摘? 要：?研究了超級(jí)電容快速充電方法,，分析了恒功率快速充電的原理,，并通過比較恒電流和恒功率兩種方法，證明了恒功率充電更有利于實(shí)現(xiàn)快速充電,。根據(jù)恒功率充電原理,，制作了快速充電樣機(jī),。實(shí)驗(yàn)表明該樣機(jī)電路穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電要求,，具有良好的實(shí)用前景,。
傳統(tǒng)蓄電池電源系統(tǒng)的電池記憶效應(yīng)差、容量下降及充電時(shí)間過長(zhǎng)是長(zhǎng)久以來(lái)一直存在的問題,，而這些問題可使用超級(jí)電容來(lái)解決,。超級(jí)電容是一種極大程度上模擬了電容的電壓特性曲線且具有非常高的容值的新型能源器件，目前已有萬(wàn)法拉級(jí)的超級(jí)電容單體,。超級(jí)電容無(wú)充放電記憶效應(yīng),，允許上百萬(wàn)次充放電而不會(huì)有任何容量上的損失。此外,，超級(jí)電容具有極低的等效串聯(lián)電阻（ESR）,，這一特性使得超級(jí)電容可以大電流充放電，其額度遠(yuǎn)超過當(dāng)前最好的電池,。低ESR和幾乎沒有電流限制的特性使得超級(jí)電容對(duì)充電系統(tǒng)表現(xiàn)出“假短路”,，這給系統(tǒng)集成帶來(lái)了挑戰(zhàn)。為了解決這個(gè)問題,，需要針對(duì)超級(jí)電容的特性尋找新的充電方式,。與電池不同，超級(jí)電容可以同樣的額度充電和放電,，對(duì)能量回收系統(tǒng)(如傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)剎車)非常有用,。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論分析
由于RC時(shí)間常數(shù)太大，線性穩(wěn)壓器對(duì)超級(jí)電容充電效率極低,。由于超級(jí)電容具有較低的等效串聯(lián)電感,，使得開關(guān)模式充電電路的運(yùn)行穩(wěn)定。由于超級(jí)電容可以承受大電流的特性,，恒流充電或者恒功率充電是較好的充電方式,。
1.1 超級(jí)電容充電模型
參考文獻(xiàn)[1]比較了不同應(yīng)用場(chǎng)合下的不同的超級(jí)電容模型。由于本系統(tǒng)是設(shè)計(jì)超級(jí)電容充電機(jī),，因此需要采用超級(jí)電容的充電模型,。它由阻性部分等效電阻ESR和容性部分電容C串聯(lián)而成，表征了超級(jí)電容的充放電特性。
超級(jí)電容的電壓時(shí)間特性曲線由容性和阻性兩部分組成,。容性部分代表了超級(jí)電容能量改變導(dǎo)致的電壓改變,；阻性部分代表了超級(jí)電容ESR導(dǎo)致的電壓改變。
容性部分由下列方程式?jīng)Q定：
電容模組進(jìn)行充電,，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示,。硬件系統(tǒng)由單相整流電路、雙管正激變換器,、電流電壓檢測(cè)反饋電路及保護(hù)電路等部分組成,。系統(tǒng)首先將單相220 V交流電經(jīng)過整流濾波后得到直流電壓，然后通過雙管正激變換器實(shí)現(xiàn)降壓,，并在電氣上實(shí)現(xiàn)輸入輸出的隔離,。引入電流反饋環(huán)節(jié)，通過峰值電流控制實(shí)現(xiàn)恒功率充電,。
一種新型恒功率超級(jí)電容器快速充電機(jī)設(shè)計(jì) (2)
2010-11-22 19:00:20???作者：浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院系統(tǒng)科學(xué)與工程系???來(lái)源:電子技術(shù)應(yīng)用 ??
關(guān)鍵字：UC3844A；雙管正激,；電壓環(huán),；電流環(huán)；隔離驅(qū)動(dòng)
t0~t1：t0時(shí)刻,，Q1,、Q2同時(shí)開通，變壓器T1原邊電壓為直流母線電壓Vdcin,，設(shè)變比為1：n,，則副邊電壓為Vdcin×n，電壓極性不變,。輸出電流線性增大,，經(jīng)過副邊整流管D3、扼流圈后進(jìn)入超級(jí)電容,。扼流圈存儲(chǔ)能量,，此時(shí)，開關(guān)管電流is1,、is2由副邊反射電流和勵(lì)磁電流組成,，且線性增大。
t1~t2：Q1,、Q2同時(shí)關(guān)斷,，變壓器T1原邊電流經(jīng)過原邊續(xù)流二極管D1、D2進(jìn)入母線,，變壓器磁芯復(fù)位,，此時(shí)變壓器主側(cè)電壓為-Vdcin，則副邊電壓為-Vdcin×n,，電壓極性不變,。Q1、Q2開關(guān)管漏源兩端電壓Vds1,、Vds2為Vdcin,。此時(shí)，副邊整流管D3截止,，扼流圈電流通過續(xù)流管D4續(xù)流,，輸出電流線性減小，進(jìn)入超級(jí)電容,。扼流圈釋放能量,，此時(shí)，開關(guān)管電流is1,、is2減小到0,。
t2~t3：t2時(shí)刻，原邊續(xù)流管關(guān)斷,，續(xù)流結(jié)束,，變壓器磁芯復(fù)位，變壓器T1原邊電壓為零,。此時(shí),，Q1、Q2漏源兩端電壓Vds1,、Vds2為Vdcin/2,。副邊續(xù)流仍繼續(xù)，t3時(shí)刻續(xù)流副邊續(xù)流結(jié)束,，下一個(gè)驅(qū)動(dòng)高電平到來(lái),，開關(guān)管Q1、Q2開通,。進(jìn)入下一個(gè)開關(guān)周期,。
2.2 電流電壓雙閉環(huán)控制回路
本設(shè)計(jì)中采用雙閉環(huán)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)充電電流和充電電壓的控制，使用ST公司的UC3844A控制芯片,。UC3844A是一款高性能電流型PWM控制器,，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6所示；內(nèi)部有一個(gè)誤差放大器和電流放大器可以方便地組建電流電壓雙閉環(huán),，在實(shí)際使用中,，為了具有更快的響應(yīng)速度，可略去誤差放大器,，使用電壓調(diào)整器TL431和光耦PC817構(gòu)成電壓反饋,。電流環(huán)通過使用LEM公司的電流傳感器LAH 25-NP來(lái)組建。
電容的充放電特性,，分析了快速充電的方法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了快速充電樣機(jī),，試驗(yàn)表明充電時(shí)間短,，達(dá)到了應(yīng)用要求。
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