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Title:
SUPERCAPACITOR CONTROLLER CAPABLE OF ADJUSTING POWER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/143588
Kind Code:
A1
Abstract:
A supercapacitor controller capable of adjusting power. The supercapacitor controller structurally consists of a supercapacitor (C1), a motor (H), a switch transistor (Q), an annunciator (A), an output resistor (R1), a sampling resistor (R2), a filtering capacitor (C2), a voltage stabilizing circuit (W), a freewheeling diode (D), and a changeover switch (K). The supercapacitor (C1), the motor (H), the switch transistor (Q) and the sampling resistor (R2) are connected in series to form a main working circuit. A signal output end of the annunciator (A) is connected to a triggering electrode of the switch transistor (Q) by means of the output resistor (R1). A sampling end of the annunciator (A) is connected to the sampling resistor (R2). Two ends of the motor (H) are connected in parallel to the freewheeling diode (D). Two ends of the sampling resistor (R2) are connected in parallel to the filtering capacitor (C2). A Vcc end of the annunciator (A) is connected to the supercapacitor (C1) by means of the voltage stabilizing circuit (W). Three state control ends of the annunciator (A) are connected to the GND or the Vcc of the annunciator (A) by means of the changeover switch (K). The supercapacitor controller capable of adjusting power can effectively control the output power of the supercapacitor, enables an electric appliance to work more stably and enables the capacitor to output more energy with the total capacitance of the capacitor unchanged. The number of state control ends of the annunciator can be increased and decreased.

Inventors:
XIANG, Kewei (Zhujiang Industrial Park, Zhujiang Town Pukou Distric, Nanjing Jiangsu 0, 211800, CN)
GE, Qicong (Zhujiang Industrial Park, Zhujiang Town Pukou Distric, Nanjing Jiangsu 0, 211800, CN)
Application Number:
CN2014/000591
Publication Date:
October 01, 2015
Filing Date:
June 17, 2014
Export Citation:
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Assignee:
NANJING SUPER SCIENCE & TECHNOLOGY INDUSTRIAL CO., LTD. (Zhujiang Industrial Park, Zhujiang Town Pukou Distric, Nanjing Jiangsu 0, 211800, CN)
International Classes:
H02M3/156; H02J7/00; H02J15/00
Foreign References:
CN201828844U2011-05-11
CN103618493A2014-03-05
CN203788145U2014-08-20
CN101820245A2010-09-01
CN202150066U2012-02-22
US20100156369A12010-06-24
Attorney, Agent or Firm:
NANJING JUNTAO PATENT & TRADEMARK AGENCY CO., LTD. (13/F, Jiangsu Machinery BuildingNo. 49 Zhongshan North Rd, Nanjing Jiangsu 8, 210008, CN)
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Claims:
衩 要 求

1、超缓电容可调功率控制器,莫特征是包栝超缓电容(C1 电动视 (H)、 开关管(Q)、信号器(A)、输出电隱(Rl)、 样电匿(R2)、滤波电容(C2)、 稳 ffi电路 m、 续流二极管(D〉、 转换开关(K), 其中超缓电容(C1 电动机(H〉、开关管 (Q)、 ¾样电阻(R2)串联成主工作回瞎, 信号器(A) 的信号输出端 (1)邇过输出电阻(W)接开关管 (Q) 脑触发极, 信号器

(A) 的采样端 (2〉接采样电阻 (鶴, 电动机(H) 的二端并联续流二極 管 (D), 采样电阻 (R2) 的二端并联滤波电容 (C2), 信号器 (A) 的 Vcc 端通过稳压电路 (冒)接超缓电容(C1), 信号器 、 态控制端 (3、 4、 5) 通过转换开关(K)接信号器 (A) GND或 Vcc。

2、 機据极利要求 1所迪諭超缓电容可调功率控制器, 其特征是; 所逮 j超级电容(Cl)、 电动机(H)、 开关管 (φ 串联成主工作回路, 信号器

(A) 的采样电阻(R2) 接超级电容 (CI) IE极。

3、 棍据 ¾利要求 1或 2所建脑超缓电容可调功率控制器 其特征是5 所述的信号器 (A) 状态控制端的数量可以增减。

Description:
超级电容可调功率控制器

技术领域

本发明涉及的是一种特别适用于短时工作小功 率电动机的超级电容可 调功率控制器, 属电子电路技术领域。

背景技术

超级电容是指超大容量的电容器, 可以存储较多的电荷, 于是出现了用 超级电容作电源的电器, 如短时工作的小功率电动机, 其主要优点是: 1充 电快, 一般化学电池充满一次电少则几十分钟, 多则半天, 而超级电容只需 数十秒; 2寿命长、 容量衰减小; 3环保, 在生产、 使用及废弃过程中都不 会对环境造成较大的危害。 但与化学电池相比, 容量 /体积比仍有较大差距, 这需要通过科学技术的进步来解决, 还存在如下几方面不足, 1、 在用电的 全过程中, 化学电池的端电压变化率小于 15%, 而超级电容的端电压变化要 达额定值的 80〜90%, 也就是讲用电初始阶段电压很高, 然后逐步下降,直 至电动机不能正常工作; 2、 超级电容的初始电压不能过高, 否则会损坏电 动机, 因为超级电容存储的能量不仅与电容量成正比 , 而且与电压的平方成 正比, 这样就制约了可输出的能量; 3、 电动机的工况无法人为操控, 用户 无法在使用中调控电动机的转速、 功率等工况。

发明内容

本发明提出的是一种超级电容可调功率控制器 ,其目的旨在克服现有产 品电压变化率大、存储能量小、工况无法调控 的不足,可使电动机工作平稳、 工况可调, 同时还能使超级电容输出更多的能量。

本发明的技术解决方案是: 超级电容可调功率控制器, 其结构是由超级 电容、 电动机、 开关管、 采样电阻串联成主工作回路, 信号器的信号输出端 通过输出电阻接开关管的触发极, 信号器的采样端接采样电阻, 电动机的二 端并联续流二极管, 采样电阻的二端并联滤波电容,信号器的 Vcc端通过稳 压电路接超级电容, 信号器的状态控制通过转换开关接信号器的 GND或 Vcc; 也可以超级电容、 电动机、 开关管串联成主工作回路, 信号器的采样 端接超级电容正极; 信号器状态控制端的数量可以增减。

本发明的有益效果是: 由于电动机的二端并联续流二极管、 信号器的 Vcc端通过稳压电路接超级电容可使电动机工作 平稳、 工况可调, 同时还能 使超级电容输出更多的能量。由于信号器的状 态控制端通过转换开关接信号 器的 GNG或 Vcc, 使信号器状态控制端的数量可以增减。

举例来对比说明, 现有一款额定电压是 3. 6V的小功率电动机, 采用直 充直放的形式,超级电容每节的耐压值是 2. 7V,容量是 180F, 2节串联使用, 总容量为 180F X 2=360F,在充电时每节电容最高只能充到 2. 3V, 2节串联电 压是 4. 6V, 电压再升高就会烧毁电动机, 工作时超级电容的电压从 4. 6V逐 步降到 3V, 电动机不工作为止, 工作初始, 电动机在过电压状态下工作,转 速快, 并会影响使用寿命, 随之转速逐步变慢, 工作不平稳, 计算在这种条 件下超级电容释放的能量是: Ρ^Ο. 5 X C X U 2 =0. 5 X (180 ÷ 2) X (4. 6 2 -3 2 )二547. 2焦耳; 同样的这款小功率电动机, 使用本发明,用 3节容量 是 120F的超级电容串联使用, 总容量为 120F X 3=360F, 二款产品超级电容 总电容量相等, 在充电时每节电容可充到 2. 7V, 3节串联电压是 8. IV, 计算 超级电容释放的能量是: P^O. 5 X C X U 2 =0. 5 X (120 ÷ 3) X (8. I 2 - 3 2 ) =1132. 2 焦耳, 考虑到稳压损耗按 5%算, 1132. 2 X 0. 95=1075. 6焦耳。 二款产品超级 电容释放的能量比是: 1075. 6 + 547. 2=1. 97倍, 同时本发明能使电动机大部 分时间在规定条件下工作, 可避免过电压现象, 操作开关 K还可改变电动机 的工况。

附图说明

图 1是电流采样的电原理图。

图 2是电压采样的电原理图。

图中相关元器件: C1是超级电容, C2是滤波电容, R1是输出电阻, R2是采样电阻, H是电动机, Q是开关管, A是信号器, W是稳压电路, D是续流二极管, K是转换开关。

具体实施方式

对照图 1, 其结构是由超级电容 Cl、 电动机 H、 开关管 Q、 采样电阻 R2 串联成主工作回路, 信号器 A (现有)的信号输出端 1通过输出电阻 R1接开 关管 Q的触发极,信号器 A的采样端 2接采样电阻 R2, 电动机 H的二端并联 续流二极管 D, 采样电阻 R2的二端并联滤波电容 C2, 信号器 A的 Vcc端通 过稳压电路 W接超级电容 Cl,信号器 A的状态控制端 3、 4、 5通过转换幵关 K接信号器 A的 GNG或 Vcc。 工作时, 当开关管 Q导通, 超级电容 C1通过电 动机 H、 开关管 Q、 采样电阻 R2放电, 当开关管 Q截止, 回路切断, 超级电 容 C1停止放电, 开关管 Q的触发极受信号器 A的输出端 1控制。 输出端 1 输出的是占空比可调的方波, 方波占空比大, 超级电容 C1放电时间就长, 方波占空比小, 超级电容 C1放电时间就短, 以此控制超级电容 C1的输出功 率, 由于超级电容 C1与电动机 H串联, 从而也控制了电动机 H的功率。 信 号器 A的采样端 2接采样电阻 R2, 当超级电容 C1输出的电流偏大, 采样电 阻 R2上的电压值也随之增高, 于是通过信号器 A内部的反馈电路, 减小输 出端 1的占空比, 从而使超级电容 C1的输出电流回归到规定值, 反之亦然。 对于感性负载的电动机, 还可以改变输出频率达到控制电流的目的。通 过转 换开关 K接通信号器 Α的状态控制端 3或 4或 5, 可以改变信号器 A内部的 反馈电路, 从而改变了电动机的工况, 如改变转速与功率, 或间隙工作等。 信号器 A状态控制端的数量可以增减, 本图中状态控制端的数量是 3。 转换 开关 K的另一端可以接信号器 A的 GND或 Vcc,本图中转换开关 K是接 GND。 稳压电路 W可向信号器 A提供稳定的工作电压与基准电压,不受超级 容 C1 电压变化的影响,稳压电路可采用三端稳压器 或稳压二极管等。滤波电容 C2 可滤去采样电阻 R2上的信号脉动, 使采样信号平稳、 准确。 续流二极管 D 的作用是保护电子元件与回馈能量, 当开关管 Q截止时会产生较高的自感电 势, 续流二极管 D可以吸收这部分能量并回馈到用电回路。信 器 A是一种 已有的非常成熟技术, 可用 CPU、运算放大器、数字集成电路等实现其功能 , 开关管 Q可用场效应管等元件。

对照图 2, 其构是由超级电容 Cl、 电动机 H、 开关管 Q串联成主工作回 路, 信号器 A的采样端 2接超级电容 C1正极。 工作时, 超级电容 C1的电压 逐步下降, 采样端 2的电压也随之逐步下降, 于是通过信号器 A内部的反馈 电路, 改变输出端 1的占空比或频率, 使超级电容 C1输出的电流保持在规 定值。