[发明专利]最大输入功率自动跟踪超级电容储能转供装置

摘要

本发明提供一种最大输入功率自动跟踪超级电容储能转供装置，首级超级电容单向充电电路模块IC1、中间可控串联并联相互转换超级电容组合体IC2、末级超级电容单向充电电路模块IC3依次串联连接，IC1保证Kh处于最高参考电位，IC3保证Kl处于最低参考电位，IC1与IC3不参与对外供电，IC2完成储能和供电工作。当需要进行最大输入功率检测时，单片机模块IC5将功率检测电容单独连接在充电端子和控制负极端子之间；IC5根据测得的最大输入功率所对应的充电电压，控制IC2中多个超级电容的串并组合状态，使输入功率维持在最大值附近，多个同类装置可以通过放电端子和放电地端子进行并联或串联组合应用。本发明充电电压范围宽，能够满足稳压、恒流、预定电压曲线等多种供电需求；充放电效率高、控制灵活、使用简便、应用范围广、工作安全可靠。

主权项

一种最大输入功率自动跟踪超级电容储能转供装置，其特征在于，所述的最大输入功率自动跟踪超级电容储能转供装置包括首级超级电容单向充电电路模块IC1、中间可控串联并联相互转换超级电容组合体IC2、末级超级电容单向充电电路模块IC3、功率检测电容模块IC4、电控开关K、单片机模块IC5、输出控制模块IC6、充电端子Vin、充电地端子Gin、放电端子Vout、放电地端子Gout、控制正极端子Kh、控制负极端子Kl；所述的IC1、IC2、IC3依次串联连接，IC1用于保证Kh处于最高参考电位，IC3用于保证Kl处于最低参考电位，IC1与IC3不参与对外供电，储能和供电工作仅由IC2完成；当需要进行最大输入功率检测时，IC5通过控制IC4，将IC4中的功率检测电容C2单独连接在Vin和Kl之间；当不需要进行最大输入功率检测时，则IC5将C2与IC3中的末级超级电容Cn+2同极性并联，IC5根据测得的最大输入功率所对应的充电电压，通过控制IC2中的电控开关K2～Kn+1使IC2中的多个超级电容C3～Cn+1进行串联到并联，或并联到串联的连接转换，保证输入功率维持在最大值附近；所述的IC1包括1个充电二极管D1、1个稳压二极管D3、1个首级超级电容C1、1个电控开关K1；C1的正极与控制正极端子Kh、D1的负极、D3的负极连接，C1的负极与IC2中C3的正极、D3的正极、IC6中Kn+5的一端、K1的一端连接，K1的另一端与D1的正极、充电端子Vin连接；所述的Kh用于提供控制回路的最高参考电位，C1只能参与充电而不能参与向外部负载供电，D1的作用是防止C1向充电端放电，D3的作用是保护C1不发生过压充电；当IC5通过AD3采样点和AD2采样点的差值判断最高参考电位Kh足以满足控制要求时，将K1闭合，C1在充电端被旁路，退出充电过程；所述的IC2包括多个超级电容C3～Cn+1和多个电控开关K2～Kn+1，超级电容的序号按电位高低依次排序；C3的正极与IC1的超级电容C1的负极、IC6的电控开关Kn+5的一端连接，Cn+1的负极与放电地端子Gout、IC3中超级电容Cn+2的正极、IC4的电控开关Kn+4的一端连接；在IC2内部，两个相邻超级电容的正极与正极、负极与负极、上一个超级电容的负极与下一个超级电容的正极之间分别通过1个电控开关连接，K2～Kn+1电控开关在IC5控制下对C3～Cn+1超级电容进行串联到并联，或并联到串联的自动组合连接；所述的IC3包括1个放电地二极管D2、1个稳压二极管D4、1个末级超级电容Cn+2、1个电控开关Kn+2；所述的Cn+2的正极与Gout、D4的负极、IC4的电控开关Kn+4的一端、Kn+2的一端连接，Kn+2的另一端与D2的负极连接，D2的负极还与充电地端子Gin连接，D2的正极与D4的正极、Cn+2的负极连接，Cn+2的负极还与控制负极端子Kl连接；所述的Kl用于提供控制回路的最低参考电位，Cn+2只能参与充电和所述IC5的供电，而不能参与向外部负载供电，D2用于保证Cn+2不向充电端放电，D4用于Cn+2的过压保护，当所述IC5通过AD1采样点判断最低参考电位Kl足以满足控制要求和所述IC5的供电要求时，将Kn+2闭合，Cn+2在充电端被旁路，退出充电过程；所述的IC4包括2个电控开关Kn+3与Kn+4、1个最大充电功率检测电容C2；C2的负极与控制负极端子Kl连接，C2的正极分别与Kn+3、Kn+4的一端连接，Kn+3的另一端与充电端子Vin连接，Kn+4的另一端与Cn+2的正极连接；当Kn+4断开及Kn+3闭合时，外部充电电源仅对C2充电，此时所述IC5通过AD4采样点检测C2的端电压，并计算输入功率，当Kn+3断开及Kn+4闭合时，C2并接到Cn+2的两端，C2对Cn+2放电，C2的容量要小于Cn+2容量的三分之一，Kn+3与Kn+4不能同时闭合；所述的IC5包括单片机IC7、外部启动开关K0、稳压电源模块IC8、标准电压源Vs、串口通信端子、指示灯LED1、稳压二极管D5；所述的IC8的电源输入端IN+与放电端子Vout、K0的一端连接，K0的另一端与外部启动电池的正极连接；所述的IC8的电源输出端OUT+与单片机电源Vcc相连；所述的IC8的接地端G与控制负极端子Kl相连；所述的Vout还与D5的负极连接，D5的正极与IC7的接地端脚Gnd连接，D5对IC7起到过压保护的作用，Gnd还与Kl连接；所述的指示灯LED1的负极与IC7的IO端口IOn+7连接，LED1的正极与Vcc连接；IC7的其它IO端口与相应的电控开关相连，IC7的AD5端口与标准电压源Vs相连，其它AD端口与相应的AD采样点连接，IC7的串口与串口通信端子相连，用于与外界通信，IC7与外界联系的还有中断端口INT1，中断端口可设置多个；所述的输出控制模块IC6包括2个电控开关Kn+5、Kn+6；Kn+5的一端与IC1中的C1负极、IC3中的C3正极连接，Kn+5的另一端与放电端子Vout连接，Kn+6的一端与Vout连接，Kn+6的另一端与放电地端子连接；当Kn+5和Kn+6同时断开时，装置工作于充电状态，或与同类装置在输出端并联运行时的故障退出状态；当Kn+5闭合，同时Kn+6断开时，装置工作于正常供电状态；当Kn+6闭合时，装置工作于与同类装置在输出端串联运行时的旁路故障状态，Kn+5与Kn+6不能同时闭合。