[发明专利]具有双向功率流的超级电容器备用电源

说明书

技术领域

本发明涉及电源技术，更具体地涉及基于超级电容器的备用电源系统。

背景技术

许多数字系统在主电源不可用的情况下，需要备用电源。这通常利用电池来完成，但是随着容值非常高的电容器(超级电容器)的产生，更优选的经常是用电容器替代电池。这主要是由于维护的原因：超级电容器可以比可充电电池承受更多的充电/放电周期，并且比电池具有更长的使用寿命从而减少了给定的需要备用机构的产品的维修需求。

公知的用超级电容器来存储能量的备用电源机构包括两个单独的(separate)电路：当主电源可用时为超级电容器充电的电路；以及当主电源不可用时运行超级电容器的开关电源。

图1中示出了具有单独的充电电路和放电电路的备用电源机构的简单示例。当主电源(未示出)可用时，由该电源产生Vcc。在这段时间中，开关102闭合，允许超级电容器104经由电流源103充电。电流源103包括电阻器、主动电流源(active current source)、开关电源(switching supply)或其他机构。开关106在充电期间断开。调节开关102以在超级电容器104上保持固定的(最大)电压。这通常由控制结构(未示出)执行。

当主电源缺失时，开关102断开且开关106被调节，以从超级电容器104经由电感器108和二极管110向Vcc传送能量。通过主电源(未示出)的输出电容器执行输出滤波。这样，具有单独的充电电路和放电电路。为充电和放电使用单独的电路需额外的部件数量，由此会增大成本、印刷电路板(PCB)的布局面积和重量。

当二极管110两端具有开关从而形成同步整流器时，可以实现更高的效率。在图2中示出了具有该附加元件的电路。开关202与二极管110并联连接。但是，图2的电路具有单独的充电电路和放电电路。

现有技术中的超级电容器充电方案仅具有简单的充电机构，其中超级电容器直接放置在电压的两端，这使得在充电开始时可能会有非常大的电流。

因此需要提供一种基于超级电容器的备用电源系统，该备用电源系统能够使部件数量最小化，提供高效的输出电压生成，以及提供对超级电容器的受控(电压源的瞬时电流需求受到限制)且高能效的充电。

发明内容

本发明通常涉及在电源备用的情况中使用的超级电容器的充放电。

本发明的目的是消除或减轻现有技术中用于为超级电容器充放电的电路的至少一个缺陷。

根据本发明的一方面，提供一种备用电源系统。该系统包括超级电容器，以及用于为超级电容器充放电的单个(single)电路。该单个电路包括具有电感器的路径(path)，该电感器在以充电模式运行时用于充电，而在以备用模式运行时用于放电。

根据本发明的另一方面，提供一种备用电源系统。该系统包括超级电容器、电感器、和电感器一起运行用于为超级电容器充放电的单个电路，以及用于监视和控制该单个电路的控制器。

本发明的该发明内容不必描述本发明的所有特征。

附图说明

根据以下参考附图做出的描述，本发明的这些和其他特征将变得更明显，在这些附图中：

图1是示出了现有技术中基于超级电容器的备用电源电路的示意图；

图2是示出了另一基于超级电容器的备用电源电路的示意图；

图3是示出了根据本发明实施例的基于超级电容器的备用电源电路的示意图；

图4是示出了根据本发明另一实施例的基于超级电容器的备用电源电路的示意图；

图5是示出了根据本发明再一实施例的基于超级电容器的备用电源电路的示意图；

图6是示出了根据本发明实施例的控制电路的示例的示意图；以及

图7是示出了根据本发明再一实施例的基于超级电容器的备用电源电路的示意图。

具体实施方式

本发明的实施例提供一种备用电源，其由用于超级电容器的单个充放电电路实现。该电路与带有单独的充电电路和放电电路相比，部件的数量减少。在下面的描述中，术语“连接(被连接)”用于指示两个或多个元件彼此直接或间接地相接触。

图3示出了根据本发明实施例的基于超级电容器的备用电源。图3的备用电源电路300包括：开关302和304、二极管305和306、电感器308，以及超级电容器310。开关302与二极管305并联连接。开关304与二极管306并联连接。电感器308和超级电容器310可以分别与图2的电感器108和超级电容器104相同或类似。应该注意，图3在某种程度上是概念性的，在图3所示的电路周围还可包括其他电路。