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浅析基于超级电容的备用电源管理电路

摘要：现有的超级电容备用电源电路中，电源输入端直接连接负载端，导致

输入端电压与输出端电压无法区分，使得超级电容备用电源电路管理精度不高。

本文通过浅析基于超级电容的备用电源管理电路，来解决现有的超级电容备用电

源电路输入端电压与输出端电压无法区分，使得超级电容备用电源电路管理精度

不高的问题。

关键词：超级电容备用电源二极管

前言

随着超级电容的兴起，相较于传统锂电池污染环境、系统复杂、造价高昂、

易燃易爆等致命弱点而言，超级电容具有高放电量、充电速度快、安全环保、使

用寿命长等优点，被广泛应用于各类场合，如电动公交车、机场摆渡车等中。但

如何能够高效而安全地使用超级电容作为备用电源电路也是当下研究的一个主要

问题。本文基于超级电容的备用电源管理电路可以解决现有的超级电容备用电

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源电路输入端电压与输出端电压无法区分，使得超级电容备用电源电路管理精度

不高的问题。

1行业现状

近年来，受益于新能源行业飞速发展，作为核心动力储能设备的超级电容器

随之步入高速发展阶段。超级电容器是当今最先进的储能设备，具有环保、节能、

成本低等优势，它是一种新型的绿色环保产品，能量密度虽然比电池小，但功率

密度和循环寿命比电池大得多，因此超级电容器在移动通讯、电动汽车和国防等

方面具有广阔的应用前景。超级电容器作为供电主电源可能并不理想，但是作

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为备用电源存在则如虎添翼了。在目前的电路设计上，比如电池加超级电容器的

公交车或者轿车，利用超级电容器的快充快放的特点，在汽车每次的刹车进行电

流回收储能备用，在启动的时候利用超级电容器的电量进行释放，快速启动，在

车辆没电的时候也可以直接作为备用电源使用继续行驶。此外，随着国家政府加

大对新能源行业的重视，尤其是对新能源汽车的支持，必然带动超级电容器上下

游迈向高速发展阶段。

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目前商业领域的很多电子产品都是开始采用主电源加备用电源的供电方案，

它不仅是单单维持住设备的使用，最重要还是能够有效的延长电源的使用年限，

所以超级电容目前作为备用电源在市面上已经是普遍认可，超级电容已趋于成熟，

其应用范围也不断拓展，在工业、消费电子、通讯、医疗器械、国防、军事装备、

交通等领域得到越来越广泛的应用。从小容量的特殊储能到大规模的电力储能，

从单独储能到与蓄电池或燃料电池组成的混合储能，超级电容都展示出了独特的

优越性，应用前景向好。

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2技术方案

基于超级电容的备用电源管理电路包括：超级电容备用电源电路和与超级电

容备用电源电路并联的至少一个第一二极管；超级电容备用电源电路包括依次串

联至少一个第二二极管、超级电容管理电路及至少一个第三二极管。超级电容管

理电路包括超级电容组及与超级电容组输入（出）端连接的充（放）电控制电路，

充（放）电控制电路包括第一（二）MOSFET开关。充（放）电控制电路还包括第

一（二）开关切换电路和单片机，第一（二）开关切换电路包括第一（二）三极

管，第一（二）三极管的基极连接单片机的控制引脚，第一（二）三极管的发射

极接地，第一（二）三极管的集电极与第一（二）MOSFET开关的栅极连接。

3技术优势

通过设置与超级电容备用电源电路并联的第一二极管，使得主电源通过第一

二极管与超级电容备用电源电路并联，同时，可防止负载端电压过高影响电源输

入端，还可避免电源输入端与负载端直接连接在一起，以区分开输入电压和输出

电压，进而及时检测输入电压状态，如断电、通电及电压电流大小等状态，及时

控制超级电容备用电源电路放电。

4实施方式

4.1实施例

如图1所示，基于超级电容的备用电源管理电路包括：超级电容备用电源电

路和与超级电容备用电源电路并联的至少一个第一二极管D4；超级电容备用电源

电路包括依次串联至少一个第二二极管D1、超级电容管理电路及至少一个第三二

极管D2。为便于区分和描述，将与超级电容备用电源电路并联的二极管称作第一

二极管D4，将阴极与超级电容备用电源电路输入端连接的二极管称作第二二极管

D1，将阳极与超级电容备用电源电路输出端连接的二极管称作第三二极管D2。

如图2和图3所示，超级电容管理电路包括超级电容组及与超级电容组输入

端连接的充电控制电路，充电控制电路包括第一MOSFET开关Q1。保