(wěn)壓管法、開(kāi)關(guān)電感法或飛渡電容法對(duì)每一個(gè)串聯(lián)連接的超級(jí)電容單體的電壓進(jìn)行均衡。其中并聯(lián)電阻法與并聯(lián)穩(wěn)壓管法是將耗能元件直接并聯(lián)在每一個(gè)超級(jí)電容單體的兩端，以達(dá)到串聯(lián)充放電時(shí)均衡電壓的目的。但由于每一個(gè)超級(jí)電容單體都有耗能元件與之并聯(lián)，能量利用率低，故這種方法并不具備很好的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于開(kāi)關(guān)電感法與飛渡電容法，是利用電感或電容作為媒介，將電壓不同的超級(jí)電容單體的能量進(jìn)行均衡，但此種方法結(jié)構(gòu)繁雜，設(shè)計(jì)難度大。因此，需要一種新型電路解決超級(jí)電容串聯(lián)充放電時(shí)電壓不均衡的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種基于超級(jí)電容的并聯(lián)模式和串聯(lián)模式切換電路，用于解決上述技術(shù)缺陷。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0006]—種基于超級(jí)電容的并聯(lián)模式和串聯(lián)模式切換電路，該電路包括觸發(fā)模塊和陣列模塊，其中觸發(fā)模塊用于接收控制信號(hào)并輸出第一驅(qū)動(dòng)電壓和第二驅(qū)動(dòng)電壓。
[0007]陣列模塊包括超級(jí)電容Co和與超級(jí)電容Co級(jí)聯(lián)的N個(gè)陣列單元，其中第k陣列單元包括超級(jí)電容Ck、用作開(kāi)關(guān)元件的第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管，第一MOS管和第二MOS管由來(lái)自觸發(fā)模塊的第一驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)，第三MOS管由來(lái)自觸發(fā)模塊的第二驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)，以使每一陣列單元的超級(jí)電容Ck與超級(jí)電容Co并聯(lián)或串聯(lián)，k、N為自然數(shù)，且I Sk SN。
[0008]超級(jí)電容Co的正極作為切換電路的輸入/輸出端，超級(jí)電容Cn的負(fù)極接地。
[0009]陣列模塊的第k陣列單元中，第一MOS管的漏極與第k-Ι陣列單元超級(jí)電容Ch的正極相連，第一 MOS管的源極與超級(jí)電容Ck的正極相連;第二 MOS管的漏極與超級(jí)電容Ch的負(fù)極相連，第二 MOS管的源極與超級(jí)電容Ck的負(fù)極相連;第三MOS管的漏極與超級(jí)電容Ck的正極相連，第三MOS管的源極與超級(jí)電容0^的負(fù)極相連。
[0010]觸發(fā)模塊包括第一和第二輸入端、直流電源和開(kāi)關(guān)選擇單元，開(kāi)關(guān)選擇單元包括第一光電親合器和第二光電親合器，其中第一光電親合器的第一輸入端與觸發(fā)模塊第一輸入端相連，其第二輸入端與觸發(fā)模塊第二輸入端相連，其第一輸出端與直流電源正極相連，其第二輸出端輸出第一驅(qū)動(dòng)電壓;第二光電親合器的第一輸入端與觸發(fā)模塊第二輸入端相連，其第二輸入端與觸發(fā)模塊第一輸入端相連，其第一輸出端與直流電源正極相連，其第二輸出端輸出第二驅(qū)動(dòng)電壓，直流電源負(fù)極接地。
[0011]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，觸發(fā)模塊還包括連接在開(kāi)關(guān)選擇單元和對(duì)應(yīng)陣列單元的第一、第二和第三MOS管之間的電源隔離單元。
[0012]在又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，觸發(fā)模塊進(jìn)一步包括一個(gè)電源隔離單元，該電源隔離單元包括第一、第二和第三隔離DC/DC變換器。第一隔離DC/DC變換器耦合在第一光電耦合器的第二輸出端和各陣列單元的第一MOS管的柵極之間，第二隔離DC/DC變換器耦合在第一光電耦合器的第二輸出端和各陣列單元的第二MOS管的柵極之間，第三隔離DC/DC變換器耦合在第二光電耦合器的第二輸出端和各陣列單元的第三MOS管的柵極之間。
[0013]在又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，觸發(fā)模塊包括與N個(gè)陣列單元對(duì)應(yīng)的N個(gè)電源隔離單元。每一電源隔離單元中包括第一、第二和第三隔離DC/DC變換器，每一電源隔離單元的第一隔離DC/DC變換器親合在第一光電親合器第二輸出端和對(duì)應(yīng)陣列單元的第一 MOS管的柵極之間，第二隔離DC/DC變換器耦合在第一光電耦合器的第二輸出端和對(duì)應(yīng)陣列單元的第二MOS管的柵極之間，第三隔離DC/DC變換器耦合在第二光電耦合器的第二輸出端和對(duì)應(yīng)陣列單元的第三MOS管的柵極之間。
[0014]在又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，觸發(fā)模塊包括一個(gè)電源隔離單元，該電源隔離單元包括第一和第二隔離DC/DC變換器，第一輸出電壓經(jīng)第一隔離DC/DC變換器輸出至各陣列單元的第一 MOS管和第二 MOS管，第二驅(qū)動(dòng)電壓經(jīng)第二隔離DC/DC變換器輸出至各陣列單元的第三MOS管的柵極。
[0015]在又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，觸發(fā)模塊包括與N個(gè)陣列單元對(duì)應(yīng)的N個(gè)電源隔離單元，每一電源隔離單元中包括第一和第二隔離DC/DC變換器。第一驅(qū)動(dòng)電壓經(jīng)各電源隔離單元的第一隔離DC/DC變換器輸出至對(duì)應(yīng)陣列單元的第一 MOS管和第二 MOS管的柵極，第二輸出電壓經(jīng)各電源隔離單元的第二隔離DC/DC變換器輸出至對(duì)應(yīng)陣列單元的第三MOS管的柵極。
[0016]超級(jí)電容Co和超級(jí)電容Ck電容量標(biāo)稱值相等，耐壓相等。
[0017]本發(fā)明的有益效果如下:
[0018]本發(fā)明所述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]1、避免超級(jí)電容在串聯(lián)充電過(guò)程中出現(xiàn)電壓不均衡的情況，提高了超級(jí)電容組的應(yīng)用可靠性；
[0020]2、通過(guò)使用基于超級(jí)電容的并聯(lián)模式和串聯(lián)模式切換電路對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充放電，可以至少提升串聯(lián)條件下超級(jí)電容組約13%的容量；
[0021]3、相比于現(xiàn)有的電壓均衡技術(shù)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，便于維護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0023]圖1示出一種基于超級(jí)電容的并聯(lián)模式和串聯(lián)模式切換電路圖。
[0024]圖2示出觸發(fā)模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖3示出陣列模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖4示出由四個(gè)超級(jí)電容組成的陣列模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖5示出觸發(fā)模塊中包括三個(gè)電源隔離單元的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖6示出觸發(fā)模塊中包括一個(gè)電源隔離單元的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0029]應(yīng)當(dāng)注意的是，本說(shuō)明書附圖僅為示意性的目的，因此，不應(yīng)被理解為對(duì)本發(fā)明范圍的任何限制和約束。在附圖中，相似的組成部分以相似的附圖標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下參照附圖進(jìn)行詳細(xì)的描述，所述附圖形成本發(fā)明的一部分，且在本發(fā)明中，附圖通過(guò)對(duì)實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施例的解釋表示出來(lái)。應(yīng)當(dāng)理解的是在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以采用其它的實(shí)施例且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)上或邏輯上的改變。例如，對(duì)于一個(gè)實(shí)施例解釋或描述的特征可被用于其它實(shí)施例或與其它實(shí)施例結(jié)合來(lái)生成另一個(gè)實(shí)施例。其意圖在于本發(fā)明包括這樣的修改和變化。這些示例用特定的語(yǔ)句描述，但它們不應(yīng)被理解為對(duì)所附的權(quán)利要求范圍的限制。除非特別說(shuō)明，出于清楚的目的，相應(yīng)的元件在不同的附圖中采用同樣的附圖標(biāo)記表示。
[0031 ]術(shù)語(yǔ)“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等是開(kāi)放性的，它們表示所描述的結(jié)構(gòu)，元件或者特征的存在，但并不排除額外元件或特征。
[0032]本發(fā)明中，多個(gè)超級(jí)電容組成并串聯(lián)陣列時(shí)，圖1示出一種基于超級(jí)電容的并聯(lián)模式和串聯(lián)模式切換電路圖，該電路包括觸發(fā)模塊102和陣列模塊103。圖2示出觸發(fā)模塊的電路結(jié)構(gòu)圖，觸發(fā)模塊102用于接收控制信號(hào)并輸出第一驅(qū)動(dòng)電壓瓜和第二驅(qū)動(dòng)電壓U2。圖3示出陣列模塊的電路結(jié)構(gòu)圖，陣列模塊103包括超級(jí)電容Co和與超級(jí)電容Co級(jí)聯(lián)的N個(gè)陣列單元，其中第k陣列單元包括超級(jí)電容&、用作開(kāi)關(guān)元件的第一 MOS管Qk,1、第二 MOS管Qk,2和第三MOS管Qk, 3，第一 MOS管Qk,!和第二 MOS管Qk, 2由來(lái)自觸發(fā)模塊的第一驅(qū)動(dòng)電壓U1驅(qū)動(dòng)，第三MOS管Qk,3由來(lái)自觸發(fā)模塊的第二驅(qū)動(dòng)電壓U2驅(qū)動(dòng)，以使每一陣列單元的超級(jí)電容Ck與超級(jí)電容Co并聯(lián)或串聯(lián)，k、N為自然數(shù)，且I SkSN。
[0033]圖3示出陣列模塊的電路結(jié)構(gòu)圖中，陣列模塊的第k陣列單元中，第一MOS管Qk,工的漏極與第k-Ι陣列單元超級(jí)電容Ch的正極相連，第一 MOS管Qk,i的源極